Des scientifiques viennent de découvrir un vaste aquifère d’eau de mer ancienne sous l’Antarctique

Sous un cours d’eau glacé à débit rapide de l’Antarctique occidental, des scientifiques ont découvert un vaste aquifère débordant d’eau de mer, probablement enfermé là depuis des milliers d’années.

Chloe Gustafson et Meghan Seifert au Whillans Ice Stream. (Kerry Key/Lamont-Doherty Earth Observatory/Columbia University)

C’est la première fois que des scientifiques détectent des eaux souterraines sous un cours d’eau glacé en Antarctique, et cette découverte pourrait modifier notre compréhension de la façon dont le continent glacial réagit au changement climatique et des types d’organismes mystérieux qui se cachent sous ses nombreuses plateformes de glace.

Le nouveau système d’eau souterraine peut être considéré comme une éponge géante, composée de sédiments poreux et saturée d’eau, a déclaré Chloe D. Gustafson, auteur principal d’une nouvelle étude sur l’aquifère enfoui, anciennement géophysicien à l’Observatoire de la Terre Lamont-Doherty de l’Université de Columbia et désormais basé à l’Institut océanographique Scripps de l’UC San Diego.

“‘L’éponge’ que nous observons a une épaisseur comprise entre un demi-kilomètre et deux kilomètres, elle est donc assez profonde”, a-t-elle déclaré à Live Science.

Gustafson et ses collègues ont décrit l’aquifère de taille considérable dans un rapport publié jeudi 5 mai dans la revue Science. L’aquifère se trouve sous le même courant de glace qu’un lac sous-glaciaire appelé lac Whillans, qui se trouve à une profondeur moindre, environ 800 mètres sous la glace.

“Pour moi, le résultat le plus surprenant est le volume d’eau contenu dans l’aquifère”, a déclaré Winnie Chu, géophysicien spécialiste des glaciers à l’école des sciences de la terre et de l’atmosphère du Georgia Institute of Technology, qui n’a pas participé à l’étude.

Les auteurs ont estimé que l’énorme aquifère contient plus de 10 fois le volume d’eau contenu dans le système moins profond de lacs et de rivières situé à la base de la plate-forme glaciaire. Ce système peu profond comprend le lac Whillans, qui a une superficie de 60 kilomètres carrés et une profondeur d’environ 2,1 mètres.

Une IRM de la Terre

Les scientifiques supposent depuis longtemps que d’énormes aquifères pourraient se cacher sous la glace de l’Antarctique, en partie parce que les courants de glace et les glaciers du continent glissent sur un lit de sédiments perméables que l’eau devrait pouvoir pénétrer, a expliqué Mme Chu.

Cependant, jusqu’à présent, les limitations technologiques ont empêché les chercheurs de recueillir des preuves directes de ces systèmes hydrologiques profonds, c’est-à-dire des systèmes constitués d’eau, a-t-elle expliqué. Au lieu de cela, la recherche s’est concentrée sur les lacs et les rivières relativement peu profonds que l’on trouve à la base ou à proximité des glaciers et des plates-formes de glace.

Pour aller au-delà de ces systèmes peu profonds et découvrir les profondeurs cachées, Gustafson et ses collègues ont utilisé une technique appelée “imagerie magnétotellurique”. Ils ont pris des mesures sur le flux de glace Whillans dans l’Antarctique occidental, une ceinture de glace en mouvement qui mesure environ 0,8 km d’épaisseur et se déplace d’environ 1,8 m par jour en direction de la plate-forme de glace Ross toute proche.

L’imagerie magnétotellurique repose sur les champs électromagnétiques générés par les vents solaires qui interagissent avec l’ionosphère de la Terre – une couche dense de molécules et de particules chargées électriquement dans la haute atmosphère.

Lorsque les vents solaires frappent l’ionosphère, ils excitent les particules qu’elle contient et génèrent des champs électromagnétiques mobiles qui pénètrent la surface de la Terre. Ces champs mobiles induisent alors des champs secondaires dans la glace, la neige et les sédiments, et ce sont ces champs secondaires que les instruments magnétotelluriques mesurent. L’équipe a enterré ces instruments dans des puits peu profonds dans la neige et a recueilli des données à partir d’environ quatre douzaines d’endroits différents sur le flux de glace.

“Ces champs secondaires sont étroitement liés à la géologie et à l’hydrologie”, ce qui signifie que la glace est très différente des sédiments, que l’eau salée est différente de l’eau douce, etc.

