Un tapis roulant de glace de mer adoucit l'océan Austral
Au cours des dernières décennies, la glace de mer autour de l'Antarctique s'est déplacée de plus en plus vers le nord. Ce phénomène s'est accompagné d'une extension de la glace de mer et d'une diminution de la salinité de l'eau de mer à la limite de la glace - avec des conséquences encore inexplorées pour le climat global et les écosystèmes antarctiques.
Des mesures de longue durée de la salinité dans l'océan Austral montrent que celle-ci a diminué au cours des dernières décennies. Aucune autre mer n'a connu un changement de salinité aussi important que cet océan. Jusqu'à présent, la recherche n'avait pas d'explication complète à ce phénomène.
Dans une étude qui vient d'être publiée dans la revue spécialisée "Nature", des océanographes de l'ETH Zurich, du GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel et de l'Université de Hambourg révèlent aujourd'hui la raison de cette "édulcoration" (freshening en anglais) de l'océan Austral.
Dans leur étude, les scientifiques démontrent pour la première fois que la formation accrue de glace de mer le long de la c?te de l'Antarctique et sa fonte sur le bord de la glace de mer sont les principaux responsables des changements de salinité et de répartition du sel dans l'océan Austral.
La glace de l'Antarctique se déplace
Cela semble paradoxal : alors que la glace de mer diminue rapidement dans l'Arctique, elle s'étend davantage autour de l'Antarctique malgré le réchauffement climatique. Depuis plusieurs décennies, les chercheurs observent que la couverture maximale de glace de l'océan Austral s'étend plus au nord qu'il y a 30 ans. L'une des principales raisons de cette extension est un transport accru qui pousse la glace de mer plus au nord, comme sur un tapis roulant. Les chercheurs montrent maintenant que ce processus a également des conséquences sur la salinité de l'eau de mer : La glace de mer antarctique se forme et fond à nouveau chaque année. Au plus haut, elle couvre une surface de 18 millions de km?, soit la taille des ?tats-Unis et du Canada. En gelant, le sel se détache et reste dans la mer. Cela rend l'eau plus salée. Lorsque la glace fond, de l'eau douce pénètre dans l'océan, réduisant ainsi sa salinité.
La glace se forme majoritairement à proximité des c?tes. Les vents forts et les courants marins poussent ensuite la glace à plus de 1000 kilomètres au nord, en pleine mer. La limite nord de la glace de mer se situe à environ 60 degrés de latitude sud. C'est là que la glace commence à fondre au printemps, libérant ainsi de l'eau douce en pleine mer.
L'eau de fonte froide devient de l'eau intermédiaire
L'eau de fonte froide qui s'écoule maintenant dans l'océan refroidit l'eau de mer et la rend en même temps plus douce. Sous l'impulsion des vents et d'autres facteurs, ces masses d'eau s'enfoncent ensuite sous les eaux de surface plus chaudes et forment ce que l'on appelle l'eau intermédiaire antarctique, une masse d'eau à la salinité relativement faible. Celle-ci se situe à une profondeur d'environ 600 m à 1500 m et s'étend vers le nord en forme de langue. La pointe de la langue s'étend jusqu'à l'équateur et même jusqu'à la c?te ibérique dans l'Atlantique Est.
"Notre travail montre que la faible salinité de l'eau intermédiaire de l'Antarctique s'explique en grande partie par l'eau de fonte de la glace de mer", explique Matthias Münnich, enseignant en océanographie physique à l'ETH Zurich, qui a participé de manière déterminante à l'étude.
L'apport d'eau douce a augmenté de manière significative
"Cet apport d'eau douce dans les eaux intermédiaires de l'Antarctique par la glace de mer, mais aussi celui dans les eaux de surface, a augmenté de manière significative au cours des dernières décennies. Nous avons pu estimer ces processus pour la première fois. La raison en est probablement l'intensification des vents soufflant vers le nord durant cette période", explique le premier auteur de l'étude, Alexander Haumann, doctorant au sein du groupe de physique environnementale de l'ETH Zurich.
