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Fer et algues en Antarctique, et réchauffement climatique // Iron and algae in Antarctica, and global warming

Concentrations de CO2 : 429,79 ppm

Concentrations de CH4 : 1945,85 ppb

Les algues, comme toutes les plantes, absorbent le CO2 et rejettent de l’oxygène, sur le principe de la photosynthèse, ce qui rend les forêts et les océans si indispensables. Et sur ce terrain-là, les algues marines sont imbattables, car elles absorbent cinq fois plus de carbone que les forêts. Les plus fortes en absorption sont les algues microscopiques que l’on trouve dans le plancton.

Certains scientifiques avaient expliqué que la hausse des températures et la fonte des glaciers de l’Antarctique permettraient de libérer du fer et ainsi d’alimenter la prolifération de ces algues microscopiques susceptibles de capter du CO2 et donc de ralentir quelque peu le réchauffement anthropique.

Toutefois, cette théorie vient d’être mise à mal par des chercheurs de l’université Rutgers-New Brunswick aux États-Unis. Ils ont étudié la plateforme de glace de Dotson, dans la mer d’Amundsen en Antarctique occidental. Selon ces scientifiques, l’eau de fonte de cette plateforme apporte beaucoup moins de fer aux eaux environnantes que ne le pensaient leurs collègues qui affirmaient que la fonte des glaciers sous les plateformes de glace contribuait de manière significative à la biodisponibilité du fer dans ces eaux, par un processus de fertilisation naturelle induite par les glaciers.

La dernière étude semble montrer d’une part que la quantité de fer présente dans l’eau de fonte des glaces de l’Antarctique est plusieurs fois inférieure à ce que les modélisations avaient annoncé ; d’autre part, que la majeure partie de ce fer semble provenir d’ailleurs.

Dans la revue Communications Earth and Environment, les chercheurs racontent comment, en 2022, ils ont embarqué à bord d’un brise-glace américain, le Nathaniel B. Palmer, pour rejoindre la barrière de glace de Dotson et prélever de l’eau de fonte glaciaire à la source. De retour au laboratoire, ils ont analysé leurs échantillons pour déterminer leur teneur en fer et identifier les sources de ce fer.

Pour comprendre leurs résultats, il faut savoir que dans la mer d’Amundsen – responsable de la majeure partie de l’élévation du niveau de la mer due à la fonte des glaces antarctiques – l’eau de fonte provient de sous les plateformes glaciaires. La fonte y est principalement causée par la sape sous-glaciaire par les eaux plus chaudes de l’océan Austral. C’est sur une de les cavités générées par cette fonte que les chercheurs se sont concentrés.

La nouvelle étude révèle qu’ « environ 90 % du fer dissous qui s’échappe de la cavité de la plateforme glaciaire provient des eaux profondes et des sédiments situés à l’extérieur de cette cavité, et non de l’eau de fonte. » Selon les chercheurs, la majeure partie du fer transporté par l’eau de fonte provient du broyage et de la dissolution de la roche-mère dans la couche liquide située entre la roche-mère et la calotte glaciaire, et non de la glace elle-même qui est à l’origine de la montée du niveau de la mer.

Ces résultats demandent à être confirmés par des recherches supplémentaires qui pourraient éclairer le rôle des processus sous-glaciaires dans le phénomène. Malgré tout, cela remet en question les hypothèses actuelles concernant les sources de fer dans l’océan Austral dans un contexte de réchauffement climatique.

Source : Futura Sciences.

Nuage de phytoplancton en Antarctique (Source: NASA)

