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Antarctique : le mystère de la polynie de Maud Rise // Antarctica : the mystery of the Maud Rise polynia

Chaque hiver en Antarctique (ne pas oublier que les saisons sont inversées dans l’hémisphère sud), la glace de mer qui entoure le continent double presque sa superficie. Cependant, lors des hivers 2016 et 2017, un phénomène a longtemps intrigué les scientifiques: un trou immense, baptisé polynie de Maud Rise, de la taille de la Suisse s’est ouvert dans la banquise. Le Maud Rise est un plateau océanique dans la mer de Weddell. Il s’élève, dans sa partie la moins profonde, à environ 1 000 mètres sous la surface de l’océan Austral.

Les polynies sont des zones d’eau libre entourées par la glace de mer. Elles se forment dans les régions polaires sous l’influence de divers facteurs, tels que les courants océaniques, les vents, les variations de température et les activités géologiques sous-marines. Elles peuvent être temporaires ou permanentes et fournissent des habitats vitaux pour diverses espèces marines comme les mammifères marins, les oiseaux et les poissons. Elles revêtent donc une certaine importance d’un point de vue écologique. De plus, les polynies peuvent influencer les échanges de chaleur et de gaz entre l’océan et l’atmosphère, ce qui peut avoir des conséquences significatives pour le climat régional et mondial.

En 2016 et 2017, la polynie de Maud Rise dans la mer de Weddell, a captivé l’attention des chercheurs du monde entier. Ils se sont demandé pourquoi une polynie d’une telle ampleur était apparue dans une région totalement couverte de glace, malgré les conditions hivernales rigoureuses.

Des études ont révélé que la formation de la polynie de Maud Rise résultait d’une combinaison complexe de facteurs. Elle est d’abord due à un renforcement du courant océanique circulaire dans la mer de Weddell. Ce phénomène provoque une remontée d’eau chaude des profondeurs vers la surface, favorisant ainsi la fonte de la glace de mer.

Des analyses plus poussées ont révélé l’implication de tourbillons turbulents autour de Maud Rise. Ils agissent comme des pompes favorisant la remontée d’eau salée vers la surface. Selon les chercheurs, ce processus, combiné au transport d’Ekman*, contribue à maintenir l’ouverture dans la banquise malgré les conditions défavorables.

Comme indiqué plus haut, les polynies, telles que celle de Maud Rise, ne sont pas seulement des curiosités scientifiques. Elles ont également des implications à long terme sur l’écosystème antarctique. En modifiant la circulation des courants océaniques et en influençant le transport de la chaleur dans la région, ces zones ouvertes peuvent en effet avoir des effets à long terme sur la biodiversité marine et sur le climat régional.

Comprendre ces phénomènes complexes permet de mieux appréhender les impacts du réchauffement climatique sur les régions polaires. Les recherches sur la polynie de Maud Rise apportent des éclairages précieux sur les processus océaniques qui façonnent l’Antarctique et l’océan Austral.

* Le transport d’Ekman est le déplacement horizontal des couches d’eaux superficielles de l’océan par la seule action de la friction du vent à la surface.

Source : Presse scientifique dont Sciencepost et Live Science.

Les détails de l’étude sont publiés dans Science Advances :

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj0777

Image satellite de la polynie de Maud Rise (Source : NASA)

Schéma illustrant la formation des polynies côtières en Antarctique (Source ; Wikipedia)