Selon les calculs du chercheur et de ses collègues, le transport d'eau douce à travers la glace de mer a augmenté jusqu'à 20 pour cent entre 1982 et 2008. Durant cette période, la salinité de l'eau de mer dans la zone de fonte a continuellement diminué, jusqu'à 0,02 gramme par kilogramme d'eau de mer tous les dix ans. "Ce chiffre correspond à des données mesurées depuis de nombreuses années", explique Nicolas Gruber, professeur de physique environnementale à l'ETH Zurich.
"La recherche observe depuis longtemps que la salinité de l'eau intermédiaire de l'Antarctique diminue considérablement", explique-t-il. Les scientifiques pensaient toutefois que cela était d? à une augmentation des précipitations au-dessus de l'océan Austral. " Cependant, les modifications des précipitations reconstituées à l'aide de modèles informatiques étaient bien trop petites pour pouvoir expliquer les changements observés dans la salinité." Le professeur de l'ETH en est donc certain : "C'est le transport accru vers le nord de l'eau douce par la glace de mer qui est responsable d'une grande partie de ce changement".
Une brèche dans le climat mondial
Cependant, la glace de mer n'influence pas seulement la salinité de l'eau, mais aussi sa stratification. L'eau à faible salinité est plus légère que celle à forte salinité et flotte sur le dessus. Par conséquent, lorsque les eaux de surface deviennent plus "douces" et donc plus légères, l'eau salée plus lourde des profondeurs a moins de chances de remonter. La stratification des masses d'eau devient globalement plus stable. Cela influence à son tour comment et si les différentes masses d'eau échangent entre elles et avec l'atmosphère des gaz climatiques tels que le CO? et la chaleur. "Gr?ce à une stratification plus stable, l'océan Austral pourrait théoriquement absorber davantage de dioxyde de carbone, car les eaux profondes riches en CO? n'atteindraient plus la surface, où elles libéreraient le CO?", explique Gruber. Pour la chaleur, ce serait justement l'inverse. Un océan stratifié plus stable absorberait moins de chaleur.
Pendant longtemps, les chercheurs ont supposé que l'échange de chaleur et de dioxyde de carbone était principalement contr?lé par des changements dans les vents forts de cette région. L'étude du groupe de Gruber montre maintenant que le système est beaucoup plus compliqué. Les modifications de la glace de mer autour de l'Antarctique pourraient y jouer un r?le bien plus important qu'on ne le pensait jusqu'à présent.
"Jusqu'à présent, nous avons accordé beaucoup plus d'attention à la glace de mer dans l'Arctique, car elle diminue de manière dramatique. Mais à long terme, les changements dans l'Antarctique pourraient être beaucoup plus importants pour notre climat, car ils influencent considérablement le bilan thermique et carbone de la Terre", explique Haumann.
Il n'est pas clair si les vents orientés vers le nord se sont renforcés en raison du changement climatique provoqué par l'homme ou s'il s'agit de variations naturelles. "Si ces changements étaient vraiment d'origine humaine, il s'agirait d'une conséquence dramatique de l'influence humaine sur le climat et l'écosystème dans l'un des coins les plus éloignés de notre planète et probablement le moins touché à ce jour".
Jusqu'à présent, l'océan Austral a joué le r?le de régulateur climatique et de puits de carbone : les modèles climatiques montrent que cet océan a absorbé environ trois quarts de la chaleur supplémentaire. De même, l'océan Austral a avalé la moitié de la quantité totale de CO? absorbée par les océans du monde.
Recherche polaire suisse
En collaboration avec l'EPFL, l'Institut fédéral de recherche sur la forêt, la neige et le paysage (WSL) et l'Université de Berne, l'ETH Zurich a créé en avril 2016 le Swiss Polar Institute (SPI). Ce consortium a pour objectif d'étudier les régions polaires et d'autres habitats extrêmes. Le premier projet du SPI est ambitieux : une page externeExpédition avec 55 chercheurs de 30 pays fera fin décembre 2016 un tour complet de l'Antarctique lors d'une croisière de plusieurs mois. Le climatologue Alexander Haumann, du groupe du professeur de l'ETH Nicolas Gruber, en fera partie. L'objectif de l'expédition est de saisir et de quantifier l'influence du changement climatique et la pollution de l'océan Austral.
Référence bibliographique
Haumann FA, Gruber N, Münnich M, Frenger I, Kern S. Sea-ice transport driving Southern Ocean salinity and its recent trends. Nature, 31 ao?t 2016, DOI : page externe10.1038/nature19101