L’Antarctique géologique (2/2)

par Prof. Dr Alain Préat, Université Libre de Bruxelles

 

Cet article fait suite aux trois récents articles publiés par le Prof. Maurin sur SCE (1/3, 2/3,  3/3), et traite de l’évolution géologique de la plaque Antarctica.
Voir également L’Antarctique géologique (1/2).

3/ Situation récente à l’échelle géologique

3.1. Isolation de la plaque Antarctique

Nous arrivons ainsi à la situation actuelle avec l’Arctique et l’Antarctique, situation décrite dans les parties 1 à 3 des articles de M. Maurin (parties 1/3, 2/3 et 3/3). D’où proviennent les glaciations actuelles ? Pour les comprendre il faut remonter au début de l’ère cénozoïque en considérant l’Antarctique qui était en position polaire (Scotese, 2001).

La plaque antarctique, partie intégrante de l’ensemble des continents formant le Gondwana est entourée dès le Jurassique (Figs. 7 et 12, in L’Antarctique géologique 1/2) de rides médio-océaniques (excepté la péninsule antarctique qui provient d’une limite de plaque convergente active avec failles transformantes séparant la plaque Antarctique et la plaque Scotia). En conséquence, la plaque Antarctique est actuellement en expansion par rapport aux plaques adjacentes, et fut particulièrement stable et isolée par rapport aux événements tectoniques du Mésozoïque et du Cénozoïque (ici).

Dans ce contexte, et en remontant le temps, il faut noter l’individualisation, dès l’Ordovicien, de la péninsule antarctique avec des montagnes de plus de 3200 m d’altitude constituant aujourd’hui la région la plus au nord de l’Antarctique occidental et s’étendant au-delà du cercle polaire. Cette chaîne de montagnes prolonge les Andes de l’Amérique du Sud dans la continuité d’une dorsale sous-marine caractérisée par un gradient géothermique élevé (voir plus loin). Ainsi on voit que l’Antarctique, depuis longtemps et encore aujourd’hui, participe à un jeu de tectonique des plaques encore active avec des effets locaux (notamment variations du  gradient géothermique). Ce gradient géothermique est un élément important à prendre en considération dans la dynamique glaciaire car il favorise la fonte et ensuite le glissement des glaces.

Notons que Arctowski (in Fogg 1992) avait déjà suggéré en 1901 que les Andes étaient présentes dans la pointe nord de la péninsule antarctique (Graham Land) .

3.2. Englacement de la plaque Antarctique

En ce qui concerne plus directement le futur englacement, l’Antarctique, isolé tectoniquement à l’entrée du Cénozoïque avec l’ouverture de l’océan Antarctique Sud, subit les effets de l’orogenèse alpine traduisant un épisode important d’activité tectonique (plissement majeur). L’Antarctique étant en position polaire (depuis le Mésozoïque), la tectonique des plaques et la modification de la circulation océanique qui en résultent expliquent une part importante des phénomènes et le refroidissement du début du Cénozoïque, notamment enregistré par les isotopes de l’oxygène (18O/16O) des sédiments marins du Pacifique (in Van Vliet-Lanoë, 2013) et des tests de foraminifères. Aujourd’hui la plaque Antarctique est bordée de rides divergentes (en extension) et de zones de fractures qui fonctionnent depuis environ 100 Ma (Rogers & Santosh, 2004) suite à l’éclatement du Gondwana.

La dernière séparation ayant mené à son isolement est liée au détachement de  la péninsule Antarctique de l’Amérique du Sud il y a 25 Ma (transition Oligocène/Miocène, Fig. 11, partie 1/2) et permit aux eaux de se déplacer d’ouest en est (courant circumpolaire toujours actif) autour de l’ensemble du continent antarctique. Le continent était alors isolé des eaux chaudes équatoriales qui circulaient dans le reste des océans et le refroidissement s’installa. La glaciation antarctique est donc en premier lieu liée à la tectonique des plaques, tout comme celle de l’Arctique avec la fermeture de l’Isthme d’Amérique Centrale il y a 4 Ma (au Pliocène) suite à la formation d’un arc volcanique autour des océans Caraïbes et Pacifique empêchant le mélange des eaux atlantiques et pacifiques.

