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Référence : Biological and physical influences on marine snowfall at the equator, R. Kiko, A. Biastoch, P. Brandt, S. Cravatte, H. Hauss, R. Hummels, I. Kriest, F. Marin, A. M. P. McDonnell, A. Oschlies, M. Picheral, F. U. Schwarzkopf, A. M. Thurnherr and L. Stemmann, Nature Geoscience, 9 octobre 2017

Contact : Sophie Cravatte, LEGOS

Dans de larges régions des océans tropicaux appauvries en oxygène (les Zones de minimum d’oxygène ou OMZ), une variation, même faible, de la concentration en oxygène induit d’importants changements de la diversité microbienne et des cycles biogéochimiques. Dans le cade du projet AMOP (Activités de recherche dédiées au minimum d'oxygène dans le Pacifique), une équipe internationale comprenant des chercheurs français du Laboratoire d’études en géophysique et océanographie spatiales (LEGOS/OMP, UPS / CNRS / CNES / IRD) et de l’Institut méditerranéen d’océanographie (MIO/PYTHÉAS, CNRS / Université de Toulon / IRD / AMU) a montré pour la première fois, à partir de campagnes dans le Pacifique oriental (Pérou, Mexique), que de l’oxygène était produit à quelques dizaines de mètres sous la surface sans être néanmoins directement observable. En effet, cette production d’oxygène ne s’accumule pas, car elle active des processus microbiens qui la consomment aussitôt.

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Contact : Aurélien Paulmier, LEGOS

Référence : Garcia-Robledo, E., Padilla, C.C., Aldunate, M., Stewart, F.J., Ulloa, O., Paulmier, A., Gregori, G., and N.P. Revbesch, Cryptic oxygen cycling in anoxic marine zones. 2017, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United of America (PNAS). doi: 10.1073/pnas.1619844114.

Les Hautes Montagnes d’Asie abritent la plus vaste superficie glaciaire hors des régions polaires, environ 90 000 km² de glaciers, soit 50 fois la surface englacée des Alpes. Certains d’entre eux sont situés dans des régions très arides et ont un rôle déterminant pour les populations qui vivent à l’aval en période de sécheresse. Ce sont aussi de potentiels contributeurs à la hausse du niveau des mers. Pourtant, ces glaciers sont difficiles d’accès car situés à haute altitude et dans des pays où le contexte politique est parfois compliqué. Les images satellite, et en particulier les cartes du relief qu’elles permettent de produire, sont donc des données essentielles pour les étudier.

Les  estimations précédentes des changements glaciaires dans cette région couvraient, soit des périodes courtes (6 ans), soit avaient une résolution spatiale trop grossière. Pour parvenir à cette  nouvelle estimation plus résolue et sur une période plus longue,  les chercheurs ont construit des modèles numériques de terrain à partir de plus de 50 000 images acquises par le capteur satellitaire ASTER. Ils cartographient ainsi les variations d’épaisseur puis déduisent le changement de masse des glaciers sur l’ensemble de la zone d’étude, entre 2000 et 2016.

Carte des changements d’épaisseur (en mètres par an) des glaciers asiatiques pour la période 2000-2016. Les points rouges correspondent à des zones où les glaciers s’amincissent et les points bleus à des zones où ils s’épaississent.

En moyenne, ces glaciers s’amincissent d’environ 20 cm par an, ce qui est 3 à 5 fois moins que dans les Alpes pour la même période et environ 2 fois moins que la moyenne des glaciers de l’ensemble du globe. L’étude souligne aussi la très forte hétérogénéité des réponses des glaciers au changement climatique, hétérogénéité qui résulte à la fois de l’hétérogénéité du changement, mais aussi de la sensibilité des glaciers qui module leur réponse. Elle confirme notamment que les glaciers gagnent de la masse dans certaines régions, ce qui n’est observé nulle part ailleurs sur Terre. Depuis 2005, les glaciologues savaient que les glaciers situés au Pakistan étaient stables et même certains gagnaient de la masse, une particularité nommée « l’anomalie du Karakoram ». La nouvelle étude montre que cette anomalie perdure et est en fait centrée sur le massif du Kunlun, à l’Ouest du Plateau du Tibet.

