Cet été, Alex Anesio passera trois semaines entouré de milliers de trous dans une banquise arctique. Son équipe et lui camperont à des kilomètres de la colonie la plus proche, entourés d’un paysage déchiré par d’énormes crevasses instables. Le seul moyen d'entrer ou de sortir est par hélicoptère. Le paysage sonore des scientifiques se réduira au crissement des crampons sur la glace, à la précipitation des ruisseaux glaciaires et au grognement occasionnel d’une immense nappe de glace se réarrangeant.
Contenu connexe
- Confirmé: l'Antarctique et le Groenland perdent de la glace
«C'est comme être sur une autre planète», déclare Anesio, biogéochimiste de l'Université de Bristol en Angleterre, qui travaille dans l'Arctique depuis environ 15 ans. "La seule chose que vous voyez autour de vous est de la glace."
Avec son équipe, il passera des semaines sur cette partie isolée de la calotte glaciaire du Groenland afin de surveiller les flaques qui pourraient avoir le pouvoir de manipuler le climat de la Terre.
Les diamètres des trous de cyroconite varient de la largeur d’un crayon à celle d’un couvercle de poubelle. (Joseph Cook) La capacité de bricoler avec le climat de notre planète n'est pas isolée des flaques arctiques. Les microbes présents dans ces petits bassins et nichés dans des sédiments de lit de lac enfouis sous des couches de glace sous la calotte glaciaire antarctique pourraient permettre de modifier sérieusement le cycle global du carbone ainsi que le climat. Et ce n’est que récemment que les chercheurs ont commencé à naviguer dans ces mondes minuscules.
Les flaques étudiées par Anesio sont appelées des trous de cryoconite - "cryo" signifiant glace et "conite" signifiant "poussière". Ils se développent lorsque des piles de débris emportés par le vent se déposent sur la surface blanche et réfléchissante d'un glacier ou d'une couche de glace. Plus sombre que la neige et la glace, ces débris absorbent plus de chaleur du soleil que ses environs et font fondre la glace en trous cylindriques pouvant atteindre environ un pied de profondeur.
Les scientifiques ont déjà pensé que ces trous étaient dépourvus de vie. Mais les chercheurs découvrent maintenant qu'ils contiennent en réalité des écosystèmes complexes de microbes tels que des bactéries, des algues et des virus.
Des millions de ces trous, qui vont généralement de la largeur d'un crayon à la largeur d'un couvercle de poubelle, sont recouverts de feuilles de glace ressemblant à du fromage de type suisse dans le monde. L'équipe d'Anesio a estimé qu'à l'échelle mondiale, la surface de ces trous totalisait environ 9 000 milles carrés. C'est un peu plus petit que l'état du New Hampshire.
Lorsque ces écosystèmes sombres et crasseux s’étendent sur la glace, ils peuvent faire en sorte que ce qui serait autrement une surface réfléchissante et rafraîchissante absorbe de plus en plus de chaleur du soleil. Cela pourrait potentiellement accélérer la fonte de la calotte glaciaire du Groenland, a annoncé l’équipe en mars dans le journal Geochemical Perspective Letters .
Mais l'équipe d'Anesio a également découvert que les organismes présents dans ces trous peuvent avoir un effet de refroidissement sur la planète en aspirant activement le dioxyde de carbone de l'atmosphère par la photosynthèse. En fait, lorsque les micro-organismes absorbent suffisamment de ce gaz à effet de serre dans l'atmosphère, les trous se comportent comme des puits de carbone.
Reste à savoir si ces trous aident à refroidir ou à réchauffer la planète. Mais comme le climat plus chaud crée plus de trous, l'équilibre semble basculer vers un réchauffement net plutôt qu'un effet de refroidissement sur l'atmosphère.
Anesio et son équipe travailleront cet été à la surveillance minutieuse des propriétés chimiques et physiques de ces trous afin de mieux comprendre leur incidence sur les comportements glaciaires et le climat en mutation de la Terre.
