De nouvelles recherches menées par le groupe de recherche Mann révèlent que le changement des cycles glaciaires de la transition du Pléistocène moyen est influencé par des événements climatiques historiques et des facteurs environnementaux actuels, offrant de nouvelles perspectives pour les stratégies potentielles d'atténuation du changement climatique. Crédit : Issues.fr.com
Des scientifiques du groupe de recherche Mann ont conduit un modèle climatique vers l'avant et vers l'arrière dans le temps et ont découvert une dépendance significative au chemin parcouru dans le développement des glaciations du Plio-Pléistocène.
La communauté des spécialistes de la modélisation climatique a été particulièrement préoccupée par les cycles glaciaires et interglaciaires des trois derniers millions d’années, au cours desquels l’hémisphère nord a alterné entre des périodes avec et sans calottes glaciaires étendues.
Il y a environ 1,25 million d’années et 750 000 ans, au cours de l’époque du Pléistocène, un changement dans les cycles glaciaires appelé transition du Pléistocène moyen (MPT) s’est produit. Au cours de cette période, les cycles glaciaires/interglaciaires sont passés d’une fréquence de 41 000 ans à une fréquence de 100 000 ans, avec une augmentation de l’amplitude et de l’asymétrie des cycles. Les scientifiques s’efforcent de comprendre ce phénomène. pourquoi Ces changements se sont produits, sachant que le forçage par l’insolation (la variation de l’énergie que la Terre reçoit du soleil) n’explique pas à lui seul ce changement.
Dépendance au chemin dans l'évolution glaciaire
Des scientifiques du groupe de recherche Mann de l'École des arts et des sciences de l'Université de Pennsylvanie et de l'Institut de recherche sur l'impact climatique de Potsdam ont découvert une forte dépendance au chemin parcouru, également connue sous le nom de comportement d'hystérésis, dans l'évolution des glaciations du Plio-Pléistocène. Cela signifie que l'évolution des glaciations n'est pas seulement fonction de facteurs tels que les niveaux de dioxyde de carbone et la production solaire, mais qu'elle est également limitée par les événements antérieurs.
Ils montrent qu'une diminution progressive du régolite (sédiment qui empêche la croissance de grandes calottes glaciaires) et du dégazage volcanique, lorsque les éruptions libèrent du dioxyde de carbone dans l'atmosphère, est nécessaire pour produire le MPT. Leurs résultats ont été publiés dans Actes de l'Académie nationale des sciences.
« Cette étude montre que, pour une même quantité de gaz volcanique, le modèle calcule des concentrations différentes de CO2 atmosphérique. Cela indique que le cycle du carbone ne se comporte pas de manière linéaire et dépend de son état initial », explique Judit Carrillo, première auteure et chercheuse postdoctorante au sein du Mann Research Group.
Selon le climatologue Michael E. Mann, ces résultats indiquent qu'il n'est pas trop tard pour agir afin d'empêcher l'effondrement des calottes glaciaires actuelles.
Les chercheurs expliquent que le modèle détermine où va le dioxyde de carbone dégagé par les volcans. Cela pourrait aider les scientifiques à mieux prévoir l'impact des émissions de gaz à effet de serre d'origine humaine, explique Carrillo.
Recherche et résultats basés sur des modèles
Cette recherche a utilisé le modèle du système terrestre CLIMBER-2 de complexité intermédiaire, qui inclut les composantes de l'atmosphère, de l'océan, de la calotte glaciaire et du cycle du carbone. Mann explique que ce modèle permet aux chercheurs de réaliser des simulations sur des millions d'années, ce qui ne serait pas possible avec les modèles les plus complexes et les plus détaillés. Matteo Willeit de l'Institut de Potsdam, co-auteur de l'article, a dirigé une étude en 2019 utilisant ce modèle pour reproduire les principales caractéristiques des cycles glaciaires/interglaciaires du Plio-Pléistocène.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs se sont appuyés sur l’article de 2019 en faisant avancer et reculer le modèle dans le temps au cours des trois derniers millions d’années, en testant différentes configurations de régolithe pour évaluer leur impact sur le MPT. Les résultats suggèrent qu’un régolithe appauvri et des niveaux de CO2 réduits sont nécessaires pour produire le cycle en dents de scie de 100 000 ans, mais que le dioxyde de carbone détermine le début du MPT de manière plus fondamentale que le taux d’épuisement du régolithe.
« Nous avons découvert que cette évolution dépend du chemin parcouru et, pour être précis, qu’elle n’est pas réversible dans le temps », concluent les auteurs. « Dans les expériences qui ont débuté avec les conditions préindustrielles modernes et qui ont fait remonter le modèle dans le temps avec un forçage orbital et tectonique inversé, les conditions chaudes et relativement libres de glace de la fin du Pliocène et du début du Pléistocène ne sont pas reproduites. »
Mann ajoute que cette découverte pourrait avoir des implications plus vastes. « Le fait que l’étendue de la calotte glaciaire ne dépende pas seulement des concentrations de dioxyde de carbone dans le temps, c’est-à-dire si le climat est en phase de refroidissement ou de réchauffement, est une bonne nouvelle », dit-il. « Même si l’étendue de la calotte glaciaire a considérablement diminué et que le niveau de la mer était sensiblement plus élevé la dernière fois que les niveaux de dioxyde de carbone ont atteint leur niveau actuel, il y a plusieurs millions d’années, l’effondrement des calottes glaciaires n’est probablement pas encore acquis. Nous disposons d’une certaine marge de manœuvre si nous parvenons à réduire considérablement et rapidement les émissions de carbone. »
Les chercheurs soulignent que, dans la mesure où les simulations sont basées sur un seul modèle et que les simulations à long terme des cycles glaciaires/interglaciaires en sont encore à leurs balbutiements, leurs résultats ne constituent pas une caractérisation définitive du comportement du système climatique, mais « doivent être considérés comme fournissant des preuves d’un comportement dynamique qui mérite d’être étudié plus en profondeur à travers de multiples cadres de modélisation ». Ils notent qu’une prochaine étape intéressante de ces travaux consisterait à étendre les simulations plus loin dans le temps, jusqu’au Miocène, lorsque les niveaux de dioxyde de carbone étaient encore plus élevés.
Carrillo affirme que le groupe de recherche Mann travaille actuellement à mieux comprendre comment fonctionne le cycle du carbone et pourquoi le comportement d'hystérésis se produit et travaille avec une nouvelle version de CLIMBER qui a une résolution spatiale plus élevée pour mieux analyser la calotte glaciaire du Groenland.
L'étude a été financée par le ministère fédéral allemand de l'Éducation et de la Recherche et par le Université de Pennsylvanie École des Arts et des Sciences.
