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Des chercheurs ont découvert les restes d’un gigantesque réseau fluvial de plus de 1 500 kilomètres enfouis sous la calotte glaciaire de l’Antarctique. Datant d’environ 40 millions d’années, il traversait le continent d’est en ouest alors que celui-ci bénéficiait d’un climat tempéré et abritait des écosystèmes luxuriants. Cette découverte pourrait permettre d’affiner les modèles de prédiction de l’évolution du changement climatique.
Il y a 100 millions d’années, alors qu’il constituait encore la partie centrale du supercontinent Gondwana, l’Antarctique n’était pas isolé et entièrement recouvert de glace. Il s’est séparé du Gondwana il y a 130 millions d’années pour devenir un continent indépendant. Cependant, bien que situé au pôle Sud, le continent présentait des conditions climatiques tempérées. L’ensemble du territoire était alors couvert de vastes réseaux fluviaux et d’une végétation luxuriante. Ces conditions ont persisté jusqu’à la fin de l’Éocène (il y a 34 millions d’années), lorsque les niveaux de CO2 atmosphérique ont chuté.
Cela a conduit à une période de glaciation majeure qui a commencé lors de la transition entre l’Éocène et l’Oligocène, il y a 34 à 44 millions d’années. Durant cette période, la flore tropicale disparaît du continent et est progressivement remplacée par de vastes zones de toundra. Celles-ci, à leur tour, furent finalement supplantées par les calottes glaciaires. Il s’agit de l’une des périodes de transition climatique les plus prononcées du Phanérozoïque, éon couvrant les derniers 539 millions d’années.
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Les chercheurs étudient cette période de transition majeure pour modéliser la façon dont la planète pourrait réagir en cas d’événement climatique extrême. La quantité de CO2 dans l’atmosphère à la fin de l’Éocène était en fait deux fois supérieure à celle d’aujourd’hui. On estime que les niveaux pourraient être comparables d’ici 150 à 200 ans, si les gaz à effet de serre anthropiques continuent d’augmenter.
« Si nous envisageons un changement climatique potentiellement grave à l’avenir, nous devons tirer les leçons des périodes de l’histoire de la Terre où cela s’est déjà produit. », a expliqué à Science en direct Johann Klages, sédimentologue au Centre Helmholtz de recherche polaire et marine de l’Institut Alfred Wegener en Allemagne.
Cependant, les enregistrements géologiques des conditions environnementales de l’Antarctique à cette époque sont extrêmement rares. Toutes les strates géologiques datant de cette période sont entièrement recouvertes de glace. En revanche, les techniques de carottage conventionnelles ne conviennent pas pour collecter des échantillons dans ces strates.
La série de forages réalisés par Klages et ses collègues fournissent de nouveaux indices sur les paysages antarctiques pendant la transition Éocène-Oligocène, grâce à des techniques de pointe. Leurs résultats — décrits dans la revue Science
Avances — révèlent les vestiges d’un paysage complexe et diversifié, enfouis sous l’épaisse couche de glace recouvrant le continent.
Carte de l’Antarctique occidental montrant la topographie sous-glaciaire de la zone d’étude, y compris les principales unités géologiques et structures tectoniques ainsi que l’emplacement proposé (en contour bleu) du système fluvial de l’Éocène. © Maximilian Zundel et al.
Un réseau transcontinental de 1500 kilomètres
Les forages de l’équipe ont été réalisés en 2017 lors d’une expédition à bord du brise-glace Polarstern. Ce dernier a traversé la partie sud du Chili puis a emprunté le passage de Drake avant d’atteindre la partie ouest de l’Antarctique, dans la baie d’Amundsen. Les séquences sédimentaires les plus méridionales et les plus anciennes ont été ciblées pour des opérations de forage jusqu’à 30 mètres sous le fond marin.
Pour analyser les échantillons, les chercheurs ont utilisé des techniques de datation basées sur la température et les isotopes contenus dans les minéraux lourds. La quantification des biomarqueurs lipidiques a également été utilisée pour extraire des informations supplémentaires sur les conditions de dépôt des sédiments. ” Combinées, nos données nous permettent de reconstituer le paysage éocène de l’Antarctique occidental avant une glaciation permanente à grande échelle. “, ont-ils expliqué dans leur rapport.
Les analyses isotopiques ont montré que la partie inférieure des couches sédimentaires s’est formée au Crétacé moyen, il y a environ 85 millions d’années. Cette strate contenait des spores fossilisées et des pollens typiques des forêts pluviales tempérées. La partie supérieure des sédiments contenait du sable datant du milieu à la fin de l’Éocène (il y a 30 à 40 millions d’années).
Les caractéristiques de la couche éocène étaient fortement similaires à celles des sédiments du delta fluvial. La quantification des marqueurs lipidiques a également révélé la présence de molécules spécifiquement présentes dans les cyanobactéries vivant en eau douce. Ces résultats suggèrent la présence d’un réseau fluvial qui se jette dans la baie d’Amundsen.
En revanche, les analyses des chercheurs ont montré que la plupart des minéraux et fragments de roches contenus dans ces échantillons ne proviennent pas de l’Antarctique occidental, mais des montagnes transantarctiques situées à la limite de l’Antarctique oriental, à des milliers de kilomètres de là. Depuis la fin de l’Éocène, cette chaîne de montagnes s’est élevée pour diviser le continent en deux parties orientale et occidentale. L’érosion de ces montagnes a produit d’importantes quantités de débris que le fleuve aurait transporté sur une distance de 1 500 kilomètres à travers le continent. Ces caractéristiques géologiques sont comparables à celles des grands systèmes fluviaux, comme le Mississippi, le Rio Grande et le Rhin.
« L’existence d’un tel système fluvial transcontinental montre que, contrairement à aujourd’hui, de grandes parties de l’Antarctique occidental devaient se trouver au-dessus du niveau de la mer, sous la forme de vastes plaines côtières. », expliquent les experts dans un communiqué de l’Institut Alfred Wegener. En raison de la faible topographie, l’Antarctique occidental aurait encore été libre de glace à la fin de l’Éocène, tandis que les régions montagneuses de l’Antarctique oriental commençaient déjà à être couvertes.
Dans une prochaine étape, l’équipe prévoit d’analyser des échantillons sédimentaires plus récents, datant notamment de la transition Oligocène-Miocène (il y a 23 millions d’années). Cela permettra d’améliorer la précision des modèles de la période glaciaire et de prévoir l’évolution du changement climatique.
