Entre chaud et froid, la glaciation antarctique de l’Éocène vue de l'Équateur

Mardi, 4 octobre 2016

Une équipe composée de chercheurs de l’Institut des Sciences de la Terre de Paris (ISTeP : CNRS / Université Pierre et Marie Curie) et de l’Université d’Oxford (Department of Earth Sciences) a mis en évidence un réchauffement de l'océan Atlantique équatorial à l'Éocène supérieur permettant de proposer un nouveau mécanisme de formation des glaces permanentes qui se sont établies en Antarctique à la limite Éocène-Oligocène (~ 33.7 Ma). Ces travaux ont été publiés dans la revue américaine PNAS.

Les grandes lignes de l’évolution climatique de la Terre sont relativement bien contraintes pour le Cénozoïque ; la chute progressive des pressions partielles de CO2 atmosphériques (pCO2) et le refroidissement long terme de la Terre traduisent le passage d'un régime climatique de type Greenhouse à Icehouse. Cette évolution n’a cependant pas été linéaire ni continue, mais a été entrecoupée au Paléogène d'une phase de croissance brutale de la calotte polaire antarctique dont les facteurs déclencheurs sont encore débattus : niveau-seuil de pCO2 en dessous duquel le continent austral s'englace ou ouverture de seuils tectoniques (Passage de Drake et de Tasmanie) qui permettent les circulations océaniques autour de l'Antarctique.


Fig. 1: Cliché en microscopie électronique à balayage d’une fraction séparée (entre 3 et 5 microns) contenant des coccolithes avec un excellent état de préservation (Site ODP 925, échantillon 30.0 Ma). Ce matériel a été utilisé pour reconstruire les températures de eaux de surface et des pCO2 grâce à leur analyse isotopique (oxygène et carbone).

Grâce à une approche sédimentologique et biogéochimique novatrice permettant la reconstruction conjointe de l'évolution des températures des eaux de surface et des pCO2, les auteurs apportent un nouvel éclairage sur la transition climatique Greenhouse - Icehouse de Éocène – Oligocène (EOT). À partir de la géochimie isotopique des coccolithes1 (Fig. 1), cette étude met en évidence une phase de réchauffement importante (+6 °C) de la ceinture intertropicale qui a débuté quatre millions d’années avant la glaciation. Ce réchauffement précédant une glaciation majeure de l’histoire de la Terre est un élément nouveau et déterminant venant offrir une vision plus globale à l’hypothèse initialement proposée par James Kennett dans les années 70 pour expliquer la mise en glace de l'Antarctique. Ces données nouvelles prouvent en effet que la répartition latitudinale de chaleur à la surface des océans a été bouleversée plusieurs millions d'années avant la glaciation elle-même. Le réchauffement équatorial traduit la contraction des gyres subtropicales et une réduction du transfert latitudinal de chaleur de l'équateur vers les pôles, qui ont ainsi largement contribué au refroidissement des hautes latitudes et à la pérennisation d’une calotte glaciaire Antarctique (Fig. 2).


Fig. 2: Évolution du gradient méridional de température de surface entre l’équateur et les hautes latitudes australes sur l’intervalle Eocene – Oligocène qui témoigne de la transition Greenhouse - Icehouse amorcée environ 4 millions d’années avant la glaciation permanente de la transition climatique Eocene-Oligocène (bande verticale grisée). ACC = Antarctic Circum-Current.

Ce travail est le fruit de plusieurs années de développements méthodologiques qui ont permis l’extraction des coccolithes à partir des sédiments pélagiques grâce à un protocole mis au point à l’ISTeP, et de cultures de coccolithophoridés en laboratoire qui permettent à présent de mieux déchiffrer l’archive climatique via la compréhension des effets vitaux chez ce groupe biologique2. La combinaison de ces deux approches a permis la formalisation de nouveaux proxies paléocéanographiques et de pallier la mauvaise préservation des foraminifères ou des marqueurs organiques au Paléogène (cf. Cool Tropics Paradox). Plus largement, ce travail démontre que la géochimie des coccolithes, encore largement sous-exploitée, a un très fort potentiel pour mieux contraindre les paléoclimats au cours du Méso-Cénozoïque.

Note(s): 
  1. Les coccolithes sont des nannofossiles calcaires formés par un groupe d’algues unicellulaire, les coccolithophoridés.
  2. Les coccolithes étant formés intracellulairement, l’influence de la physiologie de la cellule induit une distorsion de la composition physico-chimique de la calcite du coccolithe par rapport à une référence abiotique. La différence compositionnelle entre le biominéral et une calcite inorganique est nommée « effet vital ».
Source(s): 

Tremblin M., Hermoso M., Minoletti F., (2016)
Equatorial heat accumulation as a long-term trigger of permanent Antarctic ice sheets during the Cenozoic, Proc. Natl. Acad. Sci. USA,
doi: 10.1073/pnas.1608100113.

Contact(s):
  • Maxime Tremblin, Institut des Sciences de la Terre de Paris (ISTeP : CNRS / UPMC)
    maxime [dot] tremblin [at] upmc [dot] fr, 01 44 27 47 87
  • Fabrice Minoletti, Institut des Sciences de la Terre de Paris (ISTeP : CNRS / UPMC)
    fabrice [dot] minoletti [at] upmc [dot] fr, 01 44 27 27 60

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