Lorsque suffisamment de poussière s'accumule sur une couche de glace, les trous de cryoconite se confondent et se transforment en lacs, comme celui-ci au Groenland. (Joseph Cook) L'idée que les micro-organismes peuvent vivre sur les glaciers et les inlandsis - et encore moins prospérer à des échelles significatives à l'échelle mondiale - est encore relativement nouvelle pour la science. Jusqu'à la fin des années 1990, les chercheurs considéraient généralement que la glace aux deux pôles constituait un environnement plus ou moins stérile.
«Quand vous regardez un glacier ou une banquise, vous ne voyez rien qui puisse vous donner des indices pour savoir s'il y a de la vie là-bas», déclare Jemma Wadham, une collègue d'Anesio à l'Université de Bristol. Les biologistes n'avaient pas vraiment étudié les environnements glaciaires jusqu'à la fin des années 1990, lorsque les premières preuves de la vie microbienne sont apparues.
Le manque d'intérêt précédent n'était pas dû aux limites technologiques, explique Wadham. Tout ce qu'il aurait fallu pour retrouver la vie aurait été de collecter les eaux de fonte devant un glacier et de rechercher des signes de micro-organismes actifs. "Personne n'avait fait cela", dit Wadham. "Ce qui semble un peu fou, mais j'imagine que c'est comme ça que les choses évoluent parfois."
Depuis les années 90, de nombreuses recherches ont été menées sur les microbes vivant à la surface ou sous les glaciers et les inlandsis. Ces dernières années, des chercheurs ont découvert que ces microbes étaient loin d’être en sommeil. En fait, l'équipe d'Anesio a rapporté dans une étude de 2009 que les microbes de certains trous de cryoconite sont aussi biologiquement actifs que ceux trouvés dans des sols plus chauds, aussi au sud que la Méditerranée.
«C’était vraiment surprenant compte tenu de la faible température et de la faible teneur en éléments nutritifs [de l’environnement]», explique Joseph Cook, chercheur dans le domaine de la cryoconite à l’Université de Sheffield, qui n’a pas participé à cette étude.
Au cours d'une année, cette activité pourrait absorber jusqu'à 63 000 tonnes impériales de dioxyde de carbone, a estimé l'équipe d'Anesio dans son article de 2009. C'est comparable aux émissions d'environ 13 500 voitures au cours d'une année donnée, dit-il.
"[L'étude d'Anesio] a vraiment été la première tentative de quantification de la quantité de carbone entrant et sortant de ces systèmes, ce qui était une étape énorme et très importante", a déclaré Cook.
Alex Anesio et son équipe dorment dans des tentes sur la glace pendant leurs études sur le terrain. Une partie de la glace sous la tente fond, mais celle-ci se comporte alors comme un isolant et maintient la plupart de la base gelée, explique Anesio. (Chris Bellas) Les conclusions d'Anesio n'étaient pas nécessairement ce que vous attendez d'une masse d'eau douce. La plupart des étangs et des lacs rejettent généralement plus de dioxyde de carbone dans l'atmosphère par la décomposition de la matière organique que par la photosynthèse.
En effet, la plupart des étangs et des lacs sont situés dans les forêts et reçoivent un flux constant de restes d'animaux et de plantes provenant de ces forêts via les eaux souterraines. En conséquence, les étangs et les lacs contiennent souvent beaucoup de matériaux décomposables, et la décomposition se produit souvent plus fréquemment que la photosynthèse, explique Anesio.
Les trous de cryoconite, en revanche, sont isolés des forêts - parfois à des dizaines de centaines de kilomètres - et reçoivent la majorité de leurs matières organiques par le biais de débris en suspension dans l'air. Il n'y a pas autant de matériaux à décomposer, alors les organismes photosynthétiques ont tendance à dominer, explique Anesio.
Cela ne prend cependant pas grand chose pour inverser ce scénario. Si les sédiments dans les trous deviennent trop épais, la lumière du soleil ne peut pas atteindre le fond. Cela limite la photosynthèse et le taux de décomposition commence à prendre le dessus.