Le CO2 est parfois invoqué (par le système de pompe à CO2, Brady et al., 1994 ; Rotaru et al. 2006) pour rendre compte du refroidissement au cours du Cénozoïque (surtout dès la fin de l’Eocène), sa teneur aurait diminué suite à l’altération des roches soulevées lors des orogenèses himalayenne et voisines (Beck et al., 1998). Il faut cependant rester prudent car l’hypothèse de l’effet de serre est mise à mal par toute une série d’observations (voir ici, ici et ici) et qu’elle est en contradiction avec certains principes élémentaires de la chimie-physique (voir ici).

Dans ce contexte évolutif des glaciers de montagnes se forment sur la chaîne transantarctique et les monts de l’Antarctique ouest (Fig. 9, partie 1/2). A la fin de l’Eocène, il  y a environ 40 Ma,  les premières phases de glaciation importante se marquèrent sur l’Antarctique (avec une baisse d’environ 4-5°C de la température des eaux océaniques profondes et d’environ 10° C de la température moyenne des masses continentales de hautes latitudes), ensuite il y a environ 35-34 Ma, à la transition Eocène/Oligocène, pour l’Antarctique occidental et au Miocène vers 14-12 Ma pour l’Antarctique oriental. A ce stade le continent Antarctique est entièrement recouvert de glace.  Les données stratigraphiques récentes des Shetland du Sud démontrent que l’englacement de la péninsule antarctique ne commence qu’au tout début du Miocène vers 22,9 Ma avec des glaciers vêlant dans un contexte morphologique sans grand changement de 30 à 22 Ma (Van Vliet-Lanoë, 2013). Suite à l’Optimum thermique du Miocène moyen (18-15 Ma) une partie de l’Antarctique oriental est déglacé (de même que le Groenland), ensuite les processus de rifting s’accélèrent et la calotte de l’Antarctique oriental atteindra sa pleine épaisseur vers 14,8 Ma (de taille équivalente à l’actuelle). On se reportera à Van Vliet-Lanoë (2013) pour l’évolution détaillée de l’ensemble qui répond aux variations régulières de différents  processus (climatiques, tectoniques, orbitaux…). Il en résulte des phases d’englacement prononcé et de déglaciations, généralement diachrones (voir plus loin).

 Avant cela, c’est-à-dire à la fin du Crétacé, le continent était morphologiquement (taille et forme) fort différent de l’actuel et ressemblait à une région sauvage alpine semblable au sud de la Nouvelle-Zélande (Bowman et al. 2014), plutôt qu’au paysage glacé et extrême qu’on lui connaît.  Des relevés radar effectués au début des années 2000 par une équipe de chercheurs chinois ont montré que la topographie ressemblait effectivement à celle des Alpes européennes (Fogg , 1992). Ensuite, ce que nous savons de l’histoire de l’Antarctique nous montre que de petits glaciers au sommet des montagnes durant l’Oligocène se sont épisodiquement retirés et se sont écoulés en suivant les changements de l’orbite terrestre. Ce faisant, ils ont creusé des vallées et modifié la topographie, ce qui a eu une incidence sur la dynamique de transport de la glace dans la région. Puis, il y a environ 14 millions d’années, les températures ont chuté de 8 degrés dans le monde ce qui  a déclenché en Antarctique le processus de congélation de la glace sur les roches.  Aujourd’hui, l’Antarctique est le continent le plus froid du monde, il est recouvert à 98% de sa surface par une calotte glaciaire (profondeur moyenne de 1,6 km) dont une grande partie dépasse 3000 m d’épaisseur, jusqu’à 5000 m en certains endroits (Fig. 10, partie 1/2). Les températures moyennes sur l’ensemble de l’inlandsis vont de -30°C l’été à plus de – 60°C l’hiver, la péninsule  connaît quant à elle des températures relativement clémentes avec 1°C  en moyenne l’été et – 10°C en moyenne en hiver. La péninsule tend à se normaliser au niveau d’un espace subantarctique (Mered, 2019) ce qui engendre depuis peu un nouveau tourisme. La calotte glaciaire de l’Antarctique contient 90% de la glace de la planète et entre 60 et 70% de l’eau douce du monde (Fig. 14).

