Le Groenland a fondu il y a environ 416 000 ans, ce qui laisse entrevoir un risque élevé d'élévation du niveau de la mer aujourd'hui.

20 juillet 2023

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par l'Université du Vermont

Pendant la guerre froide, une mission secrète de l'armée américaine, au Camp Century dans le nord-ouest du Groenland, a foré à travers 1 390 mètres de glace de l'île gelée, puis a continué à forer pour extraire un tube de sol et de roche de douze pieds de longueur en dessous de la glace. Ensuite, ce sédiment glacé a été perdu dans un congélateur pendant des décennies. Il a été redécouvert accidentellement en 2017 et s'est révélé contenir non seulement du sédiment, mais aussi des feuilles et de la mousse, vestiges d'un paysage sans glace, peut-être une forêt boréale.

Mais à quelle époque exacte ces plantes ont-elles poussé, là où se trouve aujourd'hui une calotte glaciaire haute de deux miles et trois fois la taille du Texas ?

Une équipe internationale de scientifiques a été stupéfaite de découvrir que le Groenland était une terre verte il y a seulement 416 000 ans (avec une marge d'erreur d'environ 38 000 ans). Leur nouvelle étude a été publiée dans la revue Science.

Jusqu'à récemment, les géologues pensaient que le Groenland était une forteresse de glace, largement intacte depuis des millions d'années. Mais, il y a deux ans, en utilisant le noyau de glace du Camp Century redécouvert, cette équipe de scientifiques a montré qu'il avait probablement fondu il y a moins d'un million d'années. D'autres scientifiques, travaillant dans le Groenland central, ont rassemblé des données montrant que la glace y a fondu au moins une fois au cours des 1,1 million d'années précédentes - mais jusqu'à cette étude, personne ne savait exactement quand la glace avait disparu. Vidéo de modèles 3D rotatifs du noyau de glace et de sédiments du Camp Century construits à partir de photographies. Ce noyau a contribué à révéler qu'une grande partie du Groenland a fondu il y a environ 416 000 ans et est devenue une toundra sans glace, comme le montre une nouvelle étude publiée dans la revue Science. Les résultats remettent en question l'idée selon laquelle une grande partie de la calotte glaciaire du Groenland a persisté pendant la majeure partie des deux derniers millions et demi d'années. Au contraire, un réchauffement modéré a conduit à une fonte spectaculaire. Cette découverte indique que la calotte glaciaire du Groenland peut être plus sensible au changement climatique d'origine humaine que ce qui était précédemment compris - et sera vulnérable à une fonte irréversible et rapide au cours des prochains siècles. Crédit : Andrew Christ / UVM

Maintenant, en utilisant une technologie de luminescence avancée et une analyse d'isotopes rares, l'équipe a dressé un tableau plus frappant : de grandes parties de la calotte glaciaire du Groenland ont fondu beaucoup plus récemment qu'il y a un million d'années. La nouvelle étude présente des preuves directes que le sédiment juste en dessous de la calotte glaciaire a été déposé par l'eau qui s'écoulait dans un environnement sans glace pendant une période de réchauffement modéré appelée stade isotopique marin 11, il y a 424 000 à 374 000 ans. Cette fonte a entraîné une élévation d'au moins cinq pieds du niveau de la mer dans le monde entier.

'C'est vraiment la première preuve irréfutable que la majeure partie de la calotte glaciaire du Groenland a disparu lorsqu'il a fait chaud', déclare Paul Bierman, scientifique de l'Université du Vermont, qui a co-dirigé la nouvelle étude avec l'auteur principal Drew Christ, un géoscientifique postdoctoral qui a travaillé dans le laboratoire de Bierman, le professeur Tammy Rittenour de l'Université d'État de l'Utah, et dix-huit autres scientifiques du monde entier.

Comprendre le passé du Groenland est essentiel pour prédire la façon dont sa gigantesque calotte glaciaire réagira au réchauffement climatique à l'avenir et à quelle vitesse elle fondra. Étant donné que près de 23 pieds d'élévation du niveau de la mer sont liés à la glace du Groenland, toutes les régions côtières du monde sont menacées. La nouvelle étude fournit des preuves solides et précises que le Groenland est plus sensible au changement climatique que ce qui était précédemment compris - et est en grave danger de fonte irréversible.

'Le passé du Groenland, préservé dans 12 pieds de sol gelé, suggère un avenir chaud, humide et largement dépourvu de glace pour la planète Terre', déclare Bierman, géoscientifique à l'École de l'environnement et des ressources naturelles de l'Université du Vermont et membre de l'Institut Gund pour l'environnement, 'à moins que nous ne puissions considérablement réduire la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.'

La nouvelle étude de l'équipe dans Science, combinée à leurs travaux antérieurs, remet en question de manière majeure et préoccupante l'histoire de la calotte glaciaire du Groenland. 'Nous avons toujours supposé que la calotte glaciaire du Groenland s'est formée il y a environ deux millions et demi d'années et qu'elle était là depuis tout ce temps et qu'elle était très stable', explique Tammy Rittenour, scientifique à l'Université d'État de l'Utah et co-auteur de la nouvelle étude. 'Peut-être que les bords ont fondu, ou avec plus de chutes de neige, elle a un peu grossi - mais elle ne disparaît pas et ne fond pas de manière spectaculaire. Mais cet article montre que c'est le cas.'

At Rittenour's lab, sediment from the Camp Century core was examined for what is called a 'luminescence signal.' As bits of rock and sand are transported by wind or water, they can be exposed to sunlight—which, basically, zeros out any previous luminescence signal—and then re-buried under rock or ice. In the darkness, over time, minerals of quartz and feldspar in the sediment accumulate freed electrons in their crystals.

In a specialized dark room, Rittenour's team took pieces of the ice core sediment and exposed them to blue-green or infrared light, releasing the trapped electrons. With some advanced tools and measures, and many repeated tests, the number of released electrons forms a kind of clock, revealing with precision the last time these sediments were exposed to the sun. 'And the only way to do that at Camp Century is to remove a mile of ice,' says Rittenour, 'Plus, to have plants, you have to have light.'

These powerful new data were combined with insight from Bierman's UVM lab. There, scientists study quartz from the Camp Century core. Inside this quartz, rare forms—called isotopes—of the elements beryllium and aluminum build up when the ground is exposed to the sky and can be hit by cosmic rays. Looking at ratios of beryllium and other isotopes gave the scientists a window onto how long rocks at the surface were exposed vs. buried under layers of ice. This data helped the scientists show that the Camp Century sediment was exposed to the sky less than 14,000 years before it was deposited under the ice, narrowing down the time window when that portion of Greenland must have been ice-free.

Camp Century was a military base hidden in tunnels under the Greenland ice sheet in the 1960s. One strategic purpose of the camp was a top-secret operation, called Project Iceworm, to hide hundreds of nuclear missiles under the ice near the Soviet Union. As cover, the Army claimed the camp was an Arctic science station.

The missile mission was a bust, but the science team did complete first-of-its-kind research, including drilling a nearly mile-deep ice core. The Camp Century scientists were focused on the ice itself—part of an effort to understand Earth's past ice ages and warm periods, the interglacials. They took little interest in the twelve feet of sediment gathered from beneath their ice core.

Then, in a bizarre story, the ice core was moved in the 1970s from a military freezer to the University at Buffalo—and then to another freezer in Denmark in the 1990s. There it was lost for decades—until it was found again when the cores were being moved to a new freezer. More about how the core was lost, rediscovered in some cookie jars, and then studied by an international team gathered at the University of Vermont's Gund Institute for Environment can be read here: Secrets Under the Ice.

Camp Century is 138 miles inland from the coast and only 800 miles from the North Pole; the new Science study shows that the region entirely melted and was covered with vegetation during Marine Isotope Stage 11, a long interglacial with temperatures similar to or slightly warmer than today. With this information, the team's models show that, during that period, the ice sheet melted enough to cause at least five feet, and perhaps as much as 20 feet, of sea-level rise.

The research lines up with findings from two other ice cores collected in 1990s from the center of Greenland. Sediment from these cores also suggest that the giant ice sheet melted in the recent geologic past. The combination of these earlier cores with the new insight from Camp Century reveal the fragile nature of the entire Greenland ice sheet—in the past (at 280 parts per million of atmospheric CO2 or less) and today (422ppm and rising).

'If we melt just portions of the Greenland ice sheet, the sea level rises dramatically,' says Utah's Tammy Rittenour. 'Forward modeling the rates of melt, and the response to high carbon dioxide, we are looking at meters of sea level rise, probably tens of meters. And then look at the elevation of New York City, Boston, Miami, Amsterdam. Look at India and Africa—most global population centers are near sea level.'

'Four-hundred-thousand years ago there were no cities on the coast,' says UVM's Paul Bierman, 'and now there are cities on the coast.'

Journal information: Science

Provided by University of Vermont