«Toutes ces dynamiques sont très dépendantes du mouvement de la glace et du relief de la glace», explique Anesio. Cela peut changer au jour le jour et de saison en saison. «Parfois, vous faites beaucoup fondre et vous redistribuez les granules en couches plus minces, ou parfois ils s'accumulent dans certaines parties du glacier."
L'équipe d'Anesio tentera de résoudre la question de savoir comment ces trous se modifient au fil du temps en dormant à côté d'eux et en surveillant leurs activités jour après jour cet été.
Parmi les seuls bruits que vous entendrez dans cet environnement, le son des crampons et de l'eau qui coule (Chris Bellas) Si vous vous rendez à l'autre bout du monde à partir du site d'Anesio, vous découvrirez une autre caractéristique des glaciers qui pourrait jouer un rôle important dans le climat de la Terre: des lacs gigantesques, enfouis sous jusqu'à 2, 5 milles de glace antarctique.
Ces lacs cachés, dont la taille est comparable à celle des Grands Lacs d'Amérique du Nord, ont attiré l'attention de chercheurs comme Anesio et Wadham ces dernières années pour plusieurs raisons. D'une part, ces lacs contiennent de l'eau emprisonnée depuis des millions d'années, abritant une vie extrême qui n'a jamais été exposée aux influences humaines.
Les lacs peuvent également stocker d'importants volumes de méthane, un puissant gaz à effet de serre, congelé sous une forme appelée hydrates de méthane. Si les inlandsis de l'Antarctique s'effondraient, ces hydrates seraient exposés, les inondant d'eau de mer lorsque l'océan submergerait des parties du continent. Les hydrates déstabilisés se transformeraient en bulles de méthane et réchaufferaient l'atmosphère, ont rapporté Wadham et ses collègues dans une étude publiée dans Nature en 2012.
En utilisant des images radar et satellitaires aéroportées, les chercheurs ont localisé plus de 400 de ces lacs dits sous-glaciaires sous la banquise Antarctique au cours des 50 dernières années. Mais ce n'est qu'en 2013 qu'une équipe internationale ambitieuse de chercheurs a foré pour la première fois un forage à travers un demi-kilomètre de glace jusqu'à la surface d'un de ces lacs.
Ils ont réussi à forer à nouveau en 2015 dans un lieu proche, atteignant pour la première fois la zone d’échouement d’une couche de glace. La zone d’échouement est une zone où une banquise perd le contact avec la terre et flotte dans la mer.
Les chercheurs des échantillons d’eau et de sédiments recueillis dans la zone d’échouement fourniront à l’équipe de nouvelles informations sur la stabilité de la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental et sur son potentiel d’augmenter le niveau de la mer si elle s’effondrait. L'équipe mesurera également l'activité microbienne dans ces sédiments afin de mieux comprendre le rôle de ces microbes enfouis dans le cycle global du carbone.
Slawek Tulaczyk, chercheur à l’Université de Californie à Santa Cruz et l’un des scientifiques principaux de ces avancées majeures, décrit la tension qui attend l’attente de leur équipement pour arriver à leur site de forage en 2013, après plus de cinq ans de planification avec environ 50 collaborateurs internationaux.
Les chercheurs ont pris des dispositions pour que leur équipement - pesant au total environ 300 000 livres - puisse circuler dans 12 conteneurs d'expédition à travers 800 milles de calotte glaciaire pour atteindre le lac subglaciaire Whillans, dans le sud-ouest de l'Antarctique. Moins profond que les autres lacs sous-glaciaires, Whillans offrait aux chercheurs une chance de réussite en raison de son accessibilité relative par rapport aux autres lacs enfouis sous des kilomètres de glace.
Il a fallu deux semaines aux chauffeurs de camion pour transporter le matériel, dont certains extrêmement délicats, sur le site de forage. Tout ce que les scientifiques pouvaient faire était d’attendre à la station de recherche McMurdo et d’écouter les chauffeurs de camions appeler avec leurs rapports.