Fig.  14 :Distribution de l’eau sur, dans et au-dessus de la Terre. Source USGS, 1993 d’après I. Shiklomanov (1993) A Guide to the World’Fresh Water Resources.
 

4/ Situation récente à l’échelle historique

L’Antarctique fait l’objet d’une attention de tous les jours dans les médias qui en rapportent presque exclusivement des informations catastrophiques. Il est bon de rappeler ici que le refroidissement de ce continent n’est expliqué que par deux hypothèses : la tectonique et le CO2, ce dernier étant aujourd’hui invoqué pour expliquer, non plus le refroidissement actuel, mais au contraire la fonte des glaces suite à l’augmentation de ce gaz dans l’atmosphère (suivant ‘l’hypothèse de l’effet de serre’, voir ici).

Raisonnement qui fait appel (à nouveau) à l’hypothèse de l’effet’ de  serre. Qu’en est-il réellement ? D’abord quid de la fonte des glaces antarctiques ?

Contrairement à ce qui est (rapidement) propagé, la situation est a minima stable (température et glace) (ici et nombreuses références ici,  ici, également SCE) voire au mieux instable (ici). 

Par contre ce qui est assez systématiquement occulté est la présence d’une source de chaleur liée à une activité volcanique de type extensive (liée au rift) sous l’Antarctique occidental (par exemple sous le Glacier Pine Island). Cette activité a été mise en évidence par l’isotope 3He (traduisant l’activité du manteau supérieur) et pourrait expliquer le glissement de plusieurs gigatonnes  glace dans l’océan (Loose et al. 2018 in Nature). Les auteurs concluent ainsi ‘our calculations indicate that the volcanic heat source is comparable in magnitude to the active vent fields found along ocean spreading centers. The inferred heat supply is more than ten times the heat energy released by dormant (but not extinct) shield volcanoes on land’. Les auteurs  incitent à la prudence et estiment qu’outre l’apport de chaleur par le volcanisme, d’autres facteurs peuvent déstabiliser la glace, un des plus importants étant un changement de régime des vents autour de l’Antarctique.  L’activité volcanique est également mise en évidence pour le Glacier Thwaites (ici), mais cette observation n’a pas ou à peine été relayée dans les médiasFinalement 138 volcans ont été identifiés pour l’Antarctique occidental et se suivent sur plus de 3000 km le long de l’axe du rift avec, pour la zone volcanique la plus dense, un édifice volcanique par 7800 ± 400 km2 (ici, et également ici). La NASA (2015) rapporte également une situation stable pour les glaces antarctiques avec même un gain de 122 Gt/an de 1992 à 2001 et de 82 Gt/an de 2003 à 2008. C’est également ce que rapporte Sonne (2020) qui traite en détail le sujet et fournit de nombreuses références. 

L’Antarctique occidental est ainsi significativement plus chaud que l’Antarctique oriental et un réchauffement est aujourd’hui surtout observé au niveau de la péninsule Antarctique suite à cette activité volcanique de type rift (Figs. 15 et 16). Egalement se reporter à Lloyd et al. (2015).

Fig. 15 : Carte des volcans du continent antarctique actuellement en éruption, actifs ou semi-actifs (points rouges). La majorité des volcans, soit 61 sur 62 sites volcaniques, sont situés le long du système de failles de l’Antarctique occidental. Cette zone de faille active, majeure et profonde, déchire le continent (Antarctique occidental et oriental). Ce processus de faille s’étend vers le bas dans des chambres de lave chaudes et profondes qui poussent la chaleur et le fluide chauffé vers le haut jusqu’au substratum rocheux/plancher océanique et au substratum rocheux/glace. Source Kamis, 2017. Cet article est accompagné d’une bibliographie très conséquente et utile.
Fig. 16 : Image des fonds marins d’une chaîne de 800 km de long de plusieurs volcans actifs de 1000 m de haut situés à proximité de la partie nord du continent antarctique. D’après Kamis, 2016.

Une analyse détaillée  de l’évolution thermique du bassin de rift depuis l’extension du Néogène est fournie par Lloyd et al. (2015) à partir de la sismique du manteau supérieur.