Les résultats de cette étude ont plusieurs implications. Tout d’abord, ils suggèrent que la contribution des glaciers des Hautes Montagnes d’Asie à la hausse du niveau des mers est trois fois moins importante que celles estimées à partir de l’extrapolation de mesures locales ou par des modèles de réponse des glaciers au forçage climatique.  Ensuite, ces résultats soulignent les limites de ces modèles glaciologiques, pourtant utilisés pour faire des projections sur le futur,  incapables de reproduire l’ampleur et la forte variabilité géographique des évolutions glaciaires. Ces nouvelles données satellitaires devraient aussi contribuer à l’amélioration des projections de l’avenir des glaciers.

Retrouvez cette actu sur le site web de l'IRD et du CNRS INSU.

Référence : A spatially resolved estimate of High Mountain Asia glacier mass balances from 2000 to 2016, Fanny Brun, Etienne Berthier, Patrick Wagnon, Andreas Kääb and Désirée Treichler, Nature Geoscience, 2017. http://dx.doi.org/10.1038/ngeo2999

Contact
Fanny BRUN (IGE/OSUG)

Etienne BERTHIER (LEGOS/OMP)

Bien que représentant moins de 5 % des surfaces continentales, les zones humides permanentes ou temporaires (lacs, cours d’eau, estuaires, deltas, marais, lagunes, marécages, tourbières, etc.) sont importantes pour de multiples raisons : elles conditionnent les cycles biogéochimiques de zones écologiquement sensibles ; elles sont une composante majeure du cycle de l’eau et jouent donc un rôle important dans la variabilité du climat ; elles sont à l’origine de plus d’un tiers du méthane atmosphérique, un gaz à effet de serre 20 fois plus puissant que le dioxyde de carbone et qui contribue aux changements climatiques. Dans ces zones, l’eau est le principal facteur contrôlant le milieu naturel ainsi que la vie animale et végétale.
Mieux comprendre le fonctionnement des zones humides, leur variabilité spatiale et leur dynamique temporelle est indispensable, car elles sont un forçage essentiel pour les modèles climatiques qui permettent d’appréhender l’évolution du climat dans les décennies à venir, de mesurer son impact sur le cycle hydrologique continental et ainsi d’élaborer des recommandations en matière de gestion des ressources en eau. Cependant, caractériser leur distribution et quantifier leurs variations saisonnières et interannuelles sur toute la Terre, des tropiques aux hautes latitudes, est un réel défi tant ces zones sont diverses.

En exploitant la synergie d’un très grand nombre d'observations satellitaires issues de différents instruments utilisant des fréquences diverses du rayonnement électromagnétique (visible, infrarouge, micro-ondes passives et actives), une équipe internationale comprenant des chercheurs du LERMA et du LEGOS est parvenue à élaborer GIEMS-D3, la première base de données à haute résolution spatiale (90 m) permettant de cartographier, à l'échelle du globe, les zones humides et leur dynamique temporelle entre 1993 et 2007.
Pour réaliser ces restitutions satellitaires, les chercheurs ont dû utiliser des méthodes complexes de "big data" telles que les réseaux de neurones artificiels, les techniques de classification et les régressions statistiques non linéaires. Ils ont en outre dû développer une méthode de changement d’échelle (de désagrégation) avec laquelle ils ont pu passer d’une résolution spatiale de 25 km à une haute résolution spatiale de 90 m, compatible avec les études régionales.