«Nous avons entendu des histoires d'horreur», explique Tulaczyk, expliquant que les chauffeurs ont appelé pour signaler des objets cassés et ont demandé des fournitures de soudage supplémentaires. Heureusement, la plupart des dommages ont été causés aux conteneurs d’expédition et non à leur contenu.
«Lorsque nous avons pris l'avion, le contenu des conteneurs a suffisamment survécu pour que nous puissions l'utiliser, mais les conteneurs eux-mêmes étaient assez défoncés et semblaient avoir subi beaucoup de souffrances», explique Tulaczyk.
Tulaczyk et ses collègues ont monté un dispositif appelé foret à eau chaude pour accéder au lac Whillans. Pendant 24 heures, les chercheurs ont percé un trou d'environ un pied de diamètre en pompant l'eau chaude avec force vers le bas et en la faisant circuler de sorte que, à mesure qu'il se creusait, le trou ne se fige pas sur lui-même.
Une fois qu'ils ont atteint la surface du lac, les chercheurs ont envoyé des sondes dans le trou pour recueillir des données et des échantillons. Mais ils devaient le faire avec soin et proprement. S'ils contaminaient l'un de leurs équipements, ils risquaient de collecter des microbes modernes qui confondreaient leurs découvertes et porteraient atteinte à un habitat autrement vierge.
À leur enthousiasme et leur soulagement, l'équipe a trouvé des preuves de microbes vivant dans l'eau, dit Tulaczyk. Il y avait eu des moments au cours desquels l'équipe s'inquiétait d'avoir passé des années à planifier et à dépenser des millions de dollars pour tenter de créer un vide sans vie.
Leurs découvertes renforcent l’idée que de grandes quantités d’hydrates de méthane d'origine microbienne pourraient se déposer sous la calotte glaciaire antarctique. Les microbes pourraient produire ce méthane en décomposant les forêts anciennes et d’autres matières organiques sous la glace, ont proposé Wadham, Anesio, Tulaczyk et leurs collègues dans le rapport Nature 2012.
Les chercheurs qui étudient les trous dans la cryoconite doivent parfois porter des combinaisons propres pour éviter de contaminer leurs échantillons microbiens. (Alex Anesio) En utilisant des estimations basées sur des mesures de sédiments recueillis sous la calotte glaciaire du Groenland - analogue comparable mais beaucoup plus mince à la calotte glaciaire de l'Antarctique -, l'équipe a calculé qu'il pourrait y avoir jusqu'à 3, 9 millions de tonnes impériales de méthane cachées sous la glace antarctique.
Compte tenu de la puissance du méthane en tant que gaz à effet de serre, cela pourrait poser un problème pour l'atmosphère terrestre si une grande partie de la calotte glaciaire fondait. Et, selon des estimations de chercheurs de l'Université du Massachusetts, d'Amherst et de la Pennsylvania State University, cela pourrait se produire d'ici la fin du siècle.
Martin Siegert, glaciologue à l'Imperial College London, faisait partie de l'équipe qui a décrit un lac sous-glaciaire pour la première fois en 1996. Il affirme que les estimations de la quantité de méthane restant sous la glace antarctique sont théoriquement plausibles.
Cependant, les chercheurs auraient besoin de mesurer l'activité microbienne dans les sédiments humides sous les inlandsis pour préciser leur hypothèse, explique Siegert. "C'est assez simple, le type de science que vous devez faire, la difficulté est de descendre là-bas et de forer de l'eau chaude."
