Lorsque la microbulle se ferme la concentration de plusieurs gaz peut théoriquement varier suite à l’activité de divers micro-organismes : fixation de CO2 (autotrophes), production de CO2 (hétérotrophes), consommation d’O2, génération d’O2, production de divers gaz azotés (N2O, NO, N2) par les bactéries dénitrifiantes, fixation du N2, consommation de méthane (bactéries méthanotrophes), etc… Tout dépend des espèces présentes, de la présence de lumière, de leur activité métabolique et de la concentration en nutriments (certains métaux sont indispensables pour le bon fonctionnement de certaines voies métaboliques).

Comme vous le dites, les variables à considérer sont nombreuses : taux initial de CO2 dans la bulle, capacité de fixation des organismes, biomasse, richesse nutritionnelle du milieu, évolution de la température du substrat… mais aussi étanchéité de la microbulle, dépôts minéraux, etc.

Bref, des études supplémentaires sont nécessaires pour éclaircir certains points. La science n’est pas dite pour les carottes de glace!

En ce qui me concerne, l’hypothèse carbone est indécidable sur la base glaciaire.

Le taux de CO2 des microbulles est globalement stable alors que les dépôts de glace et teneurs atmosphériques fluctuent énormément : une grosse amplitude de concentrations est-elle susceptible de fausser les dépôts par un effet de transfert/saturation relative ?

Cher Mr Engelbeen,

Encore merci pour votre intérêt.

L’étude que vous mentionnez (Knowlton et al. 2013) est citée dans mon article (voyez la liste de références). Comme vous avez pu le voir, il s’agit d’une des rares recherches effectuées sur la microbiologie des carottes de glace et dans laquelle des carottes différentes sont comparées. Malheureusement ici, les trois carottes comparées sont éloignées les unes des autres et seulement deux sont comparées par les auteurs, l’une en Antarctique (Bird) et l’autre en Arctique (GISP2). Afin de juger de l’effet éventuel des communautés microbiennes sur le taux de CO2 des microbulles il aurait fallu comparer trois carottes proches dans la même région, en Antarctique par exemple.

Il aurait aussi fallu réaliser des comptages totaux (comptages DAPI par exemple) pour évaluer la biomasse bactérienne totale, et aussi des comptages de bactéries mortes/vivantes. Ceci n’a pas été réalisé par Knowlton et al. 2013… Il s’agit simplement d’une étude par microscopie, par culture sur boite de Petri et par séquençage d’ADN (méthodes qualitatives et non quantitatives). On ne sait donc rien dire quant à l’effet de ces micro-organismes sur les taux de CO2, on peut juste dire que des Firmicutes et Cyanobactéries sont présentes, sans pouvoir rien quantifier. Les auteurs pourraient cependant quantifier et utilisant la PCR quantitative, mais ne l’ont pas fait. De plus, les auteurs n’ont pas mesuré eux-mêmes les taux de CO2.

En d’autres mots, la corrélation (ou non corrélation) entre activité microbienne et taux de CO2 des microbulles doit encore être établie. Des recherches passionantes à venir! En attendant, une petite indication est déjà fournie par la phrase de l’abstract : « The highest numbers of isolates (i.e., sur boite de Petri) were found in ice core sections that were deposited during times of low atmospheric CO2 ». Une grande variété de microbes (donc de nombreux microbes capables d’utiliser le CO2) est retrouvée dans les bulles contenant le moins de CO2… Mais cela pourrait être un hasard, car la méthode utilisée n’est pas quantitative! Et comme vous dites, les taux de croissance sont très bas. Mais si vous voulez mon avis, il faudrait quand même s’en assurer! Il ne reste plus qu’à obtenir des crédits de recherche…

Cher professeur Berth,

J’ai trouvé une recherche intéressante sur les bactéries dans les carottes de glace, qui montre la meilleure façon de préserver la vie par temps froid, où l’on a généralement plus de poussière, mais où l’on trouve plus de bactéries viables, où ce qu’il y a moins de poussière, donc conditions de froid avec transport des bactéries avec le vapeur d’eau/nuages/neige:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4009855/

Pour les inclusions de poussière, les carottes de glace côtière présentent des niveaux plus élevés pendant les périodes chaudes
Leur composition est à peu près la même que pour les carottes continentales (principalement la Patagonie) en périodes froides. Pendant les périodes chaudes, plus de poussière locale est incluse, éventuellement aussi plus de bactéries locales résistantes au froid.

