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Les glaces conservent de l'air fossile

Dossier - Au cœur de la glace, les secrets du climat
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Pour mieux comprendre le climat de la Terre, rien de tel que l'analyse des glaces dans les calottes polaires (en Antarctique et au Groenland) mais aussi dans les glaciers. Partez au cœur de la glace, à la découverte des secrets du climat.

  
DossiersAu cœur de la glace, les secrets du climat
 

L'air fossile piégé dans les carottes de glace est un moyen unique pour accéder directement aux atmosphères du passé.

Les glaces conservent de l'air fossile. Ici, crevasse d'un glacier alpin. © Simon, DP

L'air fossile des carottes de glace nous renseigne sur l'évolution des gaz à effet de serre. Les principaux gaz à effet de serre sont : le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4) et le protoxyde d'azote (N2O). On peut ainsi quantifier l'impact de l'activité humaine par rapport aux teneurs naturelles, préciser la relation entre gaz à effet de serre et climat, et évaluer les interactions climatiques avec les cycles biogéochimiques.



Les molécules des gaz à effet de serre séjournent longtemps dans l'air avant d'être détruites (durée de vie de quelques années pour le CO2, de dix ans pour le CH4). Ces temps de séjour, très supérieurs au temps caractéristique de mélange de l'atmosphère, conduisent à des concentrations en gaz à effet de serre remarquablement homogènes sur le globe. Les profils des gaz à effet de serre dans les carottes de glace permettent donc de dater, par comparaison, ces dernières à différents endroits.

L'analyse isotopique de ces gaz informe également sur leur origine et affine donc notre compréhension du cycle du carbone. Enfin, le monoxyde de carbone (CO) retrace l'évolution de la capacité oxydante de l'atmosphère, qui affecte par exemple le temps de séjour du méthane dans l'air. Par ailleurs, les isotopes de l'oxygène atmosphérique, sensibles aux processus de respiration et de photosynthèse, donnent une estimation de la productivité biologique.

Les cristaux de neige, en s'accumulant, piègent entre eux un peu d'air. © DR

La circulation de l’air dans le névé

À une profondeur de 50 à 100 mètres, la neige se transforme en glace à cause du tassement des couches neigeuses amoncelées année après année. La porosité de la neige permet la circulation de l'air dans le névé, mais quand la glace atteint une densité de l'ordre de 0,8, les pores se ferment et des bulles d'air se retrouvent isolées les unes des autres. Environ 10 % du volume de la glace naturelle sont ainsi constitués de gaz. L'air se diffusant rapidement au sein du névé, l'air et la glace prélevés à une même profondeur ne sont pas forcément contemporains.

La différence d'âge s'élève à plusieurs milliers d'années à Vostok, où le taux d'accumulation est faible. C'est une source d'incertitude non négligeable qu'il faut prendre en compte lorsqu'on analyse l'ensemble des informations pour en déduire les conditions climatiques.

L'évolution des gaz à effet de serre, enregistrée dans les bulles d'air, devra être recalée dans le temps sur celle de la température, mesurée dans la glace. Certains gaz (azote, gaz rares) ont une composition atmosphérique stable à l'échelle de plusieurs cycles climatiques. Leur diffusion, dans la partie poreuse de la calotte, est affectée par les variations de température qui se produisent à la surface des calottes ou par celles de l'accumulation des neiges. Il en résulte des fractionnements thermiques ou gravitationnels sur leurs isotopes. Les mesures isotopiques permettent donc aussi d'estimer les variations passées de température, d'accumulation, ainsi que les différences d'âge entre les gaz et la glace.

Ils aident aussi à recaler dans le temps les résultats provenant des carottes de glace et ceux provenant de sédiments marins. Car la datation de la glace est très délicate !