Dans la grotte de Yonderup, à 19 km au nord de Perth, en Australie, Pauline Treble voyage dans le temps. Au lieu de se plier aux lois de la physique, le chercheur examine les archives du passé de la Terre enfermées dans des stalagmites et des stalactites - les unes du plafond et les autres du sol - appelées spéléothèmes.
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Ces parties emblématiques des grottes se forment lorsque de l'eau goutte à goutte dans la nappe souterraine, transportant des minéraux. Le liquide laisse les minéraux derrière, tout comme l'eau de votre douche laisse des dépôts sur les carreaux, et une partie de l'eau reste emprisonnée entre les cristaux minéraux. Au fil des siècles, cette jolie plaque est devenue une capsule temporelle: chaque couche minérale contient des indices chimiques, ou mandataires, permettant de raconter ce qui se passait au dessus du sol au cours d'une époque donnée. Plus vous regardez près du centre du spéléothème, plus vous remontez dans le temps.
Des scientifiques tels que Treble, de l'Organisation australienne pour la science et la technologie nucléaires, apprennent à utiliser les compositions de ces cônes cavernicoles pour retracer les anciens flux et reflux du climat et des conditions météorologiques. L’espoir n’est pas seulement de comprendre le passé, mais aussi d’avoir un aperçu de notre avenir.
À présent, Treble et ses collègues ont découvert que les formations de grottes capturaient également des traces d'anciens incendies, ce qui pose un problème. Le signal de feu ressemble beaucoup à un indicateur important des changements des conditions climatiques, ce qui signifie que les scientifiques peuvent confondre les perturbations locales, comme les incendies, avec des effets plus globaux.
«Il faut vraiment que cela soit porté à la connaissance des gens», déclare Treble. "Sinon, les gens risquent fort de mal interpréter ces mandataires."
Treble n'a pas cherché à retrouver d'anciens feux. Elle se rendit à Yonderup dans l'espoir d'extraire les informations sur les précipitations de la grotte et d'ajouter des données au paléoclimat. «Il aurait dû y avoir un signal clair», dit Treble, un signal comme ceux que d'autres spéléologues scientifiques avaient vu dans d'autres grottes. Mais, mystérieusement, il n'y en avait pas.
Le problème était que ces autres grottes étaient situées dans des parties tempérées de l'hémisphère nord. En Australie occidentale, le climat était plus sec et plus méditerranéen. Avec l'étrange manque de signal dans sa grotte, elle commença à penser que les mandataires que les scientifiques tempérés utilisaient ne se traduisaient tout simplement pas.
Mais ensuite, elle considéra que le feu de forêt dont elle se souvenait avait flambé au-dessus de la grotte en février. Comment cela aurait-il changé les concrétions? À quoi ressemblerait un feu codé? Et ses signaux de spéléothème pourraient-ils masquer celui des précipitations?
Elle a confié ce projet à Gurinder Nagra, étudiant de premier cycle à l'Université de New South Wales. Il a travaillé avec Treble et son collègue Andy Baker pour exposer les effets des incendies sur les terres qu’ils brûlent et les effets de ces effets sur les grottes.
Les scientifiques ont pris des données de ces formations de type cathédrale dans la grotte Yonderup en Australie. (Andy Baker) L’oxygène est l’un des principaux indicateurs utilisés par les scientifiques pour reconstruire le passé, en particulier l’évolution du rapport entre les isotopes oxygène 18 et oxygène 16. Au sens large, l'eau de pluie contient plus d'oxygène 16 que l'eau de mer car cet isotope est plus léger, il s'évapore plus facilement de l'océan, se fraye un chemin dans les nuages puis retombe sur la Terre. Plus la température est chaude, plus l'oxygène-18 peut s'évaporer aussi - et plus la période d'évaporation de l'eau est grande, ce qui signifie que la quantité de précipitations augmente globalement.
Mais lire les ratios qui apparaissent dans les grottes et dans différentes zones climatiques n'est pas simple et leur signification exacte varie dans le monde.
«Dans le sud-ouest de l'Australie, le ratio [d'oxygène] des précipitations est lié à deux facteurs: l'intensité des événements pluvieux et les changements de la circulation atmosphérique», a déclaré Treble. Cette constatation a été vérifiée par l'observation des événements pluviométriques connus du 20ème siècle et d'une approche moderne. dossier stalagmite. Pour cette partie de l'Australie, Treble a constaté qu'un ratio plus élevé - plus d'oxygène lourd que de lumière - signifiait des précipitations moins abondantes ou un déplacement des vents d'ouest de l'hémisphère sud.
Ajoutant à la complexité, il semble que le taux d'oxygène puisse être aussi sensible aux incendies qu'au climat. Les messages des deux sont mêlés aux orthèses, et personne ne le savait jusqu'à présent.
Lorsqu'un incendie ravage une région sèche, il carbonise ou tue la végétation. Ces victimes modifient les taux de transpiration et d'évaporation - la façon dont l'eau passe par les racines des plantes jusqu'à leurs feuilles, puis saute dans l'air sous forme de vapeur. En raison des fluctuations de la flore et des cendres, les microbes du sol se déplacent également, de même que les niveaux d'éléments tels que le magnésium, le calcium, le potassium et le sodium. Le sol devient plus noir qu’avant, ce qui lui fait absorber plus de radiations du soleil.
Lorsque l'eau traverse le sol noirci et sans vie, elle rassemble des preuves de la modification de l'environnement et le signal se dépose dans des grottes. La question qui se posait alors était la suivante: les signes de feu pourraient-ils être dissociés des signes de changement de climat? Nagra a fouillé dans les données de la grotte pour trouver, à l'aide de mesures bimestrielles des sites d'août 2005 à mars 2011, une analyse révélant les empreintes de feu enfoncées sur des spéléothèmes.
Un feu de forêt se répand dans la région à l'extérieur de Perth, en Australie, en 2009. (Thorsten Milse / robertharding / Corbis) L’eau post-incendie était plus chlorée et plus riche en potassium et en sulfate, a rapporté l’équipe dans les résultats présentés lors de la conférence de l’American Geophysical Union en décembre, et en cours d’examen à Hydrology and Earth Systems Sciences . Plus important encore, ils ont constaté que l'incendie avait également augmenté le rapport isotopique de l'oxygène - la norme traditionnelle des études climatiques antérieures - jusqu'à 2 parties pour mille.
Ce changement apparemment minime correspond en fait aux plus grandes fluctuations climatiques d’environ 2, 6 millions d’années à ce jour. L'équipe a découvert que les scientifiques interprètent mal les ratios d'oxygène comme de grandes variations climatiques quand ils voient de grandes flammes.
La reconstruction climatique correctement interprétée aide les scientifiques à replacer les changements actuels dans le contexte actuel, par exemple en comparant le taux de changement actuel de la variabilité naturelle de la planète dans le passé, déclare Frank McDermott de l'University College Dublin. Et les scientifiques utilisent les données paléoclimatiques pour élaborer des modèles plus précis du passé et du présent et de meilleures projections pour l’avenir.
«Si nous savons comment le climat a changé dans le passé - disons au cours des derniers milliers d'années - nous pouvons faire fonctionner un modèle climatique à l'envers par rapport à aujourd'hui… puis vérifier si le modèle parvient à reproduire les conditions climatiques passées connues», a-t-il ajouté. dit.
L'étude de l'équipe montre à quel point il est important de comprendre une grotte en tant que système individuel avant de l'utiliser pour faire de telles généralisations sur le monde - une bonne tactique, que vous étudiez des personnes ou des chambres souterraines.
«En substance, le scientifique doit essayer de comprendre le système de grottes et même le système d’égouttement à partir duquel sa stalagmite a été prélevée pour interpréter correctement les changements les plus subtils», déclare McDermott.
Un projet dirigé par Greg Hakim de l'Université de Washington à Seattle incorpore actuellement à ces modèles la base de données des mesures de l'isotope de l'oxygène établie par la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) pour effectuer exactement ces vérifications. Et c'est là que les nouvelles découvertes peuvent aider.
«Les personnes affectées par des facteurs locaux sont expulsées», explique Baker. Maintenant, les scientifiques peuvent peut-être chasser les grottes qui ont été brûlées.
De nouvelles plantes ont germé environ six mois après un incendie de forêt près de la grotte Yonderup. (Pauline Treble) En utilisant cette même base de données NOAA et les nouveaux résultats de Nagra, les paléoclimatologues pourraient également être en mesure de reconstituer l’historique des incendies d’une région. «Vous ne pouvez probablement pas le faire avec [la mesure de l'isotope de l'oxygène] en soi, mais avec d'autres choses qui seraient plus isolées quant à la manière dont elles sont affectées», prévient Nagra.
Cela signifie que ce travail nécessite une véritable empreinte digitale de feu, une empreinte réellement unique. Treble dit que la solution pourrait être des traces de métaux. Combinés aux données sur l'oxygène, ils pourraient constituer un historique chronologique solide de l'historique des incendies. Cet enregistrement, en particulier dans les zones sèches comme celles de cette étude, est souvent une intrigue secondaire dans l’histoire du climat. Nous le voyons maintenant, alors que les incendies de forêt se multiplient dans l’Ouest américain à cause de la sécheresse, de la hausse des températures, de la prolongation des saisons chaudes et des tempêtes plus importantes.
Avec les grottes australiennes, «nous essayons de réduire la façon dont ces processus sont couplés à long terme et quel type d’impact nous pouvons nous attendre à voir avec un assèchement supplémentaire de cette région», déclare Treble.
Les scientifiques espèrent également voir comment les futurs incendies affecteront l'écologie locale et les grottes elles-mêmes. C'est pourquoi l'Australian Research Council a financé cette étude. Nagra et ses conseillers se sont associés à l'Office of Environment and Heritage, qui gère les parcs nationaux australiens.
«En Nouvelle-Galles du Sud, nous avons une politique nationale qui interdit de brûler des grottes ou du karst dans les réserves nationales, car ils ne savaient pas quel impact cela aurait sur leur vie», déclare Baker. «Par prudence, ils n’ont pas eu d’incendie. Peut-être pourrions-nous leur donner suffisamment de preuves pour qu’ils puissent modifier la politique si cela est dans l’intérêt supérieur. »