Toujours pas trouvés une lien direct entre la poussière, la température, la bio-vie et les niveaux de CO2 / CH4 /…

Note: Je n’ai pas de doctorat, mais un B.Sc. en ingénierie de processus. Retraité, toujours avec un grand intérêt pour tout ce qui est technique et scientifique, y compris le climat …

Cher Dr Engelbeen,

Merci pour les précisions concernant le calcul. Je vous accorde qu’avec de tels chiffres la réduction du taux de CO2 ne sera que minime. Mais attention, ceci ne s’applique qu’aux bactéries nitrifiantes. Comme je vous le disais, il y a aussi d’autres bactéries capables de fixer du CO2 dans les microbulles.

Je trouve par contre beaucoup plus convaincant votre argument concernant les grandes différences de poussières et de température entre deux carottes éloignées, l’une près des côtes l’autre plus à l’intérieur du continent, alors que les niveaux de CO2, de CH4 et de N2O sont les mêmes. Si les quantités et types de bactéries diffèrent significativement pour la même tranche (même âge) de glace, on aurait alors la démonstration que les micro-organismes n’ont que peu d’effets sur les taux de CO2. Je serais donc curieux d’examiner les données des comptages bactériens qui ont été réalisés pour ces carottes. Y a t’il une publication? Le plus convaincant serait un comptage ou l’on estime le rapport bactéries mortes/vivantes, avec par exemple de l’iodure de propidium.

Cher professeur Berth,

Le paragraphe K du travail que j’ai mentionné montre une réduction de 25: 1 du CO2 en tant que source de carbone par rapport à une augmentation de N2O:
« D’après les mesures effectuées au lac Bonney (49), ainsi que les calculs (50), nous avons utilisé un rapport (C fixé) / (N2O produit) d’environ 0,04 pour convertir le taux de nitrification en taux de métabolisme du carbone. »
Ils estiment un maximum de 10% de tout le N2O produit par cette filière. Les quantités de N2O trouvées dans les bulle de la carotte de glace de Vostok (et du Dôme C) atteignent environ 300 ppbv
(voir: http://cdiac.ess-dive.lbl.gov/ice_core_no.html).
Avec 10% de N2O produit et un facteur 25: 1 pour CO2 / N2O, cela signifie une élimination d’environ 0,75 ppmv de CO2. Désolé, je me suis rappelé à tort qu’il s’agissait d’une production à 100% de N2O …

Cela concerne le pic de contamination bactérienne au niveau des dépôts de poussière au maximum, ce qui correspond principalement aux périodes les plus froides pour les glaces continentales (globalement moins de pluie et plus de vent, apportant plus de poussière à l’intérieur des terres antarctiques).

La contamination bactérienne et par la poussière devrait être au moins d’un ordre de grandeur plus élevé sur les sites côtiers et comme la température de la glace est beaucoup plus élevée dans les sites côtiers (Law Dome: -20ºC; Vostok et Dome C: -40ºC), les bactéries devraient être beaucoup plus actives. sur les sites côtiers. Malgré ces énormes différences de poussière, de bactéries et de température, la différence de niveaux de CO2, de CH4 et de N2O dans différents carottes de glace est faible pour le même âge moyen des gaz. Pour le CO2, tous les noyaux de glace se trouvent à moins de 5 ppmv les uns des autres à des niveaux compris entre 180 et 310 ppmv au cours de périodes se chevauchant, voir:
http://www.ferdinand-engelbeen.be/klimaat/klim_img/antarctic_cores_010kyr.jpg

Quoi qu’il en soit fascinant de voir que certains extrémophiles peuvent survivre à des températures aussi basses, même plus de cent mille ans …

Cher Dr Engelbeen,

Je vous remercie pour vos remarques pertinentes.

Concernant Jaworoski, je laisse le soin aux lecteurs de juger par eux mêmes en lisant les travaux d’Etheridge et al. (1996) que vous mentionnez ainsi que les commentaires sur votre blog.