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Algae, like all plants, absorb CO2 and release oxygen through photosynthesis, which is what makes forests and oceans so essential. And in this respect, marine algae are unbeatable, absorbing five times more carbon than forests. The most efficient absorbers are the microscopic algae found in plankton.
Some scientists had explained that rising temperatures and the melting of Antarctic glaciers would release iron, thus fueling the proliferation of these microscopic algae capable of capturing CO2 and therefore slowing anthropogenic warming.
However, this theory has just been challenged by researchers from Rutgers University-New Brunswick in the United States. They studied the Dotson Ice Shelf in the Amundsen Sea in West Antarctica. According to these scientists, the meltwater from this ice shelf contributes far less iron to the surrounding waters than previously thought by their colleagues, who had asserted that the melting of glaciers beneath the ice shelves significantly contributed to the bioavailability of iron in these waters through a natural fertilization process induced by the glaciers.
The latest study appears to show, firstly, that the amount of iron present in Antarctic ice meltwater is several times lower than predicted by models. Secondly, most of this iron seems to originate from elsewhere.
In the journal Communications Earth and Environment, the researchers recount how, in 2022, they embarked on an American icebreaker, the Nathaniel B. Palmer, to reach the Dotson Ice Shelf and collect glacial meltwater at its source. Back in the laboratory, they analyzed their samples to determine their iron content and identify the sources of this iron. To understand their findings, it’s important to know that in the Amundsen Sea—responsible for most of the sea-level rise caused by Antarctic ice melt—meltwater originates from beneath the ice shelves. Melting there is primarily caused by subglacial erosion from the warmer waters of the Southern Ocean. Researchers focused on one of the cavities created by this melting.
The new study reveals that « approximately 90% of the dissolved iron escaping from the ice shelf cavity comes from deep waters and sediments located outside this cavity, and not from meltwater. » According to researchers, most of the iron transported by meltwater comes from the crushing and dissolution of the bedrock in the liquid layer between the source rock and the ice sheet, and not from the ice itself, which is the primary cause of sea-level rise.
These results require confirmation through further research that could shed light on the role of subglacial processes in this phenomenon. Nevertheless, this challenges current assumptions regarding iron sources in the Southern Ocean in the context of climate change.
Source: Futura Sciences.

Des éléments de terres rares sur les volcans pour un avenir plus propre ? // Rare earth elements on volcanoes for a cleaner future ?

Un nouveau rapport publié le 24 septembre 2024 par des chercheurs de l’Université nationale australienne et l’Université de l’Académie chinoise des sciences nous apprend qu’un mystérieux type de magma découvert sur des volcans éteints à travers le monde pourrait contenir une réserve abondante d’éléments de terres rares essentiels à la fabrication de véhicules électriques, éoliennes et autres technologies propres.
Les éléments de terres rares, tels que le lanthane, le néodyme et le terbium, permettraient au monde d’abandonner sa longue et destructrice relation avec les combustibles fossiles qui contribuent au réchauffement de la planète. En fait, ces éléments de terres rares, ne sont pas aussi rares qu’on pourrait le penser, mais ils sont difficiles à extraire car on les trouve souvent en faibles concentrations. Alors que la demande pour ces éléments augmente, de nombreux pays s’efforcent de trouver de nouvelles sources pour rompre leur dépendance à la Chine, qui domine actuellement la chaîne d’approvisionnement.
L’étude a été inspirée par la découverte en 2023 d’un intéressant gisement de terres rares à Kiruna, une ville minière suédoise dont l’économie dépend d’une énorme réserve de minerai de fer formée il y a environ 1 600 millions d’années suite à une intense activité volcanique.
Les auteurs de l’étude se sont demandés pourquoi des terres rares se trouvaient en Suède. Ils voulaient savoir s’il s’agissait d’un accident géologique ou d’une caractéristique inhérente à des volcans riches en fer qui les rendrait également riches en terres rares.
Le problème est que ce type de volcan est extrêmement rare. Un scientifique a déclaré : « Nous n’avons jamais vu de magma riche en fer jaillir d’un volcan actif, mais nous savons que certains volcans éteints, vieux de millions d’années, ont connu ce type d’éruption énigmatique. »

Faute de pouvoir se rendre sur le terrain, les scientifiques ont simulé une chambre magmatique dans leur laboratoire en utilisant une roche synthétique ayant une composition semblable à celle de ces volcans éteints. Ils l’ont placée dans un four sous pression et l’ont portée à des températures extrêmement élevées. Une fois que la roche a fondu et est devenue « magmatique », le magma riche en fer a absorbé tous les éléments de terres rares de son environnement. Les chercheurs ont conclu que ce magma riche en fer était jusqu’à 200 fois plus efficace pour concentrer les terres rares que le magma qui jaillit des volcans lors d’éruptions classiques. Les résultats laissent supposer qu’il pourrait y avoir des gisements inexplorés de terres rares sur des volcans éteints à travers le monde, notamment aux États-Unis, au Chili et en Australie.
Beaucoup de ces sites sont déjà exploités pour le minerai de fer. La situation pourrait donc devenir bénéfique à la fois pour les entreprises et pour l’environnement. De cette façon, les entreprises pourraient tirer davantage de valeur de la mine.
Un problème est que l’extraction des terres rares génère des problèmes environnementaux en raison de l’utilisation de produits chimiques toxiques qui peuvent polluer le sol et les eaux souterraines. Des groupes de défense des droits de l’homme ont également signalé des cas de violations des droits de l’homme dans la chaîne d’approvisionnement, notamment avec le travail des enfants. Certains scientifiques pensent qu’il faudrait se concentrer davantage sur le recyclage des éléments de terres rares existants plutôt que sur leur extraction. Une étude récente a révélé que les matériaux provenant d’anciens téléphones portables, de véhicules électriques et d’autres sources pourraient constituer une source importante, et jusqu’à présent négligée, de terres rares. Ils pourraient réduire considérablement le besoin d’exploitation minière.
Source : CNN.