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Every winter in Antarctica (don’t forget that the seasons are reversed in the southern hemisphere), the sea ice surrounding the continent almost doubles its surface. However, during the winters of 2016 and 2017, a phenomenon has long puzzled scientists : an immense hole, called the Maud Rise polynya, the size of Switzerland opened in the sea ice. The Maud Rise is an ocean plateau in the Weddell Sea. It rises, at its shallowest, about 1,000 meters below the surface of the Southern Ocean.
Polynyas are areas of open water surrounded by sea ice. They form in polar regions under the influence of various factors, such as ocean currents, winds, temperature variations and underlying geological activities. They can be temporary or permanent and provide vital habitats for various marine species such as marine mammals, birds and fish. They are therefore of some importance from an ecological point of view. Additionally, polynyas can influence the exchange of heat and gases between the ocean and the atmosphere, which can have significant consequences for regional and global climate.
In 2016 and 2017, the Maud Rise polynya in the Weddell Sea captivated the attention of researchers around the world. They wondered why a polynya of such magnitude had appeared in a region completely covered in ice, despite the harsh winter conditions.
Studies have revealed that the formation of the Maud Rise polynya resulted from a complex combination of factors. It is firstly due to a strengthening of the circular ocean current in the Weddell Sea. This phenomenon causes warm water to rise from the depths to the surface, thus favouring the melting of sea ice.
Further analysis revealed the involvement of turbulent eddies around Maud Rise. They act as pumps encouraging the rise of salt water towards the surface. According to the researchers, this process, combined with Ekman transport*, helps maintain the opening in the sea ice, despite unfavorable conditions.
As noted above, polynyas, such as that of Maud Rise, are not just scientific curiosities. They also have long-term implications for the Antarctic ecosystem. By modifying the circulation of ocean currents and influencing the transport of heat in the region, these open areas can indeed have long-term effects on marine biodiversity and the regional climate.
Understanding these complex phenomena allows to better understand the impacts of global warming on the polar regions. Research on the Maud Rise polynya provides valuable insight into the ocean processes that shape Antarctica and the Southern Ocean.

* Ekman transport is the horizontal movement of layers of surface water in the ocean by the sole action of wind friction on the surface.

Source: Scientific press including Sciencepost and Live Science.

Details of the study are published in Science Advances :
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj0777

Le trou dans la couche d’ozone diminue // The hole in the ozone layer is shrinking

On peut lire ces jours-ci dans toute la presse de nombreux articles nous informant que le trou dans la couche d’ozone rétrécit, ce qui est une bonne nouvelle car notre planète reçoit ainsi moins de lumière ultraviolette nocive.
Le site internet du programme d’observation Copernicus donne plus de détails. Les données du Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS) – service de surveillance de l’atmosphère – sur la réduction du trou d’ozone en Antarctique en 2022 mettent en évidence un comportement inhabituel de ce phénomène. Non seulement la réduction du trou dans la couche d’ozone a pris plus de temps que d’habitude, mais elle a été relativement importante. Ceci est particulièrement remarquable car ce comportement n’est pas propre à l’année 2022 ; il est semblable à ce que l’on a observé en 2020 et 2021 et diffère de ce qui avait été observé au cours des 40 années précédentes.
Le trou d’ozone antarctique commence généralement à s’agrandir au printemps dans l’hémisphère sud (fin septembre) et commence à se réduire en octobre, avant de se refermer généralement en novembre. Néanmoins, les données CAMS des trois dernières années montrent un comportement différent : pendant cette période, le trou d’ozone est resté plus important que d’habitude tout au long du mois de novembre et s’est terminé à la fin du mois de décembre.
S’agissant des causes de ce nouveau comportement, Copernicus explique que plusieurs facteurs influencent l’étendue et la durée du trou d’ozone chaque année, en particulier la force du vortex polaire et les températures dans la stratosphère. Les trois dernières années ont été marquées par un puissant vortex et de basses températures, ce qui a conduit à des épisodes consécutifs de trous importants et de longue durée dans la couche d’ozone. Il existe un lien possible avec le changement climatique, qui tend à refroidir la stratosphère. Il est tout à fait surprenant d’observer consécutivement trois trous inhabituels dans la couche d’ozone.
La date de la fermeture du trou dans la couche d’ozone en 2020 et 2021 a eu lieu respectivement le 28 et le 23 décembre, et la situation en 2022 a été identique.
Les trois derniers trous dans la couche d’ozone ont non seulement été exceptionnellement longs en durée, mais ils ont également eu une taille relativement importante. Au cours de ces trois années, le trou a dépassé 15 millions de km2 – la taille de l’Antarctique – pendant la majeure partie du mois de novembre.
Malgré la taille relativement importante de ces récents trous dans la couche d’ozone, il existe des signes persistants que la situation est en voie d’amélioration. Grâce à la mise en œuvre du Protocole de Montréal, les concentrations de substances nocives pour la couche d’ozone, les CFC en particulier, ont diminué lentement mais régulièrement depuis la fin des années 1990. On peut s’attendre à ce que dans 50 ans leurs concentrations dans la stratosphère soient revenues aux niveaux préindustriels et qu’il n’y ait plus de trous dans la couche d’ozone, quelles que soient les conditions de vortex polaire et de température dans la stratosphère.

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One can read these days in the news papers numeroius articles informing us that the hole in the ozone layer is shrinking, which is good news as less danderous ultraviolet light is reaching Earth’s surface.

