Pourquoi l’Antarctique a gelé des millions d’années avant l’Arctique – nouvelle recherche
L’Antarctique de l’Est abrite la plus grande calotte glaciaire de la planète, contenant suffisamment d’eau pour élever le niveau de la mer de 52 mètres si elle fondait complètement. Pourtant, les scientifiques se demandent depuis des décennies comment et pourquoi cette calotte glaciaire s’est formée.
En fait, il existe deux mystères liés. Premièrement, l’Antarctique a été recouverte de glace il y a environ 34 millions d’années – une période connue sous le nom de transition Éocène-Oligocène – tandis que la région Arctique est restée largement libre de glace pendant environ 25 millions d’années.
Les niveaux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère diminuaient considérablement à cette époque et jouaient un rôle important dans la baisse des températures. Mais si c’était le seul facteur à l’origine de la transition, les deux pôles auraient dû se refroidir ensemble. Ils ne l'ont pas fait.
Cela signifie que quelque chose d’autre donnait probablement une longueur d’avance à l’Antarctique.
Le deuxième mystère est que les températures à la surface de la mer dans l’océan Austral sont restées étonnamment chaudes pendant environ 10 millions d’années après la formation de la calotte glaciaire de l’Est de l’Antarctique. Ce n’est pas ce à quoi nous nous attendrions si la calotte glaciaire s’était formée uniquement en réponse au refroidissement global, auquel cas les océans environnants auraient également dû se refroidir considérablement.
Ma nouvelle étude avec des collègues basés au Royaume-Uni et en Allemagne, publiée dans Science, pointe vers une réponse enfouie profondément sous les calottes glaciaires : les montagnes de l'Antarctique et les forces géologiques au ralenti qui les ont construites.
Un continent en mouvement
Cette histoire commence il y a environ 170 millions d’années, lorsque l’Antarctique et l’Afrique ont été réunis pour la dernière fois au sein du supercontinent Gondwana. Leur scission a envoyé l’Antarctique sur une trajectoire vers le pôle Sud – et cette rupture massive a également déclenché une chaîne d’événements bien sous la surface. https://www.youtube.com/embed/lypwH_V5k6c?wmode=transparent&start=0 L'Afrique et l'Antarctique se sont séparés au cours de la période jurassique, il y a environ 170 millions d'années.
Lorsque les continents se brisent, les matières chaudes du manteau terrestre remontent sous eux, se refroidissent puis coulent. Ce mouvement tourbillonnant déstabilise la base du continent voisin, déclenchant une série d’instabilités semblables à des lampes à lave qui enlèvent un à un des morceaux de ses racines profondes.
Ces perturbations, appelées « ondes du manteau », balayent le dessous des continents pendant des millions d'années, parcourant plus de 1 000 kilomètres en se propageant à travers la roche chaude et collante située sous la masse continentale.
Mon équipe de recherche a découvert ce phénomène il y a plusieurs années. Dans deux articles de Nature, nous avons rassemblé plusieurs éléments de preuve indépendants qui pointaient tous vers la même conclusion : les ondes du manteau peuvent déclencher des éruptions volcaniques diamantifères – de violentes explosions qui propulsent le magma des racines profondes des continents, à plus de 150 kilomètres sous la surface.
Nous avons également découvert que ces ondes du manteau peuvent générer des impulsions inexpliquées de soulèvement de terres loin des zones de rift où le continent s'est initialement brisé.
Grâce à des modèles informatiques qui simulent l’évolution des paysages sur des dizaines de millions d’années, nous avons désormais retracé l’effet que ces vagues auraient pu avoir dans l’Est de l’Antarctique. Près de la côte, la faille formait une imposante falaise, appelée escarpement, haute de plus de deux kilomètres.
À des centaines de kilomètres à l’intérieur des terres, la vague du manteau a arraché les roches profondément sous le continent. Telle une montgolfière qui s'élève après avoir largué son lest, la terre au-dessus s'est lentement soulevée, créant un vaste plateau et déclenchant une vague d'érosion à travers le paysage.
Le soulèvement ne s’est pas arrêté là. Il a continué à migrer vers l'intérieur des terres, mettant environ 100 millions d'années pour atteindre les montagnes Gamburtsev, à plus de 1 500 km de la côte. Cette chaîne est maintenant enfouie sous 3 km ou plus de glace. https://www.youtube.com/embed/Z45erzWI0cw?wmode=transparent&start=0 Comment le paysage de l'Antarctique oriental a changé sur une période de 125 millions d'années jusqu'à il y a 34 millions d'années, moment où une calotte glaciaire à l'échelle du continent s'est formée pour la première fois.