 

Vue de la mine de fer de Kiruna qui dispose de la plus importante réserve européenne d’éléments de terres rares (Crédit photo ; LKAB)

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A new report released by researchers from the Australian National University and the University of the Chinese Academy of Sciences on September 24th, 2024 informs us that a mysterious type of magma found within extinct volcanoes scattered around the world could contain an abundant supply of rare earth elements, crucial ingredients for electric vehicles, wind turbines and other clean technologies.

The research was inspired by last year’s discovery of an enormous deposit of rare earth elements in Kiruna, a Swedish mining town that sits upon a huge mass of iron-ore, formed around 1,600 million years ago following intense volcanic activity.

The authors of the study wondered why the rare earths were there. They wanted to understand whether it was a geological accident, or something inherent about those iron-rich volcanoes that makes them rich in rare earth elements.

The problem is that this type of volcano is incredibly rare. One scientist said : “We have never seen an iron-rich magma erupt from an active volcano, but we know some extinct volcanoes, which are millions of years old, had this enigmatic type of eruption.” So the scientists simulated a magma chamber in their lab using a synthetic rock with a similar composition to those from these extinct volcanoes, putting it into a pressurized furnace and heating it to extremely high temperatures.

Once the rock melted and became “magmatic,” the iron-rich magma absorbed all the rare earth elements from its surrounding environment. The researchers concluded this iron-rich magma was up to 200 times more efficient at concentrating rare earths than the magma that commonly erupts from regular volcanoes. The findings suggest there could be unexplored deposits of rare earths in extinct volcanoes across the world, including in the United States, Chile and Australia.

Many of these sites are already mined for iron-ore, making it a potential “win-win” for companies and the environment. In this way, companies could get more value from the mine.

Rare earth mining has been plagued with environmental problems because of the use of toxic chemicals which can pollute the soil and groundwater. Human rights groups have also reported allegations of human rights abuses in the supply chain, including child labor. Some experts have suggested there should be more of a focus on recycling rare earth elements rather than mining. A recent study found materials from old cell phones, electric vehicles and other sources could provide a huge and overlooked source of rare earths that could vastly reduce the need to mine.

Source : CNN.

Le guano des manchots et le fer dans l’Océan Austral // The penguins’ guano and iron in the Southern Ocean

