Échantillonnage de carottes de glace au laser pour étudier le changement climatique


Les chercheurs dirigés par Yuko Motizuki du laboratoire d’astro-glaciologie du centre RIKEN Nishina au Japon ont développé un nouveau système d’échantillonnage laser pour étudier la composition des carottes de glace prélevées sur les glaciers. Le nouveau système a une résolution en profondeur de 3 mm – environ 3 fois plus petite que celle actuellement disponible – ce qui signifie qu’il peut détecter les variations de température survenues sur des périodes de temps beaucoup plus courtes dans le passé. Le nouvel échantillonneur à fusion laser, ou LMS, devrait aider à reconstruire les changements de température annuels continus qui se sont produits il y a des milliers, voire des centaines de milliers d’années, ce qui aidera les scientifiques à comprendre le changement climatique passé et présent. L’étude a été publiée dans le Journal de glaciologie le 19 septembre.

Les cernes des arbres peuvent nous indiquer l’âge d’un arbre, et la couleur et la largeur des cernes peuvent nous en dire un peu plus sur le climat local de ces années-là. La croissance annuelle des glaciers peut nous raconter une histoire similaire, mais sur une période beaucoup plus longue. Les scientifiques étudient les changements climatiques passés en analysant des carottes de glace cylindriques extraites des glaciers. En prélevant des échantillons à intervalles réguliers le long des carottes, les chercheurs peuvent reconstruire des profils de température continus. Cependant, cela est impossible avec des échantillons prélevés dans des endroits profonds, où l’accumulation annuelle est souvent réduite à quelques centimètres.

Il existe actuellement deux méthodes standard pour échantillonner les carottes de glace. L’un d’entre eux a une précision en profondeur d’environ 1 cm, ce qui signifie que les données des années avec une accumulation inférieure à 1 cm sont perdues et que tout événement ponctuel qui altère fortement le climat serait manqué. L’autre méthode offre une bonne précision en profondeur, mais elle détruit la partie de l’échantillon nécessaire à l’analyse de la teneur en eau – la principale méthode utilisée par les scientifiques pour calculer les températures passées. Le nouvel échantillonneur par fusion laser surmonte ces deux problèmes ; il a une grande précision en profondeur et ne détruit pas les isotopes critiques de l’oxygène et de l’hydrogène présents dans l’eau, qui sont nécessaires pour déduire la température passée.

Le système LMS délivre un faisceau laser à travers une fibre optique dotée d’une buse spéciale en argent et pompe rapidement l’échantillon liquide, pour finalement le déposer dans des flacons en acier inoxydable. Une fois le matériel spécial assemblé, les chercheurs ont expérimenté pour optimiser trois parties critiques du processus : la quantité de puissance du laser, la vitesse à laquelle la buse est insérée dans le noyau lorsque le laser fait fondre la glace et la vitesse à laquelle l’échantillon liquide est aspiré. Grâce à cette optimisation, les chercheurs pourraient faire fondre la glace le plus rapidement possible, empêcher le laser de surchauffer et empêcher l’eau de fonte de devenir trop chaude, ce qui déstabiliserait les isotopes critiques et empêcherait des mesures correctes de température.

À titre d’expérience de validation de principe, l’équipe a échantillonné un segment de 15 cm d’une carotte de glace peu profonde de 50 cm du Dome-Fuji, qui a été prélevée près d’un terrain de football (~ 92 m) sous la surface de la glace dans l’Est de l’Antarctique ( voir un film). Lors d’un test, ils ont pu prélever 51 échantillons discrets à intervalles réguliers de 3 mm le long du segment de carotte de glace. Ils ont mesuré les isotopes stables de l’oxygène et de l’hydrogène qui composaient l’eau de fonte extraite des échantillons et ont constaté qu’ils correspondaient bien à ceux prélevés par segmentation manuelle, un processus uniquement pratique dans ce contexte de recherche. Une bonne correspondance signifie que le processus de fusion au laser n’a pas endommagé l’échantillon et que les températures déduites seraient exactes.

Motizuki déclare : « Grâce à notre méthode de fusion laser, il est désormais possible d’analyser les isotopes stables de l’eau avec une résolution de quelques millimètres de profondeur. Cela permettra aux chercheurs d’obtenir des profils de température continus, à long terme et résolus chaque année, même dans les carottes de glace profondes. collectés sur des sites de faible accumulation en Antarctique, ainsi que des événements transitoires tels que des changements brusques de température qui y sont enregistrés.

Les chercheurs prévoient ensuite d’utiliser le système LMS, ou une prochaine version améliorée, pour étudier le changement climatique lié aux variations naturelles de l’activité solaire.

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