L’Antarctique ouvre la voie à la plus grande chute d’eau du monde. L’action se déroule sous la surface de l’océan. Ici, des milliards de tonnes d’eau froide, dense et riche en oxygène jaillissent du plateau continental et plongent à de grandes profondeurs. Cette « eau benthique » antarctique se répand ensuite vers le nord le long du fond marin dans les courants océaniques profonds, avant de remonter lentement sur des milliers de kilomètres.
De cette façon, l’Antarctique alimente un réseau mondial de courants océaniques appelé le « cycle de renversement » qui redistribue la chaleur, le carbone et les nutriments autour du globe. Cette inversion est cruciale pour maintenir la stabilité du climat terrestre. C’est aussi le principal moyen par lequel l’oxygène atteint les profondeurs de l’océan.
Mais il y a des signes que cette circulation ralentit et se produit des décennies plus tôt que prévu. Ce ralentissement a le potentiel de perturber la connexion entre les côtes antarctiques et l’océan profond, avec des conséquences catastrophiques pour le climat, le niveau de la mer et la vie marine de la Terre.
Nos nouvelles recherches publiées dans la revue La nature du changement climatique, utilise des observations du monde réel pour déchiffrer comment et pourquoi les profondeurs océaniques autour de l’Antarctique ont changé au cours des trois dernières décennies. Nos mesures montrent que la circulation de renversement a ralenti d’environ un tiers (30%) et que les niveaux d’oxygène dans l’océan profond sont en baisse. Cela se produit plus tôt que ne le prédisent les modèles climatiques.
Nous avons constaté que la fonte des glaces de l’Antarctique perturbe la formation des eaux de fond de l’Antarctique. L’eau de fonte rend les eaux de surface de l’Antarctique plus claires et moins denses, et donc moins susceptibles de couler. Cela freine le coup circulatoire.
Pourquoi est-ce important?
À mesure que le débit d’eau de fond ralentit, l’apport d’oxygène aux profondeurs de l’océan diminue. La couche d’eau inférieure riche en oxygène qui se rétrécit est alors remplacée par de l’eau plus chaude avec moins d’oxygène, ce qui abaisse les niveaux d’oxygène.
Les animaux marins, grands et petits, réagissent même à de petits changements d’oxygène. Les animaux des profondeurs océaniques sont adaptés aux conditions de faible teneur en oxygène mais doivent quand même respirer. La perte d’oxygène peut les inciter à se réfugier ailleurs ou à adapter leur comportement. Les modèles suggèrent que nous sommes piégés dans un environnement «viable» de plus en plus restreint disponible pour ces animaux avec une diminution prévue pouvant atteindre 25%.
Le ralentissement de l’inversion pourrait intensifier le réchauffement climatique. La circulation inversée transporte le dioxyde de carbone et la chaleur vers les profondeurs de l’océan, où ils sont stockés et cachés de l’atmosphère. À mesure que la capacité de stockage de l’océan diminue, il reste plus de dioxyde de carbone et de chaleur dans l’atmosphère. Cette rétroaction accélère le réchauffement climatique.
La réduction de la quantité d’eau de fond de l’Antarctique atteignant le fond de l’océan entraîne également une augmentation du niveau de la mer car l’eau plus chaude qu’elle remplace prend plus d’espace (dilatation thermique).
La reconstitution de l’eau du plateau réduit le débit d’eau lourde et ralentit la volatilité des parties les plus profondes du système circulatoire tout en réduisant également l’oxygénation profonde. | Source de l’image : Kathy Jean, soumise par l’auteur
Signes d’un changement inquiétant
Faire des observations sur les eaux de fond est difficile. L’océan Austral est isolé et abrite les vents les plus forts et les plus grosses vagues de la planète. L’accès est également limité par la glace de mer pendant l’hiver, lorsque les eaux de fond se forment.
Cela signifie que les observations sur les profondeurs de l’océan Austral sont rares. Cependant, des mesures répétées à pleine profondeur prises lors des voyages des navires ont fourni des aperçus des changements en cours dans les profondeurs océaniques. La couche d’eau inférieure devient plus chaude, moins dense et plus mince.
Les données satellitaires montrent que la calotte glaciaire de l’Antarctique se rétrécit. Les mesures océaniques prises en aval dans les zones de fonte rapide montrent que l’eau de fonte réduit la salinité (et la densité) des eaux côtières.
Ces signes indiquent un changement inquiétant, mais il n’y a toujours pas d’observations directes d’inversion profonde.
Qu’ont fait les scientifiques ?
Nous avons collecté différents types de notes d’une nouvelle manière, en tirant parti de chacun de leurs points forts.
Les mesures à pleine profondeur recueillies par les navires fournissent des instantanés de la densité de l’océan, mais sont généralement répétées environ une fois par décennie. Les instruments ancrés, d’autre part, fournissent des mesures continues de densité et de vitesse, mais seulement pendant un temps limité dans un endroit particulier.
Nous avons développé une nouvelle approche qui combine les données des navires, les enregistrements d’amarrage et des simulations numériques haute résolution pour calculer la force des flux d’eau au fond de l’Antarctique et la quantité d’oxygène qu’elle transporte vers les profondeurs de l’océan.
Notre étude s’est concentrée sur un bassin profond au sud de l’Australie qui reçoit des eaux de fond de plusieurs sources. Ces sources sont situées en aval d’importants apports d’eau de fonte, de sorte que cette zone est susceptible de fournir une alerte précoce des changements climatiques dans l’océan profond.
Les résultats sont incroyables. Sur trois décennies, entre 1992 et 2017, la circulation de renversement dans cette région a ralenti d’environ un tiers (30%) entraînant moins d’oxygène pour atteindre les profondeurs. Ce ralentissement était dû à la régénération près de l’Antarctique.
Nous avons constaté que cette réanimation réduit la densité et le volume de l’eau formée au fond de l’Antarctique, ainsi que la vitesse de son écoulement.
Le ralentissement observé aurait été plus important s’il n’y avait pas eu un événement climatique de courte durée qui a entraîné une récupération partielle et temporaire de la composition de l’eau benthique. La récupération, entraînée par l’augmentation de la salinité, démontre la sensibilité de la composition des eaux de fond aux changements de salinité sur le plateau continental antarctique.
De manière inquiétante, ces observations montrent que les changements attendus d’ici 2050 sont déjà en cours.
Quoi d’autre?
La perte de glace de l’Antarctique devrait se poursuivre, voire s’accélérer, à mesure que le monde se réchauffe. Il est presque certain que nous franchirons le seuil de réchauffement climatique de 1,5℃ d’ici 2027.
Plus de perte de glace signifie plus de récupération, nous pouvons donc nous attendre à ce que la circulation ralentisse et que la perte d’oxygène profonde se poursuive.
Les conséquences du ralentissement ne se limiteront pas à l’Antarctique. La circulation de renversement s’étend à l’ensemble de l’océan mondial et influence le rythme du changement climatique et de l’élévation du niveau de la mer. Elle serait également invalidante et nuisible à la vie marine.
Nos recherches fournissent une autre raison de travailler plus dur – et plus vite – pour réduire les émissions de gaz à effet de serre.
Cathy Gunn, CSIRO ; Matthew England est professeur Scientia et directeur adjoint du Centre australien d’excellence en sciences antarctiques de l’ARC, Université de la Nouvelle-Galles du Sud à Sydney ; Et Steve Rintoul est membre du CSIRO, CSIRO.
Cet article a été republié de Conversation.
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