L'altitude compte énormément pour la glace. La température de l'air baisse d'environ 1 °C tous les 100 mètres d'altitude gagnés, de sorte que même une modeste élévation supplémentaire peut empêcher une chaîne de montagnes de perdre sa neige chaque été et de la conserver toute l'année.
Jusqu'il y a environ 50 millions d'années, la plupart des montagnes Gamburtsev se situaient à moins de 1,5 km, trop basse pour qu'une grande quantité de neige puisse survivre pendant l'été. Mais nos modèles montrent qu'à peu près à cette époque, la vague de soulèvement (voir vidéo ci-dessus) a atteint cette région montagneuse et a poussé une grande partie de la chaîne au-dessus de 2 km. À cette altitude, la neige et la glace pourraient persister et commencer à s'accumuler.
Selon nos calculs, il y a environ 45 millions d'années, une partie suffisante du paysage de l'Antarctique oriental avait franchi ce seuil pour que les glaciers de montagne s'installent et commencent à s'étendre.
Selon un autre volet de notre analyse, la calotte glaciaire a commencé à se former précisément à ce moment-là. Au moment de la glaciation continentale, les températures mondiales étaient tombées d'un maximum d'environ 30°C il y a 50 millions d'années à plus près de 20°C. https://datawrapper.dwcdn.net/Fr2Sy/4/
Une fois les glaciers formés sur les hauts plateaux, deux boucles de rétroaction ont pris le relais. Premièrement, la glace et la neige réfléchissent beaucoup plus de lumière solaire que la roche nue, de sorte que, à mesure que la calotte glaciaire grandissait, elle refroidissait davantage la région environnante. Notre modélisation suggère que cela à lui seul a fait baisser les températures mondiales d’environ 1°C.
Deuxièmement, à mesure que l’air au-dessus de l’Antarctique se refroidissait, il contenait moins de vapeur d’eau, un puissant gaz à effet de serre. Un air plus sec signifiait une couverture isolante plus faible sur la région, permettant aux températures de baisser encore davantage.
Ensemble, ces boucles de rétroaction permettent à la calotte glaciaire de s’étendre depuis ses bastions montagneux jusqu’à la côte, pour finalement se fondre dans la calotte glaciaire unique que nous voyons aujourd’hui.
Surtout, le refroidissement global d’environ 1°C n’a pas suffi à geler l’Arctique, car les masses continentales de l’hémisphère nord n’avaient pas l’altitude nécessaire pour franchir ce seuil. Il faudrait environ 25 millions d’années supplémentaires, ainsi que des niveaux de CO₂ et des températures mondiales bien inférieurs, avant que d’importantes calottes glaciaires puissent également s’y former.
Le changement de température provoqué par la formation de la calotte glaciaire n’a pas non plus suffi à faire chuter les températures dans les océans polaires autour de l’Antarctique, réconciliant ainsi les deux mystères entourant l’origine de sa calotte glaciaire.
Préparer le terrain pour les périodes glaciaires
Nos travaux montrent comment la géologie prépare le terrain pour les périodes glaciaires. La hauteur du terrain détermine si un climat donné est suffisamment froid pour faire pousser de la glace.
Ce concept est important pour d'autres événements climatiques survenus dans le passé de la Terre. Si les processus terrestres profonds peuvent conditionner un paysage à la glace bien avant que le climat ne se refroidisse suffisamment pour que les calottes glaciaires se forment, ils pourraient également avoir contribué aux périodes glaciaires antérieures.
Comprendre la croissance des calottes glaciaires du passé peut également nous donner des indices sur l’avenir. Notre étude montre que les conditions nécessaires à la formation d’une calotte glaciaire continentale sont extraordinairement spécifiques et qu’il a fallu des échelles de temps géologiques pour les assembler.
Cependant, lorsque les calottes glaciaires fondent, elles disparaissent beaucoup plus rapidement qu’elles ne se sont formées. Et une fois perdus, ils ne peuvent pas simplement repousser.
Thomas Gernon, professeur en sciences de la Terre et du climat, Université de Southampton
Photo principale par Djwosa de Pixabay
