Deux mille ans d'évolution de la température sur le plateau Est-Antarctique reconstruits à partir des isotopes stables de l'eau et des gaz inertes de la carotte de glace d'Aurora Basin North

par Aymeric Servettaz

Thèse de doctorat en Météorologie, océanographie, physique de l'environnement

Sous la direction de Amaelle Landais.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale des sciences de l'environnement d'Île-de-France , en partenariat avec Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement (laboratoire) , Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (référent) et de Université Paris-Saclay. Graduate School Géosciences, climat, environnement et planètes (2020-....) (graduate school) .


  • Résumé

    L'Antarctique joue un rôle majeur dans le climat de la Terre, car le gradient de température entre l'équateur et les pôles contrôlent la circulation atmosphérique. L'Antarctique est également utile pour comprendre la variabilité du climat, puisque les informations préservées dans la glace peuvent complémenter les observations récentes. Cependant, l'emplacement des forages de carotte de glace sont irrégulièrement répartis sur le continent, et les reconstructions de température sur le plateau Est-Antarctique sont entravées par la faible résolution temporelle résultant d'une trop faible accumulation de neige à haute altitude. Nous présentons ici de nouvelles reconstructions de température à partir de la carotte de glace d'Aurora Basion North (ABN, 77°S, 111°E, 2700 m d'altitude). D'abord, nous utilisons le Modèle Atmosphérique Régional (MAR) pour caractériser le climat récent à ABN, et montrons que les événements de précipitation sont intermittents, et sont marqués par une température 2°C supérieure à la moyenne. Les événements de fortes précipitations sont enregistrés dans les isotopes de l'eau, avec des valeurs de δ18O avoisinant les valeurs estivales, même en hiver, comme l'attestent des mesures dans la neige et le modèle atmosphérique ECHAM5-wiso, qui est équipé avec les isotopes de l'eau. Les précipitations sont systématiquement associées avec un blocage atmosphérique sur la côte de Wilkes Land, au nord-est d'ABN, et ces blocages sont favorisés par les phases négatives du Southern Annular Mode (SAM), le principal mode de variabilité dans le climat de l'hémisphère Sud. Par conséquent, les phases positives du SAM sont marquées par des température froides à ABN, mais pas nécessairement par un δ18O faible, car les précipitations peuvent être réduites. La température reconstruite à partir de la carotte forée à ABN, qui fait 300 m et couvre 2000 ans, reste relativement stable, à ± 1°C de la température moyenne. Nous détaillons une deuxième reconstruction de température faite sur la même carotte, basée sur l'inversion de la température de trou de forage et des anciens gradients de température dans le névé, estimés avec les isotopes stables des gaz Ar et N2 piégés dans les bulles. Cette seconde reconstruction de température révèle deux périodes environ 3°C plus froides à ABN au cours des 2000 dernières années : de 300 à 550 EC, et de 1000 à 1400 EC. Cette anomalie froide médiévale est synchrone avec une phase positive du SAM, et n'a pas pu être identifiée à partir du δ18O seul. Cette étude souligne l'importance d'utiliser plusieurs indicateurs pour déterminer les variations passées de température, car le δ18O pourrait surreprésenter les événements chauds à forte précipitation.

  • Titre traduit

    Two thousand years of temperature variability on the lower East Antarctic Plateau inferred from the analysis of stable isotopes of water and inert gases in the Aurora Basin North ice core


  • Résumé

    Antarctica is a major component in Earth's climate system, as the equator to pole temperature gradient controls the characteristics of the general circulation of the atmosphere. Antarctica is also very useful to understand climate variability, as past climate information preserved in the ice may help extend the short observational records. However, the ice core drilling locations are unevenly spread across the glaciated continent, and the temperature reconstructions from the high elevation East Antarctic plateau suffer from poor temporal resolution, because low snow accumulation hampers our interpretation of water isotopes. Here, we present new temperature reconstructions from the Aurora Basin North (ABN, 77°S, 111°E, 2700 masl) ice core. First, we use the regional atmospheric model MAR to characterize the recent climate at ABN, and show that precipitation events are intermittent, and occur under temperature 2°C warmer than average. The large precipitation events are marked in the snow isotopes with δ18O values on par with summer levels, even during the winter, as attested by snow measurements and the isotope-enabled atmospheric model ECHAM5-wiso. Precipitations are consistently associated with a blocking on the Wilkes Land coast, North-East of ABN, and the blockings are more likely to occur during negative phases of the Southern Annular Mode (SAM), the main mode of variability in the southern hemisphere climate. Consequently, SAM positive phases are marked by cold temperatures at ABN, but not necessarily low δ18O, as precipitations may be weakened. The temperature reconstructed from the δ18O in the 300-m-deep, 2000-year ice core drilled at ABN supports stable conditions, with a temperature remaining within a ± 1°C range. We present a second temperature reconstruction from the same core, based on the inversion of borehole temperature and past firn temperature gradients, estimated with the stable isotope composition of Ar and N2 gases trapped in bubbles. This second temperature reconstruction, representative of changes in the snow, suggests that temperature at ABN was about 3°C colder during two periods of the last 2000 years: from 300 to 550 CE, and from 1000 to 1400 CE. This medieval cold anomaly is concurrent with a positive SAM phase, and could not be identified from the δ18O alone. This work highlights the importance of using multiple proxies to determine past temperature variability in Antarctica, as δ18O may be biased towards warm precipitation events.