The website of the Copernicus Earth observation programme gives more information about this phenomenon. Data from the Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS) on the closing of the 2022 Antarctic ozone hole highlights some unusual behaviour. Not only did the closure of the ozone hole take longer than usual, but it was relatively large. This is particularly remarkable given that this behaviour is not unique to this year, but it is similar to ozone holes of 2020 and 2021 and differs from what had been observed in the previous 40 years.

The Antarctic ozone hole usually starts opening during the Southern Hemisphere spring (in late September) and begins to decline during October, before typically coming to an end during November. Nonetheless, the CAMS data from the last three years show a different behaviour: during this time, the ozone hole has remained larger than usual throughout November and coming to an end well into December. .

As for the causes of this new behaviour ? Copernicus explains that there are several factors influencing the extent and duration of the ozone hole each year, particularly the strength of the Polar vortex and the temperatures in the stratosphere. The last three years have been marked by strong vortices and low temperatures, which has led to consecutive large and long-lasting ozone hole episodes. There is a possible connection with climate change, which tends to cool the stratosphere. It is quite unexpected though to see three unusual ozone holes in a row.

The date of the ozone hole closure in 2020 and 2021 was December 28th and December 23rd respectively, and 2022 was similar. The last three ozone holes have been not only exceptionally persistent, but also had a relatively large extension. During these three years the ozone hole has been above the 15 million km2 (similar to the size of Antarctica) during most of November.

However, despite these recent fairly large ozone holes, there are consistent signs of improvement of the ozone layer. Thanks to the implementation of the Montreal Protocol, the concentrations of Ozone Depleting Substances (ODS) have been slowly but steadily declining since the late nineties. It is expected that in 50 years their concentrations in the stratosphere will have returned to the pre-industrial levels and ozone holes will no longer be experienced regardless of Polar vortex and temperature conditions.

Evolution du trou dans la couche d’ozone sous le 60ème parallèle depuis 1979 (Source : CAMS)

Expédition MOSAiC : Le trou dans la couche d’ozone arctique // The hole in the Arctic ozone layer

Dans trois notes publiés le 12 mai, le 4 juin et le 22 août 2020, j’expliquais que l’expédition MOSAiC ((Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate) était la plus importante jamais mise en place dans l’Arctique. Le nom reflète la complexité et la diversité de cette expédition. Le projet MOSAiC, doté d’un budget total supérieur à 140 millions d’euros, a été conçu par un consortium international d’institutions de recherche polaire de premier plan, avec à sa tête l’Institut Alfred Wegener et le Centre Helmholtz pour la recherche polaire et marine.
Le 20 septembre 2019, le vaisseau amiral Polarstern (Etoile Polaire) de l’Institut Alfred Wegener a levé l’ancre dans le port de Tromsø en Norvège pour rejoindre le cœur de l’Océan Arctique et y faire des mesures scientifiques. La mission impliquait 600 chercheurs de dix-sept pays. Une fois dans l’Océan Arctique, le Polarstern s’est laissé emprisonner par les glaces et s’est laissé dériver vers le sud.
En plus des 50 membres d’équipage, une cinquantaine de scientifiques ont mené des recherches sur 5 principaux domaines d’intérêt (atmosphère, océan, banquise, écosystème, biogéochimie). L’équipe scientifique était renouvelée tous les deux mois.
L’expédition MOSAiC a récemment attiré l’attention sur l’ampleur de l’appauvrissement de la couche d’ozone au niveau de l’Arctique. Même après l’interdiction par toutes les nations (Protocole de Montréal en 1987) des substances nocives pour la couche d’ozone, le plus grand trou jamais observé dans la couche d’ozone a été détecté au-dessus de l’Arctique à une altitude d’une vingtaine de kilomètres.
Selon un chercheur allemand de l’Université de Potsdam, « la couche d’ozone ne s’améliore pas. Au contraire, les choses s’aggravent dans l’Arctique. Nous comprenons maintenant que c’est parce que les décomposeurs du gaz sont toujours présents dans l’atmosphère. Le changement climatique les rend plus agressifs : c’est une mauvaise nouvelle pour l’avenir de la couche d’ozone dans l’Arctique. » [NDLR : il faut noter, comme le rappelait souvent le regretté Haroun Tazieff, que le trou dans la couche d’ozone existait déjà avant l’utilisation des CFC].
Néanmoins, le chercheur allemand voit quelques raisons d’espérer. Il a déclaré : « Nous avons vu que sous la glace, la mer atteint un point de congélation à une profondeur de 14 mètres en hiver. Il existe donc une base saine pour la formation de glace pendant cette saison. Nous pensons qu’il est toujours possible de sauver la glace, à condition d’arrêter le réchauffement climatique. La glace réagit de manière très linéaire au réchauffement, et si nous arrêtons le réchauffement, sa fonte s’arrêtera. Cela met une grande responsabilité sur nos épaules. Nous sommes la dernière génération en mesure de sauver la glace de mer dans l’Arctique. »
Source : Iceland Review.