Une comparaison avec d’autres observations satellitaires, notamment dans le visible (instruments MODIS ou LANDSAT) a permis de démontrer les qualités de GIEMS-D3 :

- elle permet de détecter la présence d’eau même sous un couvert végétal dense ;
- elle est bien moins sensible à la présence de nuages que les observations dans le visible, ce qui lui permet de décrire la saisonnalité des zones humides même pendant la saison des pluies ;

Ce nouvel outil devrait être très utile aux nombreuses communautés qui s’intéressent à l’environnement, l’hydrologie continentale, la météorologie et la climatologie, ainsi qu’aux nombreuses applications socio-économiques dans les domaines de la gestion des ressources en eau, de l’agriculture ou de l’écologie. Il devrait également permettre à la communauté scientifique de mieux se préparer à l’arrivée des données du futur satellite SWOT(2) qui vont révolutionner l’hydrologie continentale.

Référence : Aires F., L. Miolane, C. Prigent, B. Pham-Duc, E. Fluet-Chouinard, B. Lehner and F. Papa (2017), A Global dynamic and long-term inundation extent dataset at high spatial resolution derived through downscaling of satellite observations, J. Hydrometeor., Volume 18, No. 4, April 2017.

Contact(s):
        Filipe Aires, LERMA/Observatoire de Paris
        Fabrice Papa, LEGOS/Observatoire Midi-Pyrénées

Le fer est un élément nutritif indispensable à la croissance du phytoplancton marin qui consomme le CO2 de l'atmosphère. On estime que la production primaire océanique est limitée dans environ la moitié de l'océan par la trop faible abondance de cet élément dissous dans l’eau de mer ; les algues y sont en quelque sorte anémiques. Cet élément joue donc un rôle clé sur le cycle du carbone et le climat. Cependant, les sources et les processus qui régissent son cycle géochimique dans l'océan sont encore mal connus.

Fig 1: Positions des stations échantillonnées pour les isotopes du fer durant lacampagne océanographique Bonus-GoodHope réalisée lors de l’été austral 2008 en collaboration notamment avec le Laboratoire des Sciences de l'Environnement Marin, le Laboratoire de Physique des Océans, (aujourd’hui Laboratoire de Physique Océanique et Spatiale), l'Institut Polaire Français et la Division Technique de l'INSU.

 Au cours de la campagne océanographique Bonus-GoodHope, des échantillons ont été prélevés afin de mesurer leur concentration et composition isotopique de fer dissous. Les résultats sont surprenants.

Les concentrations de fer augmentent de manière régulière avec la profondeur, de manière tout à fait typique pour un élément nutritif (FIGURE 2). Il est largement admis que cela s'explique principalement par la dégradation (on parle de reminéralisation) de la matière organique particulaire à mesure qu'elle coule de la surface vers le fond. Jusque-là rien d'étonnant…

En revanche, aux 5 stations de mesure, les isotopes du fer présentent un minimum très net aux profondeurs dites intermédiaires, soit entre environ 200 et 1500 m sous la surface (figure 2). Le contraste entre ces profondeurs intermédiaires et l'océan profond (de 3000 à 5000 m) témoigne que deux processus différents dominent les sources de fer dissous dans l’océan à ces deux niveaux. S'il apparaît que la reminéralisation de la matière organique est effectivement à l'origine des signatures isotopiques légères observées aux niveaux intermédiaires, les chercheurs suggèrent désormais que le processus qui domine dans ces eaux profondes est la dissolution des particules issues de l'érosion continentale. Les compositions isotopiques des eaux profondes (enrichies en isotopes lourds comparées aux eaux intermédiaires) correspondent en effet très bien à la composition isotopique de la croûte continentale, ou encore à celles d'eaux côtières connues pour être enrichies en fer par la dissolution des particules issues de l'érosion continentale.

Fig 2. A gauche: Exemple de profils de concentration ([DFe]) et de composition isotopique (d⁵⁶DFe) obtenus à l'une des 5 stations (les 5 profils ont des allures similaires). A droite: Composition isotopique du fer dissous dans l'eau de mer (exprimés par la variable d⁵⁶DFe) le long de la section Bonus-GoodHope. Plus les valeurs de d⁵⁶DFe sont négatives, plus le fer est enrichi (naturellement) en isotopes légers. À l'inverse, plus les valeurs sont élevées plus le fer est enrichi en isotopes lourds.

