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Carbon release from Chatham Rise pockmarks may have been climatically relevant during the last deglaciation

Cette étude utilise un modèle hydromécanique 2D pour démontrer que la libération rapide de fluides à partir des pockmarks de Chatham Rise durant la dernière déglaciation aurait pu émettre environ 2 pégagrammes de CO2 par an, un taux nettement supérieur à celui du Maximum thermique du Paléocène-Éocène, suggérant qu'une telle libération de carbone géologique a été un moteur majeur, jusqu'alors sous-estimé, des tendances de l'atmosphère en CO2 lors de la déglaciation.

Auteurs originaux : Katrina Magno, Jess Hillman, Ludovic Räss, Lowell Stott, Jenny Suckale

Publié 2026-08-20

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CC BY 4.0

Auteurs originaux : Katrina Magno, Jess Hillman, Ludovic Räss, Lowell Stott, Jenny Suckale

Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Ceci est une explication générée par l'IA de l'article ci-dessous. Elle n'a pas été rédigée ni approuvée par les auteurs. Pour une précision technique, consultez l'article original. Lire la clause de non-responsabilité complète

Bien en dessous du fond de l'océan, de vastes réservoirs de carbone ancien reposent piégés dans des couches de roche et de sédiments. Depuis des décennies, les scientifiques savent que le climat de la Terre est étroitement lié à la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, mais les mécanismes précis qui déplacent ce carbone entre la Terre profonde et l'air sont restés quelque peu mystérieux. Une question clé était de savoir à quelle vitesse et en quelles quantités ce carbone géologique peut s'échapper vers la surface, particulièrement lors des périodes où la planète se réchauffe et que les calottes glaciaires fondent. Lorsque de masses énormes de glace fondent, le poids qui presse sur le fond de l'océan change, et ce changement peut déclencher la libération de fluides provenant des profondeurs de la terre. Si ces fluides transportent du dioxyde de carbone, ils pourraient potentiellement accélérer le réchauffement climatique, créant une boucle de rétroaction où le réchauffement entraîne plus de libération de carbone, ce qui entraîne plus de réchauffement. Comprendre ces pulsations de gaz cachées est crucial pour reconstruire le climat du passé et prédire le comportement du système terrestre dans le futur.

Au large de la Nouvelle-Zélande, un plateau sous-marin connu sous le nom de Chatham Rise détient un indice massif et silencieux de ce processus. Le fond marin y est piqué de plus de 45 000 dépressions semblables à des cratères, formées par l'expulsion de fluides provenant d'en dessous. Bien que des cratères similaires dans d'autres parties du monde soient souvent liés à la libération de méthane gazeux provenant de la fonte des glaces, le Chatham Rise n'a jamais été recouvert par des glaciers, et ses cratères ne contiennent pas de méthane. Au contraire, des preuves chimiques suggèrent que ces cratères sont des évents pour le dioxyde de carbone ancien qui a été verrouillé pendant des millions d'années dans des roches calcaires profondément enfouies dans la croûte terrestre. La chronologie de l'apparition de ces cratères pointe directement vers la dernière fois que le monde sortait d'un âge de glace, une période connue sous le nom de déglaciation. Cela soulève une possibilité fascinante : que l'élévation rapide du niveau de la mer durant cette époque ait agi comme un interrupteur, déverrouillant les réservoirs de carbone profonds et les pompant dans l'océan et l'atmosphère.

Pour tester cette idée, une équipe de chercheurs a construit une simulation informatique du fond de l'océan sous le Chatham Rise. Ils se sont concentrés sur les épaisses couches de sédiments riches en argile qui se trouvent entre les réservoirs de carbone profonds et le fond marin. En temps normal, lorsque les niveaux de la mer sont stables, les fluides se déplacent lentement et uniformément à travers ces sédiments, comme l'eau imprégnant une éponge. Cependant, les chercheurs ont modélisé ce qui se passe lorsque les niveaux de la mer montent rapidement, comme ce fut le cas lors de la fin du dernier âge de glace. Leur modèle a montré que cette augmentation rapide du poids de l'eau pousse l'argile sédimentaire dans un état où elle ne peut pas se drainer assez vite. Cette pression s'accumule et force le fluide à trouver le chemin de moindre résistance, perçant le sédiment par des canaux étroits et puissants plutôt que de s'en échapper doucement. Ces canaux atteignent finalement la surface, créant les cratères visibles sur le fond marin aujourd'hui.

