Une étude menée par l'UC Riverside, utilisant d'anciennes coquilles de foraminifères des grands fonds, a révélé que des épisodes de chaleur extrême dans le passé de la Terre ont entraîné une réduction de la circulation océanique profonde, essentielle à la distribution de la chaleur à l'échelle mondiale et au stockage du carbone. Les conditions plus chaudes du début de l'Éocène et l'augmentation des niveaux de CO2 offrent un aperçu potentiel des futurs changements climatiques si les émissions actuelles de carbone se poursuivent sans relâche. Crédit : Issues.fr
Une nouvelle étude de l'UC Riverside montre que des épisodes historiques de chaleur extrême ont provoqué un ralentissement des échanges entre les eaux de surface et les eaux profondes des océans.
Ce processus, souvent appelé « tapis roulant mondial », redistribue la chaleur autour du globe grâce au mouvement des eaux océaniques, rendant ainsi de grandes parties de la planète habitables.
Dans leur étude, récemment publiée dans Actes de l'Académie nationale des sciences, les chercheurs ont utilisé des coquilles fossilisées récupérées dans d'anciens sédiments des grands fonds pour découvrir comment le tapis roulant réagissait aux épisodes de chaleur extrême il y a 50 millions d'années. À cette époque, le climat de la Terre ressemblait aux conditions prévues pour la fin de ce siècle, si des mesures significatives ne sont pas prises pour réduire les émissions de carbone.
Circulation océanique : régulation climatique et stockage du carbone
Les océans jouent un rôle crucial dans la régulation du climat de la Terre. Ils déplacent l'eau chaude de l'équateur vers les pôles nord et sud, équilibrant ainsi les températures de la planète. Sans ce système de circulation, les tropiques seraient beaucoup plus chauds et les pôles beaucoup plus froids. Les évolutions de ce système sont liées à un changement climatique important et brutal.
En outre, les océans jouent un rôle essentiel dans l’élimination du dioxyde de carbone anthropique de l’atmosphère. « Les océans constituent aujourd'hui de loin le plus grand réservoir de carbone à la surface de la Terre », a déclaré la première auteure, Sandra Kirtland Turner, vice-présidente du Département des sciences de la Terre et des planètes de l'UCR.
« Aujourd’hui, les océans contiennent près de 40 000 milliards de tonnes de carbone, soit plus de 40 fois la quantité de carbone présente dans l’atmosphère. Les océans absorbent également environ un quart des émissions anthropiques de CO2 », a déclaré Kirtland Turner. « Si la circulation océanique ralentit, l’absorption du carbone dans l’océan pourrait également ralentir, augmentant ainsi la quantité de CO2 restant dans l’atmosphère. »
Les coquilles de foraminifères ont aidé les scientifiques à dresser un tableau du mouvement des océans au cours de la période Éocène, où les niveaux élevés de carbone atmosphérique entraînaient un ralentissement des échanges des eaux océaniques. Crédit : Marci Robinson, USGS
Aperçus historiques et implications futures
Des études antérieures ont mesuré les changements dans la circulation océanique au cours du passé géologique plus récent de la Terre, comme la sortie de la dernière période glaciaire ; cependant, ceux-ci ne correspondent pas aux niveaux de CO2 atmosphérique ou au réchauffement actuel de la planète. D'autres études apportent la première preuve que la circulation océanique profonde, en particulier dans l'Atlantique Nord, commence déjà à ralentir.
Pour prédire comment la circulation océanique réagit au réchauffement climatique provoqué par les gaz à effet de serre, l’équipe de recherche s’est penchée sur le début de l’Éocène, il y a environ 49 à 53 millions d’années. La Terre était alors beaucoup plus chaude qu’aujourd’hui, et cette température de référence élevée était ponctuée de pics de CO2 et de température appelés hyperthermiques.
Pendant cette période, la température des profondeurs de l'océan atteignait 12 degrés. Celsius plus chaud qu'aujourd'hui. Pendant les hyperthermies, les océans se sont réchauffés de 3 degrés Celsius supplémentaires.