Pour la période historique signalons l’étude de Lüning et al. (2019) qui met en évidence l’anomalie climatique médiéval (Optimum Climatique Médiéval ou OCM) en Antarctique (Fig. 17) attribuée à l’oscillation El Nino et à l’oscillation antarctique (ou SAM pour Southern Annular Mode), résultant de variations de l’activité solaire  suivant des dynamiques non linéaires aux échelles multi-décennale et centennale. Cette étude révèle une variabilité naturelle du climat à l’échelle de l’Antarctique durant l’OCM (exemple des paléotempératures plus élevées dans les îles subantarctiques près de la péninsule, dans l’Antarctique occidental, et moins élevées dans la plateforme de Ross et la mer de Wedell, cf. Fig.  17). Selon ces auteurs cette variabilité naturelle est absente dans les modèles actuels.

Fig. 17: = figure 6 in  Lüning et al. (2019), tendances des paléotempératures pendant l’Optimum Climatique Médiéval en Antarctique. Valeurs plus chaudes en rouge, plus froides en bleu, peu claires en jaune. Carte des paléotempératures basées sur l’examen de 60 sites (cf. les numéros de localisation de chaque site) recouvrant la période 1000-1200 CE. Ces sites correspondent à des forages en mer et sur le continent.

Finalement avons-nous assez d’éléments pour une vision claire de la situation actuelle eu égard le passé et le futur ? Plus que probablement non, comme le suggère en 2015 ce glaciologue de l’Université de London qui montre combien, une fois de  plus, le problème est d’une complexité insoupçonnée. Cet auteur souligne l’asynchronicité (temporelle) entre augmentation de l’englacement et déglaciation suivant les différentes  parties de l’Antarctique oriental, une de ses conclusions est la suivante : ‘Again and again, we learned that things are more complicated than we’d thought. For example, a key finding is that the ice-sheet’s retreat from its maximum extent was asynchronous; that is, it did not respond to a warming climate in a uniform way’ complétée par celle-ci : ‘It is clear from the project that the glacial history of large areas of Antarctica remains little-studied and poorly understood, and in some areas we still can’t decide between competing hypotheses. It’s a complicated story that highlights the complexities involved in reconstructing ancient ice sheets’.  Rien à voir à la l’aplomb des médias nous ramenant sans cesse au ’bouton CO2‘ seul responsable de ce qui se passe actuellement…

Cette asynchronicité dans l’avancée ou le retrait de la calotte antarctique (Antarctique oriental) a été mise en évidence par Bentley et al. (2014) depuis la déglaciation entamée il y a environ 18 000 ans (le ‘diachronisme’ peut atteindre jusqu’à 6000 ans). Selon ces auteurs de (trop ?) nombreux facteurs interviennent, citons parmi les plus importants dans la dynamique de la calotte, des effets locaux (topographie/bathymétrie des différents bassins), des flux d’eaux océaniques de surface plus chaudes, le drainage glaciaire des bassins, le rebond isostasique et l’intrusion d’eaux chaudes profondes sur les plateformes. Et de conclure : it is clear from the reconstructions that the level of knowledge of Antarctic Ice Sheet history is extremely variable in time and space. 

Bref,  la science est loin d’être dite !

Avant de conclure, et pour preuve que la science est loin d’être dite, notons que l’étendue de la banquise en Antarctique a fortement augmenté en mars 2020 (Fig. 18) et se trouve être à la fin de ce mois, proche de la moyenne de 1981-2010. Cette carte vient d’être publiée par le très officiel Centre NSIDC (National Snow & Ice Data Center). La croissance des glaces s’est produite tout le long de la côte antarctique, mais plus particulièrement dans les régions de la mer de Ross et de l’est de la mer de Weddell. Cela met fin à une période de 41 mois de déficit par rapport à la moyenne de la période de référence (voir également ici). Bien entendu cette information n’a pas ou à peine été relayée dans les médias.

Fig. 18 : L’étendue de la banquise en Antarctique a fortement augmenté en mars 2020. D’après le NSIDC (National Snow & Ice Data Center).

