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Pendant l'hiver, les neiges arctiques restent bien vivantes

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Pas de lumière, pas d'eau liquide, et pourtant les manteaux neigeux arctiques restent biologiquement actifs durant le long hiver polaire... Les microorganismes qui y vivent émettent en effet des oxydes d'azote, lesquels ont un effet important sur l'atmosphère.

Florent Domine et Samuel Morin effectuent des mesures physiques et des échantillonnages de neige dans un puits creusé dans un glacier du Spitzberg. © LGGE

Alors que les chercheurs ont longtemps cru que les manteaux neigeux polaires étaient inactifs, ils révisent peu à peu leur jugement devant les réactions subtiles qu'ils y découvrent. Il y a une dizaine d'années, les scientifiques constataient que l'été polaire provoquait des réactions photochimiques au cœur de la neige. Aujourd'hui, une équipe franco-italienne révèle que même l'hiver, sans eau à l'état liquide ni lumière, le métabolisme des microorganismes produit des oxydes d’azote.

C'est au cours d'une expédition au Spitzberg (79°N) que la découverte a été faite, par les chercheurs du Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement (LGGE), du Laboratoire d'écologie alpine (LECA) et du Conseil National de Recherche de Rome (CNR).

Le Soleil absent, seuls les microorganismes sont actifs, même sans eau

Lors de leur étude sur les réactions chimiques dans le manteau neigeux, l'équipe a détecté des traces d'un métabolisme impliquant l'azote. Les scientifiques ont d'abord repéré des émissions d'oxydes d'azote (NO et NO2) et d'acide nitreux (HONO) pendant l'hiver polaire (une nuit de 6 mois), sans origine photochimique et non-biologique possible.

Des analyses plus attentives ont mis en évidence la présence d'ions nitrites (NO2-) très rares en dehors des réactions métaboliques de nitrification et de dénitrification. L'analyse isotopique a ensuite montré l'origine in situ, et non atmosphérique, de ces ions. Ils proviennent en fait de la nitrification (réaction biologique) de l'ion ammonium (NH4+) issu des argiles des moraines à proximité, déposées par le vent sur la neige.

Cliquer pour agrandir. Interprétation des réactions non photochimiques observées dans le manteau neigeux. Les flèches de couleur indiquent des réactions biologiques décrites pour des bactéries du sol. © Amoroso et al.

Un écosystème mal connu qui influe sur l'atmosphère

Seuls les microorganismes de la neige (bactéries, algues, levures...) pouvaient être à l'origine de ces émissions, et ce même sans eau liquide ! Oxydes d'azote et acide nitreux se forment ensuite au cours de la chaîne des réactions biochimiques et au contact de l'ozone contenu dans la neige.

Cette découverte révèle à la fois l'activité inattendue de l'écosystème microbien arctique et un nouveau pan des relations entre cryosphère et atmosphère. Or la chimie des échanges entre la neige et l'atmosphère provoque de grandes modifications de la composition atmosphérique. Par exemple, ces cycles biogéochimiques peuvent rendre l'air estival des montagnes himalayennes aussi pollué que celui des mégapoles asiatiques.

Les impacts de ces sources d'oxydes d'azote, en des lieux et des périodes où ils sont rares, ainsi que de l'émission possible de NO2, puissant gaz à effet de serre, sont encore à quantifier. Ainsi la neige se révèle être un réacteur photochimique l'été et un réacteur biochimique toute l'année, y compris l'hiver en l'absence d'eau liquide. Le couvert neigeux est donc un élément clef du cycle biogéochimique de l'azote et affecte la composition chimique de l'atmosphère toute l'année.

L'article Microorganisms in dry polar snow are involved in the exchanges of reactive nitrogen species with the atmosphere est paru dans la revue Environmental Science and Technology.