La recherche climatique sur la glace de l’Antarctique vise à résoudre des énigmes climatiques

Wer uralte Rätsel lösen will, muss tief bohren. Für Pascal Bohleber und seine Kollegen aus zehn europäischen Ländern gilt das im Wortsinn. Jeden Tag bekommt Bohleber ein kurzes Memo über den Stand des Projekts „Beyond EPICA – Oldest Ice“. Dessen Hauptschauplatz ist ein Ort namens „Little Dome C“, mitten in der Antarktis gelegen, Jahresdurchschnittstemperatur minus 52 Grad Celsius. Der Eispanzer, der über dem Gestein des Kontinents liegt, hat dort eine Dicke von mehr als 2700 Metern. In ihn dringen die Wissenschaftler derzeit mit schwerem Gerät ein. „Die Bohrung ist jetzt bei knapp 2100 Metern Tiefe angelangt“, berichtet Bohleber. „Jetzt kommen wir hoffentlich in die Schichten, um die es uns geht.“

Das Eis knapp über dem felsigen Grund, für das sich der Glaziologe interessiert, könnte bis zu 1,5 Millionen Jahre alt sein. Aus Sicht der Forscher ist es ein natürliches Archiv, das helfen könnte, die Ursachen einer einschneidenden Klimaveränderung in prähistorischer Zeit aufzuklären – und besser zu verstehen, was in Zeiten des menschengemachten Klimawandels mit der Atmosphäre geschieht. Seine Erkenntnisse hierzu wird Bohleber, Senior-Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts in Bremerhaven, künftig mit Kollegen und Studenten der Goethe-Universität teilen. Gerade hat der 1981 geborene Physiker dort eine Kooperationsprofessur angetreten; er wird in Frankfurt Lehrveranstaltungen für angehende Geowissenschaftler anbieten und mit Forschern des Fachbereichs zusammenarbeiten.

Unter Fachleuten ist das Rätsel, dem sich das „Oldest Ice“-Projekt widmet, als Mittelpleistozän-Übergang bekannt. Bis vor etwa einer Million Jahren kam es auf der Erde ungefähr alle 40.000 Jahre zu einer Eiszeit, bei der die Pole mit einer – damals verhältnismäßig dünnen – Eiskappe überzogen wurden. In den wärmeren Zwischenphasen taute das Eis zumindest in der Arktis weitgehend weg. Dann aber verlängerte sich die Periode der Eiszeiten auf etwa 120.000 Jahre, gleichzeitig wurde es insgesamt kälter.

On ne sait pas encore exactement ce qui a provoqué ce refroidissement. “Nous savons que l’orbite de la Terre autour du Soleil n’a pas changé pendant cette période”, explique Bohleber. « Donc, quelque chose de fondamental dans le système climatique lui-même a dû changer. Il est peu probable que les éruptions volcaniques en soient la cause, mais plutôt des rétroactions complexes dans le système terrestre qui conduisent à des calottes glaciaires plus grandes.

Les carottes de forage que les chercheurs européens collectent actuellement en Antarctique pourraient révéler de quels retours il s’agit. Les colonnes de glace, mises au jour depuis des couches de plus en plus profondes, sont sciées en morceaux d’environ un mètre de long, expédiées congelées vers l’Europe et distribuées aux instituts impliqués dans « Beyond EPICA ». Les premiers échantillons devraient arriver dans les laboratoires au cours de l’année prochaine.

Le groupe de travail de Bohleber recherchera des contaminants dans la glace susceptibles de faire la lumière sur les causes du changement climatique préhistorique. La méthode de choix ici est la spectrométrie de masse, qui peut être utilisée pour identifier divers éléments chimiques en fonction de leur masse. La méthode peut également être utilisée pour déterminer la quantité dans laquelle les éléments sont présents dans l’échantillon.

Wolfgang Müller est spécialiste de ces analyses à l’Université de Francfort. Il travaillera donc en étroite collaboration avec Bohleber. Müller, professeur de géologie et de recherche paléoenvironnementale, a jusqu’à présent examiné, entre autres, des carottes de glace du Groenland. Pour ce faire, il utilise un appareil qui, selon l’Université Goethe, est unique au monde : un système d’ablation dite cryo-laser associé à un spectromètre de masse. Il bombarde l’échantillon de glace avec des faisceaux laser pour éliminer les couches les plus fines et atteindre une haute résolution lors de l’analyse des éléments. «Le temps passé n’est pas représenté de manière linéaire dans la carotte de forage», explique le géologue. « Il se comprime considérablement vers le bas : plus de 14 000 ans peuvent être représentés sur un mètre. Grâce à nos méthodes, nous permettons des analyses jusqu’à l’échelle submillimétrique.

Bohleber et ses collègues souhaitent comparer les signaux présents dans la glace avant et après la transition du Pléistocène moyen : « Quelle quantité de poussière a atteint l’Antarctique et d’où vient-elle ? Les éléments contenus dans les particules de poussière peuvent fournir des indices sur ce qui s’est passé il y a un million d’années ? arrivé sur terre. Le soufre, par exemple, peut être une indication d’éruptions volcaniques, et la quantité de sodium fournit des indices sur l’étendue de la glace marine, même s’il n’y a pas de lien simple ici, comme le souligne Bohleber. Le calcium, quant à lui, peut provenir de poussières minérales, mais aussi de sources marines. La quantité de cet élément dans les échantillons permet de tirer des conclusions sur la température, comme l’explique Müller : « Lorsqu’il fait froid, il tombe moins de précipitations. En conséquence, l’environnement est plus poussiéreux et plus venteux, et il y a plus de calcium dans la glace pendant les périodes froides. »

L’évaluation des carottes de forage de l’Antarctique est susceptible de fournir matière à un grand nombre de publications scientifiques ; Les premières publications sont attendues l’année prochaine. Selon Bohleber, l’objectif primordial de « Au-delà d’EPICA » est une « compréhension générale du fonctionnement du système climatique ». Cela pourrait également permettre de mieux comprendre ce qui attend l’humanité compte tenu du réchauffement climatique actuel. Selon Müller, un regard sur le passé montre déjà à quel point les changements actuels sont extraordinaires. La concentration du gaz à effet de serre, le dioxyde de carbone, était aussi élevée qu’elle l’est aujourd’hui il y a 30 à 40 millions d’années. Et même au moment du maximum de température Paléocène-Éocène il y a 56 millions d’années, le pic de la période chaude à cette époque, le changement s’est produit dix fois plus lentement qu’aujourd’hui.

“La Terre en tant que telle n’a aucun problème avec un tel processus”, déclare Müller. Il y a 650 millions d’années, c’était autrefois une « boule de neige », puis elle a de nouveau fondu. Mais il suffit de jeter un coup d’œil aux inondations catastrophiques les plus récentes pour se rendre compte : « En tant que société humaine complexe, nous ne pouvons pas faire face à des changements encore plus mineurs. »