5/ Conclusion

D’abord revenons aux médias plus qu’alarmistes. Pourtant il semble bien qu’ils aient tort, pour cela il suffit de reprendre les conclusions du très sérieux British Antarctic Survey (BAS) qui se pose la question en 2017 : Is Antarctica warming? Et y répond comme suit ‘Antarctica covers an area larger than Europe, and so naturally there are marked spatial variations in temperature trends. Many long-term measurements from Antarctic research stations show no significant warming or cooling trends, and temperatures over most of the continent have been relatively stable over the past few decades. However, the Antarctic Peninsula and large parts of West Antarctica warmed significantly over the second half of the 20th century. Despite warmer sea-surface and air temperatures over the Southern Ocean, there has been a slight increase in Antarctic sea-ice extent which is believed to be linked to changes in atmospheric weather patterns. In contrast, the collapse of ice shelves and land-ice reduction near coastal West Antarctica has been driven by warm ocean currents under the ice shelves’.

Nous avons vu que l’Antarctique occidental (et la péninsule) était à l’aplomb d’un gradient géothermique élevé lié à une activité volcanique héritée de la tectonique des plaques. Notons que pour le BAS le ‘non-réchauffement’ de l’Antarctique est principalement dû à la baisse de la concentration d’ozone de la stratosphère.

Ensuite, la géologie montre combien ce qui se passe sur Terre est changeant, quelles que soient les échelles temporelles. Elle montre aussi que ces changements, même les plus importants, se sont toujours déroulés dans des fourchettes qui n’ont jamais perturbé le système Terre de sorte que ce sont toujours et toujours les mêmes processus qui se déroulent depuis quelques milliards d’années et qu’ils sont conditionnés tout simplement par les lois de la physique et de la chimie, même si les activités biologiques furent à même de modifier certains paramètres (par exemple passage à une atmosphère riche en oxygène, ici). Dans ce cas ce sont bien uniquement les lois physico-chimiques qui restent d’application.  Les perturbations externes (par exemple le forçage orbital) ont influencé et influenceront encore notre système, à nouveau sans que cela ne remette en cause le système. Le système Terre est contingent, sans finalité aucune, et les organismes qui y survivent ne le doivent qu’à leur capacité d’adaptation comme le montre la théorie de l’Evolution. Le matraquage quotidien sur le CO2 ne semble pas être de mise dans ce contexte, surtout si la contribution anthropique est très faible (voyez les sources ou bilans de carbone dans les rapports du GIEC (2013) rapportant des émissions anthropiques de 8,9 GtC sur 207,1 GtC, soit 4,29% de l’ensemble des émissions anthropiques et naturelles, et aussi ici) et l’attitude la plus raisonnable serait de traiter les nombreux problèmes de pollution engendrés par nos activités. 

Enfin, pour ceux qui seraient quand même inquiets de la disparition des glaces, il est nécessaire de (re)lire les trois articles du professeur Maurin (publiés sur SCE) qui démontrent combien on est peu sûr de l’état la situation. Consultez également cet article récent sur la Péninsule antarctique (ici). D’une manière générale rappelons que cette situation actuelle est le résultat d’une conjonction de processus naturels que de nombreux scientifiques (ou non scientifiques) ne prennent pas en considération. Les processus naturels ‘mènent la danse’ depuis des milliards d’années, la géologie en est un des témoins privilégiés.

Le climat tant incriminé n’y est pour rien dans l’état de notre planète, cherchons plutôt dans le mode de fonctionnement de nos sociétés.

ADDENDUM  : Les ressources minérales

En tant que géologue, il est important de donner un aperçu des ressources minérales de l’Antarctique. Pour rappel un Comité, le SCAR (Comité Scientifique pour la Recherche Antarctique) a été créé en 1958 à la suite de l’Année Géophysique Internationale. Il regroupe aujourd’hui 43 pays membres et se réunit en session plénière tous les deux ans. Parmi ses nombreuses activités et recommandations il a formulé six obligations ou ‘interdictions’ approuvées par le Traité sur l’Antarctique et le Protocole de Madrid. L’une d’elle stipule qu’il est interdit d’exploiter des ressources minérales en Antarctique.