Concernant la microbiologie des carottes de glace il y a plusieurs choses à dire :

– L’article dans PNAS que vous mentionnez (Price & Sowers 1994) est remarquable et nous apporte une preuve supplémentaire que l’atmosphère des microbulles de gaz peut être modifiée : le point K de l’article que vous mentionnez, à la page 4635, nous dit que des bactéries nitrifiantes (transformant le NH4+ en NO2– en présence d’O2, avec parfois une production de N2O) sont présentes dans les microbulles et affectent l’atmosphère ce ces microbulles. C’est exactement ce que je veux dire dans mon article. Comme ces bactéries nitrifiantes sont chimio-lithotrophes, elles peuvent donc fixer du CO2 et faire baisser le taux de CO2 de la bulle. Mais de combien? Là est toute la question! Remarquons que les bactéries nitrifiantes ne sont pas les seules dans la bulle… il y a toutes les autres.

– Je ne comprends pas bien comment vous obtenez le chiffre de 0.5 ppmv lorsque vous écrivez « Même si tout le N2O présent était produit par cette voie, cela représente une “réduction” de CO2 de 0,5 ppmv. » Pouvez-vous nous donner plus d’informations? N’oubliez pas que les bactéries nitrifiantes ne sont pas les seules, il y a aussi les Firmicutes, les Cyanobactéries, les Protéobactéries alpha, beta, gamma, etc…

– Pour répondre à votre question : je pense qu’il n’y a pas encore d’études quantitatives et que l’on connait encore peu de choses concernant l’effet des bactéries sur l’air des microbulles. Il serait très intéressant de réaliser une étude de type « shotgun metagenomics » sur des tranches de glace et en même temps quantifier les bactéries et le CO2 dans les bulles. On pourrait ainsi voir si les gènes impliqués dans les processus de fixation du CO2 sont présents. On pourrait aussi réaliser des expériences de laboratoire ou de la neige est compactée pour que des microbulles se forment, en présence et en absence de bactéries chimio-lithotrophes. Quelques recherches (passionnantes) devraient encore être menées pour éclaircir ce point concernant l’effet des communautés bactériennes sur les microbulles.

Une protestation et une remarque/question sur votre aperçu des bactéries dans les carottes de glace…

Une protestation: s’il vous plaît, laissez Dr. Jaworoski reposer en paix, avec ses idées sur le CO2 dans les carottes de glace. Il a effectué de nombreuses recherches sur les radionucléides dans la glace après les retombées de la catastrophe de Tchernobyl, mais n’a jamais effectué de travail sur le CO2 dans la glace. Et beaucoup de ses remarques étaient fausses, même opposant des lois physiques …
Ses remarques de 1992 ont été entièrement réfutées par les travaux d’Etheridge e.a. de 1996 sur trois carottes de glace Law Dome.
Voir: http://www.ferdinand-engelbeen.be/klimaat/jaworowski.html

Une remarque / question. Pour autant que je comprenne d’un autre travail:
http://www.pnas.org/content/pnas/101/13/4631.full.pdf
Ce qui est plus ancien, mais donne un bon aperçu, certaines bactéries peuvent survivre pendant des centaines de milliers d’années même à -40°C, mais en général, c’est la survie par consommation d’énergie minimale, limitée à la réparation de l’ADN, pas de croissance. Voir le point K par la carotte de glace de Vostok, à la page 4635 des l’œuvre ci-dessus.
Le CO2 peut avoir été utilisé comme source de carbone et l’oxydation du NH4 présent près des inclusions de poussière en N2O peut avoir été la source d’énergie. Même si tout le N2O présent était produit par cette voie, cela représente une « réduction » de CO2 de 0,5 ppmv. Pas un gros problème …
Alors ma question: existe-t-il des mesures quantitatives ou des estimations qualitatives de la quantité modifié à la composition de l’air ancien dans les bulles?

Par ailleurs, les glaces du Groenland ne conviennent pas aux mesures de CO2 en raison de l’inclusion fréquente de poussières très acides venant des volcans islandais voisins, qui produisent du CO2 in situ avec des dépôts de poussières de carbonate provenant de la mer.