Selon une nouvelle étude publiée dans la revue Nature Communications, le déclin spectaculaire des populations de manchots met en péril la capacité de l’Océan Antarctique à entretenir la faune et à absorber de grandes quantités de dioxyde de carbone.
Les recherches effectuées par des biologistes de l’Institut des sciences marines d’Andalousie (Espagne) montrent que les manchots à jugulaire jouent un rôle important dans la propagation du fer dans la colonne d’eau lorsqu’ils défèquent dans et près de celle-ci. Ils semblent également transférer ce fer entre les parties riches et pauvres en fer de l’océan lorsqu’ils migrent le long de la banquise au fil des saisons.
Le manque de fer joue un rôle essentiel dans la croissance du plancton, en particulier dans la zone de l’Océan Austral où circule le courant circumpolaire antarctique. En apportant du fer aux zones qui en manquent, les manchots stimulent la croissance du plancton. Ce dernier se situe au bas de la chaîne alimentaire et permet donc une plus grande abondance de toutes sortes d’espèces de faune marine.
Le fer permet aux populations de krill de se développer et avec elles, les baleines, les autres manchots et d’autres espèces animales. Le plancton, qui se développe grâce à la photosynthèse, absorbe également le dioxyde de carbone. Lorsqu’il est mangé ou meure, ce carbone coule vers le fond marin où il se dépose. L’ensemble des océans de la planète absorbent environ 30 % des émissions humaines annuelles de carbone.
Le rôle crucial du fer dans le cycle de vie de l’Antarctique est bien connu, mais jusqu’à présent, la plupart des recherches se sont concentrées sur les baleines et le krill. Les baleines jouent un rôle essentiel dans la fertilisation de l’Atlantique Sud et de l’Océan Austral à la fois en libérant le fer du krill et en se déplaçant du nord au sud, véhiculant du fer avec elles. Leur quasi-extinction au milieu du 20ème siècle en raison de la chasse industrielle a gravement entravé ce cycle du fer et réduit l’abondance de la vie dans l’Atlantique Sud et l’Océan Austral.
L’équipe scientifique espagnole a tenté d’explorer le rôle des oiseaux marins dans le même processus de recyclage du fer. Ils ont utilisé des drones pour calculer le volume de guano émis par les manchots. Ils ont échantillonné les excréments pour mesurer leur teneur en fer et évalué la géographie des colonies pour modéliser la quantité qui se déverserait dans la mer. Ils ont constaté que les manchots à jugulaire recyclaient 521 tonnes de fer par an et que leur contribution à la productivité de l’Océan Antarctique était équivalente à toutes les baleines à fanons, y compris les baleines à bosse et les baleines bleues qui vivent dans la région.
Cependant, en raison du déclin de 50 % de la population de manchots depuis les années 1980, les scientifiques pensent que c’est la moitié du fer fourni par l’espèce qui a disparu. La cause exacte de la baisse spectaculaire du nombre de manchots à jugulaire n’est pas vraiment connue, mais les scientifiques sont persuadés qu’elle est liée au réchauffement climatique. La banquise se forme plus tard et se réduit plus tôt, ce qui perturbe la chaîne alimentaire. D’autres manchots, dont l’Adélie, le Gentoo et le King, ont tous connu de semblables réductionx de population.
Sans le fer fourni par les jugulaires et autres manchots, il est peu probable que l’Océan Antarctique soit en mesure d’héberger la même vie animale ou d’absorber la même quantité de dioxyde de carbone qu’il le fait actuellement.
Source : Nature Communications.

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According to a new study published in the journal Nature Communications, a dramatic decline in penguin populations is putting at risk the Antarctic Ocean’s ability to support wildlife and absorb vast amounts of carbon dioxide.

The research from biologists at the Institute of Marine Sciences of Andalusia (Spain) shows that Chinstrap penguins perform an important role in spreading iron through the water column by defecating in and near water. They also appear to transfer it between iron-rich and iron-poor parts of the ocean as they migrate along with the edge of the sea ice through the seasons.

A lack of iron is a crucial limiting factor for plankton growth, especially in an area of the Southern Ocean where the Antarctic Circumpolar Current (ACC) flows. By bringing iron to these depleted areas, the penguins stimulate the growth of additional plankton, which sits at the bottom of the food chain and therefore allows a greater abundance of all kinds of marine wildlife.

That allows krill populations to grow and with them, whales, further penguins, and other animals. The plankton, which grow through photosynthesis, also absorb carbon dioxide. When they are eaten or die, this carbon sinks to the seafloor, where it settles and remains. In total, the worlds’ oceans absorb about 30 per cent of annual human carbon emissions.

The crucial role of iron in the Antarctic life-cycle is well known, but until now, most research focused on whales and krill. Whales perform an essential role in fertilising the the South Atlantic and Southern Ocean both by unlocking the iron in krill and by roaming from north to south, bringing iron with them. Their near extinction in the mid-20th century due to industrial whaling severely hindered this iron cycle and reduced the abundance of life in the South Atlantic and the Southern Ocean.

The Spanish scientific team sought to explore the role of seabirds in the same iron recycling process. They used drones to calculate the volume of guano created by the penguins and sampled the excrement to measure its iron content and assessed the geography of colonies to model how much would wash into the sea. Overall, they found that the Chinstrap penguins recycled 521 tonnes of iron per year and that their contribution to the Antarctic Ocean’s productivity was equivalent to all the baleen whales, including humpbacks and blue whales, found in the region.

However, because of the 50 per cent decline in population since the 1980s, they believe that this is half the iron the species used to provide. The exact cause of the dramatic decline in Chinstrap numbers is unclear, but scientists suspect it is related to the changing climate. Sea ice is forming later and weakening earlier and disrupting the food chain. Other penguins, including the Adélie, Gentoo and King, have all seen similar population crashes.

Without the iron provided by the Chinstraps and other penguins, the Antarctic Ocean is unlikely to be able to support the same level of life or absorb the same amount of carbon dioxide as it does now.