Cette découverte a des implications au-delà du cycle géochimique du fer puisque ces dissolutions affectent vraisemblablement les cycles d'autres éléments chimiques, et notamment d'autres éléments nutritifs. Inclure dans les modèles d’océan ces processus de dissolution de particules continentales permettra de mieux représenter les cycles des éléments nutritifs et, par conséquent, l'activité de la pompe biologique de CO₂ et le climat.

Référence : Abadie C., Lacan F., Radic A., Pradoux C., Poitrasson F. Iron isotopes reveal distinct dissolved iron sources and pathways in the intermediate versus deep Southern Ocean. Proceedings of the National Academy of Sciences, doi/10.1073/pnas.1603107114.

Contact. François Lacan

Après une période de stabilité, de 1850 à 1960, les glaciers ont en effet connu une forte diminution de leur volume, qui serait essentiellement due à une sécheresse résultant du réchauffement climatique et du trou d’ozone en Antarctique.

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Référence : Favier V. et al.: Atmospheric drying as the main driver of dramatic glacier wastage in the southern Indian Ocean. Sci. Rep. 6, 32396; doi: 10.1038/srep32396, 2016

Contact: Vincent Favier (LGGE) & Etienne Berthier (LEGOS)

Cette méthode, qui s'appuie sur des images acquises par le système français de satellites Pléiades, a été validée dans les Pyrénées ariégeoises.

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Référence : Marti, R., Gascoin, S., Berthier, E., de Pinel, M., Houet, T., and Laffly, D.: Mapping snow depth in open alpine terrain from stereo satellite imagery, The Cryosphere, 10, 1361-1380, doi:10.5194/tc-10-1361-2016, 2016.

Contact : Simon Gascoin & Etienne Berthier

Dans une étude récente, une équipe de recherche internationale comprenant des chercheurs du LEGOS (OMP) ont analysé les différentes approches pour mesurer ce déséquilibre énergétique et déterminé la plus prometteuse en termes de précision, approche qu’il conviendrait de favoriser à l’avenir.

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Référence : An imperative to monitor Earth’s energy imbalance, K. von Schuckmann, M. D. Palmer, K. E. Trenberth, A. Cazenave, D. Chambers, N. Champollion, J. Hansen, S. A. Josey, N. Loeb, P.-P. Mathieu, B. Meyssignac and M. Wild, Nature Climate Change, 6, 138–144 (2016) doi:10.1038/nclimate2876.

Contact : Benoit Meyssignac

 Ces données, dont la qualité a été contrôlée, sont disponibles librement en ligne. Avec cette publication, GEOTRACES vise à promouvoir des collaborations au sein de la communauté géochimique marine mais aussi avec les autres communautés : océanographes physiciens ou biologistes, modélisateurs…

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Référence : Mawji, E., Schlitzer, R., Masferrer-Dodas, E., et al. (2015). The GEOTRACES Intermediate Data Product 2014. Marine Chemistry, 177, 1–8. doi:10.1016/j.marchem.2015.04.005

Contacts : Catherine Jeandel et Elena Masferrer

 Ce déconcertant phénomène naturel serait dû à des tourbillons d’eaux chaudes se produisant sous la glace. D’où viennent ces tourbillons ? Voilà un nouveau mystère à éclaircir pour les chercheurs.

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Référence : Kouraev A.V., Zakharova E.A., Rémy F., Kostianoy A.G., Shimaraev M.N., Hall N.M.J., Suknev A.Ya., Giant ice rings on Lakes Baikal and Hovsgol: inventory, associated water structure and potential formation mechanism, Limnology and Oceanography 2016, 61, p. 1001-1014, doi: 10.1002/lno.10268

Contact : Alexei Kouraev