“C’est comme si nous faisions une IRM de la Terre, et que notre signal provenait simplement de l’interaction du soleil avec le champ magnétique de la Terre”, a-t-elle ajouté.

D’autres équipes de scientifiques avaient déjà utilisé cette méga-IRM en Antarctique pour examiner la croûte terrestre et le manteau supérieur ; ces études ont débuté dès les années 1990, selon une revue publiée en 2019 dans la revue Surveys in Geophysics.

L’équipe de Gustafson, au lieu de cela, a pris des mesures à une plus faible profondeur, s’étendant de la base du cours d’eau à environ 5 km de profondeur. Là, ils ont découvert une éponge épaisse de sédiments contenant de l’eau de mer incroyablement salée à ses plus grandes profondeurs et de l’eau douce près de sa partie la moins profonde, là où l’éponge se rapproche du courant de glace.

Ce gradient suggère que les systèmes sous-glaciaires peu profonds sont reliés à l’aquifère profond, et que les deux influencent probablement le flux de glace au-dessus, a déclaré Gustafson.

“Pour l’instant, on ne sait pas si l’aquifère peut échanger de l’eau de temps en temps avec l’hydrologie sous-glaciaire ou s’il s’agit d’un transfert à sens unique, c’est-à-dire que l’eau du flux de glace s’écoule et reste stockée dans l’aquifère pendant un certain temps”, a déclaré Chu.

Selon le scénario, l’aquifère peut lubrifier le courant de glace en injectant périodiquement de l’eau dans le système sous-glaciaire ou peut retirer de l’eau du système ; ces deux dynamiques affecteraient l’écoulement du courant de glace au-dessus, a ajouté Chu.

L’échange d’eau entre le système profond et le système peu profond pourrait également affecter les types de vie microbienne qui se développent sous le courant de glace et la façon dont ces microorganismes survivent, a déclaré Gustafson. En effet, le flux d’eau liquide à travers l’aquifère et les lacs et rivières interconnectés au-dessus entraîne le flux de nutriments à travers l’écosystème. De plus, le gradient entre l’eau salée et l’eau douce détermine les types de microbes qui peuvent survivre dans chaque environnement.

En ce qui concerne l’eau la plus salée dans les profondeurs de l’aquifère, les auteurs ont émis l’hypothèse que l’eau s’est probablement écoulée de l’océan vers le système d’eaux souterraines il y a environ 5 000 à 7 000 ans, pendant une période chaude de l’époque de l’Holocène moyen, lorsque la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental était en retrait.

Puis, “lorsque la calotte glaciaire s’est rétractée, la présence d’une glace épaisse a coupé l’accès de l’océan au lit, et l’eau de mer restante a été scellée sous forme d’eau souterraine sous le ruisseau de glace de Whillans”, écrit Chu dans un commentaire de l’étude, également publiée le 5 mai dans Science.

L’aquifère situé sous le cours d’eau glaciaire de Whillans est le premier à être détecté, mais l’équipe de recherche pense que de tels systèmes hydrologiques se trouvent sous tous les cours d’eau glaciaires de l’Antarctique et qu’ils ne demandent qu’à être découverts. Ces systèmes d’eau souterraine “s’étendent probablement sur des centaines de kilomètres à l’intérieur de la couche de glace”, a déclaré Gustafson. La prochaine étape consistera à recueillir des preuves de l’existence de tels systèmes ailleurs sur le continent et à comparer ce qu’ils ont trouvé à Whillans à d’autres régions.

En particulier, comment l’aquifère situé sous le glacier Thwaites, qui s’amincit rapidement – également connu sous le nom de “glacier de l’apocalypse” – pourrait-il différer de celui situé sous Whillans, et comment ces systèmes profonds affectent-ils l’écoulement et la fonte de la glace située au-dessus ? Les modèles actuels d’écoulement de la glace ne tiennent pas compte de ces aquifères, ce qui constitue un domaine de recherche intéressant pour l’avenir, a déclaré M. Gustafson.

“Nous avons encore beaucoup à apprendre sur l’interconnexion entre l’hydrologie des eaux souterraines et le reste de l’hydrologie de la calotte glaciaire avant de pouvoir dire quoi que ce soit de concret sur la façon dont l’hydrologie des eaux souterraines peut modifier les effets du changement climatique sur l’Antarctique”, a déclaré M. Chu.

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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche