Les mollusques des expéditions polaires révèlent de nouveaux détails sur l'océan

Aux premières heures du 30 octobre 1961, un bombardier russe décolle et se dirige vers le nord. L'avion se dirigeait vers l'archipel de Novaya Zemlya, dans la partie russe de l'Arctique. Lorsque le pilote a vu les îles loin en contrebas, il a largué la cargaison, une bombe de la taille d'un bus à impériale.

Tandis que le pilote accélérait pour se mettre hors de portée, la bombe descendait lentement jusqu'au sol sous la verrière d'un énorme parachute. Une minute s'est écoulée, puis le ciel a été éclairé par la lumière la plus dure jamais créée par l'homme.

La bombe, baptisée plus tard Tsar Bomba, est l’arme nucléaire la plus puissante jamais explosée. C’était le point culminant des essais nucléaires effectués par l’URSS, les États-Unis et plusieurs autres pays dans les années qui ont suivi la Seconde Guerre mondiale.

Deux ans plus tard, en 1963, les puissances nucléaires ont convenu de cesser les essais nucléaires atmosphériques et les essais ont été déplacés sous terre.

Cependant, après près de 20 ans de détonations – depuis la première en 1945 jusqu’au traité de 1963 – la chimie des océans avait changé ; c'est un changement qui durera des milliers d'années.

Par exemple, les détonations américaines et françaises dans l’océan Pacifique ont tué des milliers de poissons et appauvri la biodiversité de la région. Mais les tests ont aussi eu une autre conséquence. Ils ont rendu difficile l’utilisation de la datation au carbone 14.

Le chercheur Christof Pearce du Département de géosciences, du Centre de recherche arctique et d'iClimate de l'Université d'Aarhus et plusieurs de ses collègues ont tenté de trouver une méthode pour contourner ces problèmes. Leurs travaux sont publiés dans Géochronologie.

“Nous ne pouvons pas calibrer l'âge du carbone 14 des animaux ou des plantes fossilisés trouvés dans les sédiments océaniques. Les essais nucléaires ont créé des quantités massives de carbone 14 dans l'atmosphère, qui ont été lentement absorbées par l'océan. Alors que l'atmosphère a rapidement retrouvé une sorte de d'équilibre, il faudra des centaines, voire des milliers d'années avant que l'océan puisse faire de même”, explique Pearce.

“C'est pourquoi nous avons besoin de matériel datant d'avant les essais nucléaires – et c'est là que les expéditions polaires entrent en jeu. Nous pouvons les utiliser pour découvrir la quantité de carbone 14 qu'il y avait avant les détonations et ajuster la datation.

Qu’est-ce que la datation au carbone 14 ?

L'atmosphère terrestre est composée d'un certain nombre de gaz tels que l'oxygène, le CO₂ et de l'azote.

Lorsque les atomes d’azote pénètrent dans les couches supérieures de l’atmosphère, ils sont frappés par des neutrons libres libérés par le rayonnement cosmique. Les atomes d'azote absorbent les neutrons, sont convertis en carbone 14 et émettent un proton. Les nouveaux atomes de carbone 14 se lient ensuite à l'oxygène, créant du CO₂.

Les arbres, arbustes et autres plantes absorbent le CO₂ de l'air pendant la photosynthèse, ce qui signifie qu'ils absorbent également le carbone 14.

Cependant, la grande majorité du CO₂ dans l'atmosphère est constitué de carbone 12. Seule une faible proportion de CO₂ contient du carbone 14, qui est radioactif. Les plantes absorbent donc principalement du carbone 12.

Lorsqu’une plante meurt, elle cesse d’absorber du nouveau carbone, mais comme le carbone 14 est radioactif, il se désintègre et disparaît lentement. Le carbone 12, en revanche, ne le fait pas. Les chercheurs peuvent calculer l’âge d’un résidu végétal en mesurant la quantité de carbone 14 restant par rapport au carbone 12. Nous savons que la demi-vie du carbone 14 est de 5 700 ans et que la répartition naturelle entre le carbone 12 et le carbone 14 est assez stable.

Les plantes sont mangées par les herbivores, qui absorbent ainsi le carbone. Les herbivores sont à leur tour mangés par les carnivores, qui l'absorbent également. C’est pourquoi la méthode peut également être utilisée pour dater au carbone 15 les animaux et les humains.

Les musées sont un trésor

Les essais nucléaires ne sont pas la seule raison pour laquelle l’âge du carbone 14 dans les océans a changé. Émissions humaines de CO₂ ont également modifié la balance, mais dans la direction opposée.

Comme leur nom l’indique, les combustibles fossiles sont constitués de matières végétales fossiles et ont donc un âge de carbone 14 élevé. CO₂ les émissions ont donc eu l’effet inverse de celui des bombes atomiques qui ont créé du nouveau carbone 14. Il s’agit d’un problème bien connu, notamment des géologues, archéologues et autres chercheurs intéressés par l’apparence de l’océan dans le passé.

Pour Pearce, les échantillons de sédiments constituent l’une des sources de connaissances les plus importantes sur le climat et l’environnement marin du passé. Tout comme les chercheurs qui forent des carottes de glace dans la calotte glaciaire pour étudier le climat du passé, Pearce et ses collègues utilisent des carottes provenant des fonds marins.

Les différentes couches des carottes regorgent de microfossiles et de matières organiques qui peuvent révéler à quoi ressemblaient les océans dans le passé.

Mais pour utiliser les connaissances stockées dans les carottes extraites des fonds marins, les chercheurs doivent savoir quand les couches se sont formées. Et c’est là que le carbone 14 entre en scène.

“Le problème est que nous ne connaissons pas le niveau naturel de carbone 14 partout dans l'océan. Nous n'avons pas de point zéro comme c'est le cas dans l'atmosphère. Lorsque nous essayons de dater une couche de sédiments, nous sommes “Nous avons souvent besoin de matériaux d'un âge connu datant d'avant les perturbations humaines majeures. J'ai longtemps réfléchi à la manière dont nous pourrions résoudre le problème du carbone pour l'océan dans certaines parties de l'Arctique”, déclare Pearce.

“Quand je travaillais à Stockholm, je suis passé devant des vitrines qui bordent les couloirs de l'université. Elles parlent toutes d'anciennes expéditions polaires. C'est à ce moment-là que j'ai pensé que des échantillons datant d'avant les essais nucléaires pourraient encore exister et que je pourrais examiner.”

Échantillons d'expéditions danoises et suédoises

Pearce entreprit alors de découvrir si des échantillons des anciennes expéditions avaient été conservés. S’ils étaient conservés, il examinait s’il pouvait les utiliser. Il découvrit rapidement que le Danemark et la Suède conservaient des échantillons de leurs expéditions polaires dans des collections de musées.

L’une des anciennes expéditions qu’il a examinées a quitté Copenhague il y a près de 100 ans. Elle s’appelait l’expédition Godthaab et, même si c’est l’une des expéditions les moins connues, les chercheurs qui y ont participé ont rapporté de nombreuses connaissances précieuses. Ces connaissances constituent désormais une mine d’or pour des chercheurs comme Pearce.

“L'expédition a navigué entre le Groenland et le Canada. Elle a mesuré la salinité et la température de l'eau, mesuré la profondeur, prélevé des échantillons de fond et collecté des moules. Un effort colossal. Heureusement, les échantillons et les enregistrements de cette époque se trouvent toujours dans les salles de stockage du zoo. Musée de Copenhague. Et comme par hasard, nous avons été autorisés à emporter certains échantillons avec nous. Cela nous a permis de tester les niveaux de carbone 14 dans l'océan avant les essais nucléaires.

Le Musée suédois d'histoire naturelle de Stockholm a également autorisé l'équipe de recherche à prélever des échantillons d'anciennes expéditions polaires.

Un travail nauséabond

Pearce et ses collègues ont rapporté près de 100 échantillons à leur laboratoire.

Cependant, seuls les moules et les escargots contenant des tissus mous peuvent être utilisés. Et les préparer à l’analyse n’était pas une tâche réservée aux personnes dotées d’un odorat délicat.

“Nous avons pêché des moules et des escargots à moitié pourris dans les vieilles bouteilles en verre. Cela sentait horrible mais nous avons dû les sortir et les sécher avant de pouvoir les utiliser. Une fois les échantillons prêts, ils ont été transportés au Département de Physique et d'Astronomie. , où se trouve le seul laboratoire au Danemark capable d'effectuer des datations au carbone 14.”

Ensuite, les chercheurs ont attendu les résultats avec impatience, croisant les doigts pour que les échantillons soient suffisamment bons.

Une datation C14 plus précise

Heureusement, les échantillons étaient bons et, une fois les résultats commencés, Pearce a pu constater qu'ils disposeraient de suffisamment de données pour dater avec plus de précision les matériaux provenant du Groenland.

“Et ce n'est pas tout, nous en savons désormais beaucoup plus sur les variations locales. La concentration de carbone 14 dans l'océan est affectée par les courants océaniques. Les valeurs les plus basses ont été trouvées autour de la baie de Baffin, entre le Canada et le Groenland, où l'influence de l'Arctique L'océan est le plus fort. Des valeurs faibles ont également été trouvées dans les zones où il y a beaucoup de glace de mer, qui agit comme une barrière entre l'atmosphère et l'océan”, explique Pearce.

Il explique que les nouveaux calculs rendront plus précises les recherches sur le climat océanique du passé. Ces connaissances sont cruciales si nous voulons prédire comment le changement climatique affectera les océans à l’avenir.

“Afin de calculer ce qui arrivera aux eaux arctiques à l'avenir, nous devons savoir comment l'océan a évolué au cours des derniers milliers d'années. Et nous disposons désormais d'un outil pour nous aider à le faire avec plus de précision”, explique-t-il.

“En outre, je pense que nous avons montré à quel point il est important de préserver les échantillons dans les anciennes collections de musées. Ils n'ont peut-être pas une grande valeur aujourd'hui, mais on ne sait jamais, ils pourraient être importants à l'avenir, tout comme l'exposition centenaire. -les vieux mollusques sont soudain devenus importants pour nous.”