Bien entendu une évaluation des ressources a déjà été réalisée, à partir de d’analyses de terrain et de comparaisons ou extrapolations avec les séries géologiques des cratons voisins (surtout Amérique du Sud, Afrique du Sud et Australie) qui présentent pour la plupart la même évolution. L’Antarctique pourrait receler jusqu’à 500 milliards de tonnes de charbon (carte de distribution ici) surtout dans les Monts Transantarctiques, jusqu’à 36 milliards de barils (certains vont jusqu’à 200 milliards !) équivalent pétrole (USGS, 1991) situés en offshore sur le plateau continental antarctique. Le continent renferme des gisements potentiels de cuivre dans l’arc magmatique de Scotia (péninsule Antarctique), équivalents aux ‘porphyry copper’ des Andes en Amérique du Sud. L’or serait également présent dans le Queen Maud Land dans la prolongation des séries du Witwaterstrand d’Afrique du Sud. De même le platine dans le Wilkes Land dans des intrusions en prolongation des ceinture des roches vertes d’Australie (voir ici pour un peu plus de détail).

Ce rapide aperçu des principales ressources montre que l’Antarctique doit être beaucoup plus riche que ce qui est connu, par extrapolation avec les cratons voisins, cette moindre connaissance est liée au fait qu’il est interdit d’effectuer des explorations géophysiques et des forages à cette fin . Les ressources estimées sont donc certainement a minima, car les estimations datent, et les technologies de l’exploration et de la valorisation ont fortement évolué depuis lors.  Rappelons encore que l’exploitation pétrolière du continent antarctique est abandonnée suite à la décision du Traité de Protocole du SCAR.

Il y a cependant une région proche subantarctique, située à seulement quelques centaines de kilomètres du continent antarctique qui est activement exploitée pour hydrocarbures. Il s’agit du bassin austral et du bassin des Malouines Ouest situé au large de la Terre de Feu, de l’autre côté du passage de Drake, avec  des exploitations offshore et onshore sous l’égide de l’Institut argentin du pétrole et du gaz. Cette exploitation, avec les champs de Fenix et Vega Pléyade (au large de Rio Grande, à 100 km au nord de Ushuaia, Fig. 19), représente déjà aujourd’hui 24 % de la production de gaz de l’Argentine (Mered, 2019). Il s’agit du projet le plus austral du monde sur une mer avec des vents de plus de 180km/h et des températures hivernales sous les -20°C. Cette activité est en plein essor et Total Austral avec son partenaire argentin (YPF) ont annoncé en juin 2019 un record historique de production, avec un volume de 22,8 millions de m3/j, soit plus de 150 000 barils équivalent pétrole par jour. 

Fig. 19 :  Vega Pléyade est situé au large de la Terre de Feu, sur le permis de Cuenca Marina Austral 1 (CMA-1) qui est opéré par Total depuis 1978. Le champ sera développé au moyen d’une plateforme tête de puits implantée dans 50 m d’eau et raccordée par un pipeline de 77 km aux installations de traitement à terre de Rio Cullen et Cañadon Alfa, également opérées par Total. Source : Enerzine, 2013.

NOTES (communes aux deux parties)

Beck, RA, Sinha A. et al. (+3) 1998. Climatic oceanographic, and isotopic consequences of the Paleocene India-Asia collision? In Late Paleocene-Early Eocene and biotic events in the marine and terrestrial records, MP Aubrey, SG Lucas and WA Berggren Eds, Columbia University Press, 103-117.

Bender, M.L. 2013. Paleoclimate. Princeton University Press, 306p.

Broutin J. 2015. Glossopteris, paléophytogéographie, paléogéographie et dérive des continents. Géochronique, 134, p29.

Deconinck, J.F. 2017. Le Précambrien, 4 milliards d’histoire de la Terre. De Boeck, 210p.

Fogg, G.E. 1999. A History of Antarctic Science. Studies in Polar Research, Cambridge University Press, 483p.

Mered, M. 2019. Les mondes polaires. PUF, 525p.

Piper, J.D.A. 2001. The Neoproterozoic supercontinent : Rodinia or Palaeopangea? Earth Planetary Science Letters, 176,131-146.

Rogers, J.W and Santosh M. 2004. Continents and Supercontinents. Oxford University Press, 289p.

Ramstein, G. 2015. Voyage à travers les climats de la Terre. Odile Jacob, 351p.

Rotaru, M., Gaillardet, J., Steinberg M. et Trichet, J. 2004. Les climats passés de la Terre.  Vuibert, 195p.

Van Vliet-Lanoë, B. 2013. Cryosphère. Histoire et environnements de notre ère glaciaire. Vuibert, 405p.

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