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In three posts published on My 12th, June 4th and August 22nd, 2020, I explained that the Multidisciplinary Drifting Observatory for the Study of Arctic Climate (MOSAiC) expedition was the largest ever set up in the Arctic. The name mirrors the complexity and diversity of this expedition. The MOSAiC project with a total budget exceeding € 140 Million has been designed by an international consortium of leading polar research institutions, led by the Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research (AWI).

On September 20th, 2019, the Alfred Wegener Institute’s flagship Polarstern (or Polar Star) weighed anchor in the port of Tromsø in Norway to reach the heart of the Arctic Ocean for scientific measurements. The mission involved 600 researchers from seventeen countries. Once in the Arctic Ocean, the Polarstern got caught in the ice and started drifting south.
In addition to the 50 crew members, around fifty scientists carried out research on 5 main areas of interest (atmosphere, ocean, sea ice, ecosystem, biogeochemistry). The scientific team was renewed every two months.
The research expedition has recently shed new light on the extent to which the Arctic ozone layer has been depleted. Even after the international banning of ozone-harming substances (Montreal Protocol in 1987), the largest hole ever found in the ozone was detected over the Arctic at an altitude of some 20 km.

According to a German researcher at the University of Potsdam, « the ozone layer is not improving. Things are getting worse in the Arctic. Now we understand that it is because the decomposers from the gas are still present in the atmosphere. Climate change makes them more aggressive: it’s bad news for the future of the ozone layer in the Arctic. » [Editor’s note : it should be noted, as the late Haroun Tazieff often reminded it, that the hole in the ozone layer already existed before the use of CFCs].

Nevertheless, the researcher sees some reason for hope. He said : « We saw that under the ice the sea reaches a freezing point down to a depth of 14 meters in the winter. There is a healthy base for winter ice formation, and we believe we are still in a position to save the ice if we stop global warming.The ice responds very linearly to warming, and if we stop the warming, the melting of the ice will stop. This puts a lot of responsibility on our shoulders. We are the last generation that can save the sea ice in the Arctic. »

Source: Iceland Review.

Le Polarstern (Source: Alfred Wegener Institute)

Les trous dans les couches d’ozone arctique et antarctique // The holes in the Arctic and Antarctic ozone layers

Dans des notes publiées le 29 avril et 1er mai 2020, j’indiquais que le plus grand trou jamais observé dans la couche d’ozone au-dessus de l’Arctique était en train de se refermer. Cependant, les scientifiques du Copernicus Atmospheric Monitoring Service (CAMS) faisaient remarquer que ce n’était probablement pas la pandémie et la réduction significative de la pollution de l’air qui avait provoqué la fermeture du trou. En effet, elle avait été générée par la présence d’un vortex polaire inhabituellement fort et prolongé, sans lien avec le changement de qualité de l’air.
Selon les données de la NASA, le niveau d’ozone au-dessus de l’Arctique avait atteint un niveau record en mars 2020. 1997 et 2011 sont les seules autres années où l’on avait enregistré un tel appauvrissement stratosphérique au-dessus de l’Arctique.

On ne connaît pas la cause de la présence du trou dans la couche d’ozone en 2020, mais les scientifiques affirment que sans le Protocole de Montréal en 1987 interdisant l’injection de chlorofluorocarbones dans l’atmosphère, il aurait été bien pire.

Source: CBS News.