La simulation a révélé qu'une fois ces canaux formés, ils transportent le fluide à un taux environ mille fois plus rapide que le suintement lent et régulier qui se produit entre les âges de glace. En appliquant ce modèle aux 476 petits cratères qui ont été cartographiés en détail, les chercheurs ont estimé le volume de fluide qui aurait pu être libéré lors de la première vague de cette activité. Ils ont calculé que le volume de fluide circulant à travers ces voies était d'environ 1 800 kilomètres cubes par an. Pour comprendre l'impact climatique, l'équipe a ensuite converti ce volume de fluide en une masse de dioxyde de carbone. Même en utilisant les estimations les plus prudentes — en supposant que le fluide ne contienne qu'une infime fraction de dioxyde de carbone et qu'il soit à l'état gazeux — le résultat est stupéfiant. Le taux de libération s'élevait à environ 2 péta grammes de dioxyde de carbone par an.

Ce chiffre est significatif lorsqu'on le place dans le contexte de l'histoire de la Terre. Les chercheurs ont comparé leur découverte au début d'un célèbre événement de réchauffement ancien appelé le Maximum thermique du Paléocène-Éocène, qui a provoqué des extinctions massives et des pics de température mondiaux. Leur estimation suggère que la libération de carbone provenant des seules marques du Chatham Rise était environ quatre fois plus rapide que le taux de libération de carbone déduit pour le début de cette catastrophe ancienne. Bien que l'étude se soit concentrée sur un sous-ensemble spécifique de cratères et ait utilisé une simulation plutôt qu'une mesure directe, les résultats suggèrent que la libération de carbone géologique provenant de champs comme le Chatham Rise pourrait avoir été un moteur majeur, bien que précédemment négligé, du changement climatique lors de la dernière déglaciation. L'étude indique que le cycle profond du carbone de la Terre est capable de répondre rapidement aux changements de surface, pouvant délivrer des pulsations massives de gaz à effet de serre qui auraient pu aider à façonner le climat du passé.

Résumé technique : Libération de carbone par les pockmarks de la Chatham Rise

Énoncé du problème
L'hypothèse est que la libération rapide de carbone géologique des marges continentales lors des déglaciations du Pléistocène supérieur a contribué aux tendances du CO₂ atmosphérique, bien que la pertinence climatique des événements de libération individuels reste non quantifiée. Si les champs de pockmarks sur les marges anciennement glaciaires (ex. : mer de Barents, mer du Nord) sont liés à la libération de méthane via la dissociation des hydrates de gaz induite par le retrait des calottes glaciaires, la Chatham Rise, au large de la Nouvelle-Zélande, présente un mécanisme distinct. Cette région, qui n'a jamais été glaciaire, abrite plus de 45 000 pockmarks. Les preuves géochimiques indiquent que ces structures ne sont pas pilotées par du méthane peu profond, mais par du carbone ancien et profond provenant des calcaires mésozoïques subduits du plateau de Hikurangi. Le problème central abordé est de savoir si la transition d'une séepage distribuée vers une libération de fluides localisée à travers ces voies profondes, lors de l'élévation du niveau de la mer déglaciaire, pourrait générer un flux de CO₂ suffisamment important pour impacter le cycle mondial du carbone.

Méthodologie
Les auteurs utilisent un modèle hydromécanique 2D pour simuler le transport des fluides à travers une colonne de sédiments riches en argile sous la Chatham Rise. Le modèle traite le sous-sol marin comme un mélange de deux phases incompressibles : un fluide riche en carbone et de la roche sédimentaire, en résolvant les équations de conservation de la masse et de la quantité de mouvement par moyennes volumiques.

