La cryosphère marine et continentale du domaine Nord-Ouest groënlandais (détroit de Nares) : dynamique récente (holocène) et en lien avec le contexte climatique et océanographique régional.

The marine and continental cryosphere in NW Greenland: Holocene dynamics under a changing climate and interplay with the oceanographic context

• Auteur / Autrice : Eleanor Georgiadis
• Direction : Jacques Giraudeau, Guillaume Massé
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sédimentologie marine et paléoclimats
• Date : Soutenance en 2020
• Etablissement(s) : Bordeaux en cotutelle avec Université Laval
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Pessac, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Martinez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jacques Giraudeau, Jochen Knies, Patrick Lajeunesse, Carlota Escutia, Marie-Alexandrine Sicre, Guillaume Masse, Marit-Solveig Seidenkrantz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jochen Knies, Marit-Solveig Seidenkrantz

Mots clés

Mots clés libres

Climat

Paléoenvironnements

Calotte

Glace

Holocene

Arctique

Arctic

Holocene

Ice-sheet

Paleoenvironments

Ice

Climate

Résumé

Le détroit de Nares constitue l’un des trois domaines de l’Archipel Arctique Canadien (AAC) reliant l’océan Arctique à la baie de Baffin. Malgré une bathymétrie limité (maximum de 220 m de profondeur), l’export d’eaux dessalées et de glace arctique vers l’Atlantique Nord via l’AAC est comparable au transport via le détroit de Fram, bien plus large et plus profond. Le transport via l'AAC alimente l’essentiel de la circulation océanique de la partie occidentale de la baie de Baffin. Le potentiel d'eau douce atteint, plus au sud, la mer du Labrador, et module ainsi les caractéristiques physico-chimiques des eaux de surface et de sub-surface de cette région, siège de la formation d’une des composantes majeures de la circulation profonde de l’Atlantique Nord (Labrador Sea Water). Le détroit de Nares, à la frontière est de l'AAC, est à 80% couvert de glace de mer pendant 11 mois de l’année sous l’influence (1) de l’apport de banquise de l’océan Arctique adjacent, (2) des décharges d’icebergs des glaciers nord-ouest groenlandais (glaciers de Petermann et d’Humboldt), et (3) de la formation in-situ de glace de mer. L’histoire hydrologique de cette région est donc intimement liée à celle de ces trois composantes. Par ailleurs, ce couvert de glace régule le transport d'eaux dessalée et de glace vers la baie de Baffin, et entretient l'existence d'une zone ouverte: la polynie des eaux du nord. Outre le transport de masses d’eaux d’origine pacifique et atlantique de l’océan Arctique vers la baie de Baffin, la ventilation des bassins du détroit de Nares est assurée par le plongement d’eaux de surface salées (« brines ») lors de la formation locale de glace de mer. Ces deux effets (convection locale et circulation des eaux atlantiques et pacifiques) déterminent les gradients verticaux de température et de salinité dans le détroit. Enfin la contribution importante d’eau pacifique riche en nutriments dans les eaux de surface et de sub-surface soutient une production primaire importante dans le détroit de Nares lors de la période de débâcle, et dans la polynie semi-permanente du nord de la baie de Baffin située à l’extrémité sud ce détroit. Le détroit de Nares a été affecté dans son histoire récente post-glaciaire par (1) un retrait rapide des calottes groenlandaise et innuitienne, initialement ancrées sur le fond et convergeant au niveau du détroit de Nares, par (2) une baisse importante du niveau marin (rebond isostatique) et par (3) des conditions variables de glace de mer pérenne ou saisonnière. Ces trois phénomènes, dont la chronologie et le synchronisme à l’échelle régionale sont très mal contraints, font du détroit de Nares un domaine unique d’examen de la réponse de la cryosphère marine et continentale à un changement climatique rapide tel celui amplifié aujourd’hui dans les régions arctiques sous le forçage du réchauffement global. Les archives sédimentaires prélevées lors des campagnes (2014 et 2016) du RV CCG Amundsen dans le cadre de l’ANR GREENEDGE et du programme canadien ARCTICNET offrent une opportunité unique de reconstituer l’histoire post-glaciaire à tardi-holocène de la région.

Nares Strait is one of the three channels of the Canadian Arctic Archipelago (CAA), which connect the Arctic Ocean to Baffin Bay. The freshwater and sea ice flux through the CAA towards the Atlantic Ocean is comparable to that via Fram Strait, despite the channels of the CAA being shallow and narrow. The CAA throughflow is a major component of ocean circulation in western Baffin Bay. The freshwater potential travels via Baffin Bay to the Labrador Sea and modulates the physical and chemical characteristics of surface water in this region, where the convection of deep water (Labrador Sea Water) is an essential driver of the Atlantic Meridional Overturning Circulation. Nares Strait borders the CAA to the east, separating Ellesmere Island from Greenland, and is 80% covered in sea ice 11 months of the year. The heavy sea ice cover is constituted of (1) arctic (multi-year) sea-ice having entered the strait by the north, (2) icebergs calved from NW Greenland glaciers (Petermann and Humboldt Glaciers), and (3) locally formed first year sea ice, which consolidates the ice cover. The hydrological history of the area is intimately linked to that of these three components. The sea-ice cover in Nares Strait regulates freshwater (liquid and solid) export towards Baffin Bay, and is integral to the formation of an area of open water in northernmost Baffin Bay: the North Water polynya. The seasonal formation of sea ice in Nares Strait produces salt-enriched water (brines) that sinks towards the seabed and ventilates the deeper basins of the strait. Along with the Pacific and Atlantic throughflow from the Arctic Ocean, local convection determines vertical temperature and salinity gradients in the strait. The nutrient-rich surface and subsurface Pacific water supports primary productivity in NW Baffin Bay during sea ice break-up, and in the semi-permanent North Water polynya. Nares Strait has been at the heart of major geomorphological changes over the past 10,000 years. Its Deglacial and post-glacial history is marked by (1) rapid retreat of the Greenland and Innuitian ice-sheets which coalesced along Nares Strait during the Last Glacial Maximum, (2) post-glacial shoaling associated to isostatic rebound, and (3) variable multi-year and seasonal sea ice conditions. Little is known about the evolution of these three environmental components of the Nares Strait history, and they are poorly constrained in terms of chronology and synchronism with other regional changes. Nares Strait and its eventful Holocene history provide a unique case study of the response of the marine and continental cryosphere to rapid climate change, such as that affecting Arctic regions in modern times. The marine sediment archives that were retrieved during the ANR GreenEdge and ArcticNet (2014 and 2016) cruises of the CCGS Amundsen offer a unique opportunity to investigate the Deglacial to Late Holocene history of Nares Strait.