Alors que le trou dans la couche d’ozone arctique est en voie de comblement, celui observé en 2020 au-dessus de l’Antarctique est l’un des plus grands et des plus profonds de ces dernières années. Les scientifiques du Copernicus Climate Change Service (C3S) expliquent que le trou atteint actuellement une superficie de 23 millions de kilomètres carrés, soit plus du double de la surface des États-Unis. Le trou observé en 2020 se situe au-dessus de la moyenne de la dernière décennie et recouvre une grande partie du continent antarctique. Il ressemble à celui de 2018, qui était également assez grand, et compte parmi les plus vastes des quinze dernières années.
Avec le retour du soleil au pôle Sud au cours des dernières semaines, l’appauvrissement de la couche d’ozone s’est poursuivi dans la région. Au vu de la présence de cet immense trou, les scientifiques insistent – comme ils l’ont fait à propos de l’Arctique – que nous devons continuer d’appliquer le Protocole de Montréal interdisant les émissions de produits chimiques qui appauvrissent la couche d’ozone.

L’Ozone Watch de la NASA ajoute que la valeur la plus faible a été de 95 unités Dobson, enregistrée le 1er octobre 2020. Selon les scientifiques, le trou dans la couche d’ozone semble avoir atteint son maximum cette année.
La taille et la profondeur du trou s’expliquent par un vortex polaire froid, puissant et stable, qui a contribué à maintenir une très basse température au-dessus de l’Antarctique. Le trou s’est développé rapidement à partir de la mi-août et a atteint environ 24 millions de kilomètres carrés au début du mois d’octobre. Il couvre maintenant 23 millions de kilomètres carrés, ce qui est au-dessus de la moyenne de la dernière décennie.
La superficie du trou dans la couche d’ozone au-dessus de l’Antarctique augmente pendant la saison printanière dans l’hémisphère sud, qui va d’août à octobre. Il atteint son maximum entre mi-septembre et mi-octobre. Lorsque les températures dans la stratosphère commencent à augmenter à la fin du printemps dans l’hémisphère sud, l’appauvrissement de la couche d’ozone ralentit à mesure que le vortex polaire s’affaiblit. À la fin du mois de décembre, le niveau d’ozone revient à la normale.
Source: Copernicus Atmospheric Monitoring Service.

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In two posts published on April 29th and May 1st, 2020, I indicated that the largest ozone hole to ever open up over the Arctic was closing. However, the scientists at the Copernicus Atmospheric Monitoring Service (CAMS) said the pandemic and the significant reduction in air pollution likely were not the reason for the ozone hole closing. Indeed, the hole was driven by an unusually strong and long-lived polar vortex, and was not related to air quality changes.

According to NASA data, ozone levels above the Arctic reached a record low in March 2020. 1997 and 2011 are the only other years on record when similar stratosphere depletions took place over the Arctic.

It is not known what caused the ozone hole in 2020, but scientists are sure that that without the 1987 Montreal Protocol which forbade putting chlorofluorocarbons into the atmosphere, the Arctic depletion this year would have been much worse.

Source: CBS News.

While the hole in the Arctic ozone layer is closing, the 2020 ozone hole over the Antarctic is one of the largest and deepest in recent years. Scientists with the Copernicus Climate Change Service (C3S) explain that the hole has grown to 23 million square kilometres, more than twice the size of the U.S. The 2020 hole is above average for the last decade and is spreading over much of the Antarctic continent. It resembles the one from 2018, which also was also quite large, and is among the largest of the last fifteen years or so.

With the sunlight returning to the South Pole in the last weeks, ozone depletion has continued over the area. The presence of this large hole is inciting scientists to confirm that we need to continue enforcing the Montreal Protocol banning emissions of ozone-depleting chemicals. They already insisted on this crucial point about the Arctic ozone hole.

NASA’s Ozone Watch reports the lowest value of 95 Dobson Units recorded on October 1st, 2020, and scientists are seeing indications that this year’s ozone hole has appeared to have reached its maximum extent.

The large and deep ozone hole has been driven by a strong and stable cold polar vortex, which kept the temperature over Antarctica consistently cold. The hole grew fast from mid-August and peaked at around 24 million square kilometres in early October. It now covers 23 million square kilometres, which is above average for the past decade.

The ozone hole over the Antarctic increases in size during the Southern Hemisphere spring season, which is from August to October. It reaches its maximum between mid-September and mid-October. When temperatures in the stratosphere begin to rise in the late Southern Hemisphere spring, ozone depletion slows down as the polar vortex weakens. By the end of December, ozone levels return to normal.

Source: Copernicus Atmospheric Monitoring Service,

Evolution du trou dans la couche d’ozone antarctique (Source : Copernicus)