Source : Nature Communications.

Recyclage du fer et stimulation de la production primaire dans les zones pélagiques de l’Océan Austral.

Le sang de l’Antarctique // Antarctica’s blood

La Nature peut offrir des mystères étonnants. En Antarctique, Blood Falls est une résurgence d’eau salée teintée de rouge par un oxyde de fer, qui s’échappe du front du Taylor Glacier, dans la vallée du même nom.  Cette eau hyper saturée en sel et riche en fer émerge sporadiquement du glacier à partir de petites fissures. Sa source est un bassin sous-glaciaire de taille inconnue qui se cache sous quelque 400 mètres de glace à plusieurs kilomètres en amont de Blood Falls. Le site a été découvert en 1911 par le géologue australien Griffith Taylor, qui a été le premier à explorer la vallée qui porte son nom.
La cause de la couleur rouge de Blood Falls est restée un mystère pendant des années. Différentes hypothèses chimiques ou microbiennes ont été avancées. Certains scientifiques pensaient que c’étaient les algues présentes dans l’eau qui lui donnaient l’étrange couleur rouge.
L’explication officielle vient d’être révélée par des chercheurs de l’Université de Alaska à Fairbanks. Le liquide qui sort du Taylor Glacier est une saumure riche en fer qui s’oxyde lorsqu’elle entre en contact avec l’air, de la même façon que le fer rouille. Les scientifiques expliquent que l’eau rouge provient d’un petit lac d’eau salée piégé sous le glacier, et qui s’y trouve probablement depuis un million d’années. Ils ajoutent que le lac présente une telle salinité qu’il ne peut pas geler à des températures normales, de sorte que l’eau arrache le fer au substrat rocheux au moment où elle s’infiltre dans la glace avant de déboucher à Blood Falls.
Les chercheurs de Fairbanks ont utilisé un certain type de radar pour suivre la saumure qui alimente Blood Falls. Ils ont parcouru le glacier avec les antennes en suivant des modèles en forme de grille afin de «voir» sous la glace, un peu comme une chauve-souris utilise l’écholocation pour «voir» les choses autour d’elle. Ils ont constaté que l’eau restait liquide malgré l’environnement extrêmement froid du glacier, ce que les scientifiques pensaient impossible jusqu’alors. Bien que cela semble contradictoire, l’eau libère de la chaleur en gelant, et c’est cette chaleur qui réchauffe la glace environnante. Le Taylor Glacier est actuellement le glacier le plus froid au monde connu pour laisser échapper de l’eau en permanence.

Source: Université d’Alaska à Fairbanks.

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Nature may offer surprising mysteries. In Antarctica, Blood Falls is an outflow of an iron oxide-tainted plume of saltwater, flowing from the tongue of Taylor Glacier in the Taylor Valley. Iron-rich hypersaline water sporadically emerges from small fissures in the glacier. The saltwater source is a subglacial pool of unknown size overlain by about 400 metres of ice several kilometres from its tiny outlet at Blood Falls. The reddish deposit was found in 1911 by the Australian geologist Griffith Taylor who first explored the valley that bears his name.

The cause of the red colour of the outflow has remained a mystery for years. Different chemical or microbial hypotheses have been suggested. Some experts assumed that algae in the water were behind the strange red colour.

The definite explanation has just been given by researchers from the University of Alaska Fairbanks. What is coming out of the Taylor Glacier is iron-rich brine which oxidises when it comes in contact with air, in the same way that iron rusts. The scientists say that the red water comes from a small saltwater lake trapped beneath a glacier, which may have been there for a million years. They say the lake is so salty it can’t freeze at normal temperatures and scrapes irons from the bedrock as it seeps through the ice to Blood Falls.

The researchers used a type of radar to detect the brine feeding Blood Falls. They moved the antennae around the glacier in grid-like patterns so that they could ‘see’ what was underneath them inside the ice, just like a bat uses echolocation to ‘see’ things around it. They found that the liquid water actually persisted inside an extremely cold glacier, something that scientists previously thought was impossible. While it sounds counterintuitive, water releases heat as it freezes, and that heat warms the surrounding colder ice. Taylor Glacier is now the coldest known glacier to have persistently flowing water.

Source: University of Alaska at Fairbanks.

Crédit photo: US National Science Foundation.

Résultats de l’analyse de Blood Falls par la National Science Foundation en 2009

(Source : US National Science Foundation)