Même si les estimations de l'effondrement de la calotte glaciaire avant la fin du siècle étaient correctes, il faudrait probablement beaucoup plus de temps pour que les effets des hydrates de méthane soient détectables dans l'atmosphère, déclare Alexey Portnov, chercheur à l'Arctique. Université de Tromsø en Norvège. Portnov étudie les restes d'hydrates de méthane exposés à la fin de la dernière période glaciaire dans l'Arctique, ainsi que les hydrates de méthane actuellement en train de fondre du pergélisol arctique. Il a ajouté que même si les hydrates de méthane reposaient sous la calotte glaciaire antarctique, qu'ils devenaient déstabilisés et commençaient à faire remonter du méthane à la surface, il faudrait des centaines d'années pour que ces réserves de méthane aient un impact détectable sur le climat mondial.
«Les calottes glaciaires s'effondrent de plus en plus vite ces dernières années», explique Portnov. «Néanmoins, il faudra un certain temps avant que la quantité de méthane contenue dans ces hydrates de gaz modifie le climat.»
Pendant ce temps, les hydrates de méthane dégelés du pergélisol et le long des dorsales peu profondes du sol océanique rejettent déjà ce gaz à effet de serre dans l'atmosphère à une vitesse significative, explique Portnov. Les inlandsis ne sont que l’un des nombreux entrepôts de méthane gelé en train de fondre.
La prochaine étape des travaux d'hydrate de méthane sous-glaciaire sera d'obtenir davantage de fonds pour entreprendre une autre expédition de forage dans un lac plus profond. Les efforts précédents - tels que les efforts de plusieurs millions de dollars visant à forer dans le lac Ellsworth en 2012 - ont échoué. Ainsi, avant d'essayer d'accéder à des lacs plus profonds avec le matériel existant, chercheurs et ingénieurs doivent collaborer pour développer de nouvelles techniques pour des projets plus profonds.
«Nous devons juste y arriver et obtenir les échantillons», dit Wadham. "C'est l'un des défis des deux prochaines décennies."
De grandes étendues de cryoconite - ou de poussière de glace - recouvrent la calotte glaciaire du Groenland et d'autres glaciers du monde entier, assombrissant leurs surfaces et les faisant absorber la chaleur du soleil. (Joseph Cook) Alors que les glaciers et les inlandsis peuvent boucher physiquement de vastes réserves d'hydrates de méthane enfouis ou extraire le dioxyde de carbone de l'atmosphère par des millions de petits trous, leurs impacts dépassent de beaucoup leur empreinte physique.
Par exemple, lorsque les trous de cryoconite fondent suffisamment profondément pour drainer le fond d'un glacier, leur contenu peut éventuellement atteindre l'océan, apportant des nutriments dans l'écosystème marin. Cela pourrait entraîner une prolifération d'algues à grande échelle, qui pourrait extraire le dioxyde de carbone de l'atmosphère dans des proportions bien plus grandes que tout ce que les microbes présents dans ces trous pourraient détruire, a déclaré Anesio.
«Cela aurait un impact mondial beaucoup plus important, car la fixation du carbone dans les océans a un impact considérable sur le cycle global du carbone», a-t-il déclaré.
Bien qu'une image complète de la manière dont les microbes des glaciers affectent le climat de la Terre soit dans quelques années, Anesio et ses collègues chercheurs polaires vont de l'avant. Faire face aux problèmes technologiques et aux environnements difficiles signifie souvent que leurs percées vont de pair. Mais ce sont les défis, à la fois intellectuels et physiques, qui attirent les scientifiques dans ces paysages gelés.
«C'est tellement beau d'être là, c'est incroyable, dit Anesio. «Les dimensions et l’échelle des choses sont tellement grandes, les rivières et l’eau et la forme de la glace. J'ai vraiment hâte d'y aller.
Cook, à l'Université de Sheffield, accepte. Il trouve que les champs de trous de cryoconite à perte de vue sont assez frappants.
"Regarder dans les trous de cryoconite est étrangement magnifique", déclare Cook. «C’est très serein et c’est incroyable de voir quelque chose d’aussi simple que de contredire l’incroyable complexité de ce qui se passe. C'est une sorte d'hypnose. "
Le forage au lac Whillans, qui nécessitait une coordination entre environ 50 collaborateurs du monde entier. (JT Thomas)