Composants méthodologiques clés :

Comparaison de régimes : L'étude contraste un régime quasi-stationnaire, entièrement drainé (représentant les périodes interglaciaires), avec un régime de déséquilibre, partiellement non drainé, piloté par une charge de surface rapide (élévation du niveau de la mer).
Paramétrage : Les propriétés des sédiments sont contraintes par les données de l'expédition IODP 372/375 de la marge de Hikurangi, spécifiquement une argile silteuse avec des perméabilités allant de $3,0 \times 10^{-17}$ à $6,0 \times 10^{-14} \text{ m}^2$ . Le modèle utilise une relation de perméabilité dépendante de la porosité ( $k_\phi = k_0 (\phi/\phi_0)^{n_k}$ ) et une déformation porovisqueuse pour capturer l'asymétrie entre compaction et décompaction.
Configuration de la simulation : Les auteurs testent des valeurs de perméabilité initiale ( $k_0$ ) comprises entre $5 \times 10^{-16}$ et $5 \times 10^{-15} \text{ m}^2$ , sélectionnant $5 \times 10^{-15} \text{ m}^2$ comme étant le meilleur ajustement aux tailles de pockmarks observées. La simulation suit l'émergence de voies de fluides localisées (pockmarks) à mesure que la matrice sédimentaire passe à un état non drainé.
Estimation du flux : Le flux volumique de fluide est calculé en identifiant les pics de flux vertical le long du fond marin, en les approximant comme des surfaces gaussiennes 2D, et en intégrant le produit de l'aire et du flux de pointe. L'analyse se concentre sur la « première vague » de voies localisées, définie comme l'intervalle entre le début de la localisation et le premier minimum local du flux vertical total.
Conversion du carbone : Pour estimer le flux de masse de CO₂, les auteurs appliquent des limites conservatrices : une fraction volumique de CO₂ de 1 à 5 % (basée sur les limites de solubilité dans la saumure) et deux densités de phase (gaz et liquide) correspondant aux profondeurs d'eau des pockmarks (250–700 m).

Résultats clés

Mécanisme de localisation : Le modèle démontre qu'une élévation rapide du niveau de la mer pousse la matrice sédimentaire vers un état partiellement non drainé et visqueusement déformable. Cela déclenche la localisation du flux, où les flux verticaux au sein des voies émergentes dépassent le flux de fond distribué du régime quasi-stationnaire d'environ trois ordres de grandeur ( $\sim 10^3$ ).
Flux volumique de fluide : Pour les 476 petits pockmarks cartographiés (<1,45 km²) sur la Chatham Rise, le flux volumique de fluide intégré durant la première vague de libération localisée est estimé à environ $1,8 \times 10^3 \text{ km}^3/\text{an}$ .
Flux de masse de CO₂ : Même sous les hypothèses les plus conservatrices (1 % de CO₂ par volume sous forme gazeuse), le taux de libération estimé est d'environ 2 Pétagrammes (Pg) de CO₂/an.
Magnitude comparative : Cette estimation de la limite inférieure est environ quatre fois supérieure au taux médian de libération de CO₂ (0,6 Pg/an) inféré pour le début du Maximum Thermique du Paléocène-Éocène (MTPE).

Signification et affirmations
L'article soutient que la libération de carbone géologique par les champs de pockmarks pourrait être une composante du cycle du carbone déglaciaire jusqu'ici sous-estimée. Les auteurs affirment que le mécanisme proposé — exploitant les réservoirs profonds et anciens de carbone géologique à travers des sédiments riches en argile via une charge rapide — diffère fondamentalement des mécanismes de libération de méthane peu profond observés sur les marges glaciaires.

La signification des résultats réside dans l'ampleur du flux estimé. Les auteurs affirment qu'un taux de libération de ~2 Pg CO₂/an, soutenu sur une fenêtre relativement courte par rapport à la réponse du cycle du carbone océanique (décennies à siècles pour les eaux intermédiaires du Pacifique Sud), est climatiquement pertinent. Ils suggèrent que des impulsions similaires provenant de marges continentales riches en argile à travers le monde pourraient contribuer aux variations en « dents de scie » du cycle du carbone enregistrées dans les carottes de glace, tout en soulignant que la quantification de cette contribution à l'échelle mondiale nécessite des preuves spécifiques sur le terrain qui font actuellement défaut. L'étude ne prétend pas avoir modélisé directement la thermodynamique ou la géochimie, mais fournit un cadre hydromécanique pour estimer l'échelle potentielle de tels événements de libération de carbone profond.

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