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Il y a 34 millions d’années… la formation des premières glaces permanentes en Antarctique

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Il y a 34 millions d’années… la formation des premières glaces permanentes en Antarctique

Une équipe composée de chercheurs de l’institut des sciences de la Terre de Paris (ISTeP, CNRS/UPMC) et de l’université d’Oxford (Department of Earth Sciences) a mis en évidence qu'un réchauffement de l'océan Atlantique équatorial à l'Eocène supérieur (entre 38 et 34 Ma) a précédé la formation des premières glaces permanentes sur l'Antarctique. Cette mise en glace était jusqu'à présent attribuée au refroidissement progressif de l’océan Austral associé à une baisse de la pression partielle du dioxyde carbone (CO2) dans l'atmosphère. Ces données nouvelles démontrent qu'une importante réorganisation de la répartition de chaleur à la surface des océans a été le déclencheur de la glaciation.

 

Les coccolithes, des archives climatiques précieuses

Les coccolithes sont des biominéralisation de calcite formées par un groupe d’algues unicellulaires, les coccolithophoridés. Outre l’approche micropaléontologique permettant des reconstitutions des paléoenvironnements dans les séries sédimentaires anciennes, leur composition géochimique renferme également un message paléoclimatique qui peut être décrypté. Ces biominéraux étant formés intra-cellulairement, la physiologie de la cellule induit une distorsion de la composition physicochimique de la calcite par rapport à l'environnement dans lequel l'algue a calcifié. La différence de composition entre le biominéral et une calcite inorganique est nommée « effet vital ». Des travaux récents ont permis de comprendre l’effet vital qui a longtemps été un obstacle en paléocéanographie. L’amplitude de ce phénomène peut même être utilisée pour reconstituer la température des océans et les pCO2 atmosphériques, deux paramètres majeurs pour la caractérisation des paléoclimats.

 

Cliché en microscopie électronique à balayage d’une fraction séparée (entre 3 et 5 microns) contenant des coccolithes (colorisé en rose) avec un excellent état de préservation (Site ODP 925, échantillon 30.0 Ma). Ce matériel a été utilisé pour reconstruire les températures d’eaux de surface et des pCO2 grâce à leur analyse isotopique (oxygène et carbone). D. R.

 

La transition climatique Greenhouse - Icehouse réinterprétée ?

L’analyse isotopique de coccolithes extraits des sédiments de l’Atlantique équatorial a montré que, contrairement à ce qui était déduit des foraminifères mal préservés de cette période et qui n'enregistraient aucune variation de température, la ceinture intertropicale enregistre un net réchauffement de 6 °C, synchrone du refroidissement de l'océan Austral. Cette étude apporte un nouvel éclairage sur la transition climatique Greenhouse - Icehouse des 50 derniers millions d'années en montrant la mise en place, bien avant la glaciation, d’un fort gradient de température entre l'équateur et le pôle Sud. Ce gradient latitudinal est la conséquence d'une réorganisation majeure des transferts de chaleur dans l'océan et l'atmosphère qui a conduit le climat terrestre vers un point de bascule avec la formation de glaces permanentes sur le continent austral.

 

Le résultat d’un savoir-faire académique

Ce travail a été amorcé dans le cadre d'un stage de recherche de fin de Master de la spécialité « Géosciences » du Master SDUEE (Sciences de l’Univers, Environnement, Écologie). Cette formation allie un fort adossement à la recherche fondamentale dans les laboratoires de l'UPMC et une spécialisation aux métiers de la recherche et de l'exploitation des ressources et des énergies (fossiles et renouvelables). Il est l'aboutissement de plusieurs années de développements méthodologiques pour permettre l’extraction des coccolithes à partir des sédiments pélagiques grâce à un protocole mis au point à l’ISTEP, et d’avancées conceptuelles majeures sur la compréhension des mécanisme cellulaires affectant les fractionnements isotopiques biologiques chez les coccolithophoridés. Ce dernier volet biogéochimique a été largement développé à l’université d’Oxford grâce à des mises en culture de coccolithophoridés en laboratoire. Ces travaux ont convergé vers la formalisation de nouveaux proxies permettant de compléter la « boîte à outils » utilisable en paléocéanographie et ayant un fort potentiel pour mieux contraindre d’autres transitions climatiques majeures du Méso-Cénozoïque.

Pour en savoir plus :

Référence : Tremblin M., Hermoso M., Minoletti F., (2016). Equatorial heat accumulation as a long-term trigger of permanent Antarctic ice sheets during the CenozoicNouvelle fenêtre, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. doi: 10.1073/pnas.1608100113

 

Institut des sciences de la Terre de Paris (ISTeP, CNRS/UPMC)Nouvelle fenêtre

 

Site du Master SDUEE (Sciences de l’Univers, Environnement, Écologie), spécialité « Géosciences »Nouvelle fenêtre

 

Références bibliographiques associées :

  • Hermoso, M., 2015. Control of ambient pH on growth and stable isotopes in phytoplanktonic calcifying algae. Paleoceanography 30, n/a-n/a. doi:10.1002/2015PA002844
  • Hermoso, M., Minoletti, F., Aloisi, G., Bonifacie, M., McClelland, H.L.O., Labourdette, N., Renforth, P., Chaduteau, C., Rickaby, R.E.M., 2016. An explanation for the 18O excess in Noelaerhabdaceae coccolith calcite. Geochim. Cosmochim. Acta 189, 132–142. doi:10.1016/j.gca.2016.06.016
  • Hermoso, M., Chan, I.Z.X., McClelland, H.L.O., Heureux, A.M.C., Rickaby, R.E.M., 2015. Vanishing coccolith vital effects with alleviated CO2 limitation. Biogeosciences Discuss. 12, 15835–15866. doi:10.5194/bgd-12-15835-2015
  • Kennett, J.P., 1977. Cenozoic evolution of Antarctic glaciation, the circum-Antarctic Ocean, and their impact on global paleoceanography. J. Geophys. Res. 82, 3843–3860. doi:10.1029/JC082i027p03843
  • Minoletti, F., Hermoso, M., Gressier, V., 2009. Separation of sedimentary micron-sized particles for palaeoceanography and calcareous nannoplankton biogeochemistry. Nat. Protoc. 4, 14–24. doi:10.1038/nprot.2008.200



17/10/16