« Bien que la cause exacte des événements hyperthermiques soit débattue et qu'ils se soient produits bien avant l'existence de l'homme, ces événements hyperthermiques sont les meilleurs analogues dont nous disposons pour le changement climatique futur », a déclaré Kirtland Turner.
Sandra Kirtland Turner, de l'UC Riverside, et un échantillon de sédiments océaniques. Crédit : Programme intégré de forage océanique
Foraminifères : de minuscules indicateurs d’océans anciens
En analysant de minuscules coquilles fossiles provenant de différents fonds marins du monde entier, les chercheurs ont reconstruit les schémas de circulation océanique profonde au cours de ces événements hyperthermiques. Les coquilles proviennent de micro-organismes appelés foraminifères, que l’on trouve dans tous les océans du monde, à la fois à la surface et au fond des mers. Ils ont à peu près la taille d’un point à la fin d’une phrase.
« Au fur et à mesure que les créatures construisent leurs coquilles, elles incorporent des éléments provenant des océans, et nous pouvons mesurer les différences dans la chimie de ces coquilles pour reconstruire globalement les informations sur les anciennes températures océaniques et les modèles de circulation », a déclaré Kirtland Turner.
Les coquilles elles-mêmes sont constituées de carbonate de calcium. Les isotopes de l'oxygène contenus dans le carbonate de calcium sont des indicateurs de la température de l'eau dans laquelle les organismes se sont développés et de la quantité de glace sur la planète à ce moment-là.
Les chercheurs ont également examiné les isotopes du carbone dans les coquilles, qui reflètent l'âge de l'eau où les coquilles ont été collectées, ou la durée pendant laquelle l'eau a été isolée de la surface de l'océan. De cette façon, ils peuvent reconstruire les schémas de mouvement des eaux profondes des océans.
Les foraminifères ne peuvent pas faire de photosynthèse, mais leurs coquilles indiquent l'impact de photosynthèse d'autres organismes à proximité, comme le phytoplancton. « La photosynthèse se produit uniquement à la surface de l'océan, de sorte que l'eau qui a récemment été à la surface a un signal riche en carbone 13 qui se reflète dans les coquilles lorsque cette eau coule dans les profondeurs de l'océan », a déclaré Kirtland Turner.
« À l’inverse, l’eau qui a été isolée de la surface pendant une longue période a accumulé relativement plus de carbone 12 à mesure que les restes d’organismes photosynthétiques coulent et se décomposent. Ainsi, l’eau plus ancienne contient relativement plus de carbone 12 que l’eau « jeune ».
Modèles climatiques et prévisions modernes
Aujourd’hui, les scientifiques font souvent des prévisions sur la circulation océanique à l’aide de modèles climatiques informatiques. Ils utilisent ces modèles pour répondre à la question : « Comment l'océan va-t-il changer à mesure que la planète continue de se réchauffer ? Cette équipe a également utilisé des modèles pour simuler la réponse de l'ancien océan au réchauffement. Ils ont ensuite utilisé l’analyse des coquilles de foraminifères pour tester les résultats de leurs modèles climatiques.
Au cours de l'Éocène, il y avait environ 1 000 parties par million (ppm) de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, ce qui a contribué aux températures élevées de cette époque. Aujourd'hui, l'atmosphère contient environ 425 ppm.
Or, les humains émettent chaque année près de 37 milliards de tonnes de CO2 dans l’atmosphère ; si ces niveaux d’émission se maintiennent, des conditions similaires à celles du début de l’Éocène pourraient se produire d’ici la fin de ce siècle. Kirtland Turner estime donc qu’il est impératif de tout mettre en œuvre pour réduire les émissions.
« Ce n'est pas une situation de tout ou rien », a-t-elle déclaré. « Chaque petit changement progressif est important en matière d’émissions de carbone. Même de petites réductions de CO2 sont corrélées à moins d’impacts, moins de pertes de vies humaines et moins de changements dans le monde naturel.
