Deux sismographes sur une même côte : comment les carottes de glace entendent des océans différents ✛
Sur la côte de la Terre de la Reine Maud se dressent deux carottes de glace, comme deux sismographes sur une même rive. L'une, FK17, a été forée sur la crête du dôme de glace de Lokerryggen, l'autre, TIR18, sur celle de Hammarryggen. Cent kilomètres les séparent, mais elles captent des secousses climatiques différentes. L'une entend le Pacifique, l'autre l'Atlantique et l'océan Indien.
La neige tombée ici depuis 250 ans s'est compactée en glace et a préservé la composition isotopique de l'oxygène (δ18O), c'est-à-dire le rapport entre l'oxygène lourd et l'oxygène léger. C'est un thermomètre du passé : plus l'air est chaud, plus la neige contient d'isotope lourd. Les chercheurs ont mesuré le δ18O dans les 120 mètres supérieurs de chaque carotte, avec un pas de 5 centimètres, à l'aide d'un spectromètre laser PICARRO L 2130-i. Ils ont obtenu des séries temporelles couvrant la période de 1979 à 2010, débarrassées du cycle saisonnier et du bruit haute fréquence.
L'analyse spectrale a décomposé les signaux en composantes périodiques. Pour FK17, des pics nets apparaissent aux périodes de 3, 4, 6, 8 et 10–12 ans ; pour TIR18, des pics plus diffus à 3, 5, 7 et 22–28 ans. Mais la coïncidence des rythmes ne dit pas qui commande à qui. C'est pourquoi une analyse causale a été appliquée, selon la méthode de Liang–Kleeman : elle estime le taux de transfert d'information des indices climatiques vers le δ18O, en s'appuyant sur la variation de l'entropie de Shannon. Cela permet de distinguer la cause d'une simple coïncidence.
L'analyse causale a montré que FK17 est significativement influencée par El Niño, l'oscillation décennale du Pacifique, le mode annulaire austral, le dipôle de l'océan Indien et l'étendue de la glace de mer dans les secteurs 0–20°E et 20–40°E. Pour TIR18, les facteurs principaux sont El Niño, l'oscillation décennale du Pacifique, le dipôle de l'océan Indien, l'oscillation atlantique multidécennale et l'étendue de la glace dans les secteurs 20–40°E et 40–55°E. Les différences entre les sites sont attribuées aux différentes sources des masses d'air : vers TIR18, elles arrivent de directions plus orientales et continentales.
Ainsi, deux sismographes sur une même rive ont révélé que chacun entend son océan. Auparavant, on ignorait quelles modes climatiques précises gouvernent les oscillations basse fréquence du δ18O dans les carottes côtières de la Terre de la Reine Maud, et pourquoi des sites voisins donnent des signaux différents. Désormais, c'est clair : sur FK17 agissent El Niño, l'oscillation décennale du Pacifique, le mode annulaire austral, le dipôle de l'océan Indien et la glace de mer des secteurs occidentaux, tandis que sur TIR18, ce sont El Niño, l'oscillation décennale du Pacifique, le dipôle de l'océan Indien, l'oscillation atlantique multidécennale et la glace des secteurs orientaux. L'influence du dipôle de l'océan Indien est mise en évidence pour la première fois. La méthode peut être immédiatement appliquée à d'autres proxys de ces mêmes carottes et à toute série paléoclimatique où il faut distinguer la cause de la corrélation.
Les deux carottes ont été forées à seulement cent kilomètres l'une de l'autre, mais leurs spectres isotopiques diffèrent plus que ceux de certaines carottes séparées par des milliers de kilomètres. La raison en est que les masses d'air qui atteignent TIR18 viennent de l'est et portent un signal plus continental, tandis que celles qui atteignent FK17 viennent de l'ouest, au-dessus de la mer de Weddell.