Le carbone caché dans les profondeurs de l'océan a déclenché un ancien interrupteur climatique, selon des chercheurs

Il y a un million d'années, un schéma de longue date d'alternance de glaciations et de périodes chaudes a radicalement changé, lorsque les périodes glaciaires sont soudainement devenues plus longues et plus intenses. Les scientifiques ont longtemps soupçonné que cela était lié au ralentissement d'un système de courant clé de l'océan Atlantique qui, aujourd'hui encore, ralentit. Une nouvelle étude des sédiments du fond de l'Atlantique relie directement ce ralentissement à une accumulation massive de carbone entraîné de l'air dans les abysses. Avec le système fonctionnant à plein régime, ce carbone aurait reflué dans l'air assez rapidement, mais pendant cette période, il a juste stagné dans les profondeurs. Cela suggère que la réduction du carbone a refroidi la planète, à l'opposé de l'effet de serre que nous observons actuellement, alors que les humains pompent du carbone dans l'atmosphère. Mais si le courant continue de ralentir maintenant, nous ne devrions pas nous attendre à ce qu'il nous aide en stockant nos émissions ; peut-être le contraire. L'étude, menée par des chercheurs de l'Observatoire de la Terre Lamont-Doherty de l'Université de Columbia, paraît cette semaine dans la revue Nature Geoscience.

Les scientifiques ont ciblé un système de courants appelé la circulation méridienne de renversement de l'Atlantique, ou AMOC. Coulant vers le nord près de la surface, il transporte de l'eau chaude et salée de la proximité de l'équateur vers les latitudes proches du Groenland et du nord de l'Europe. Ici, il frappe l'eau plus froide de l'Arctique, devient plus dense et s'enfonce dans l'abîme, emportant avec lui de grandes quantités de carbone absorbé de l'atmosphère. L'eau profonde revient ensuite vers le sud, où une grande partie se refusionne dans l'océan Austral, pour libérer du carbone dans l'air. Le voyage se déroule sur des décennies voire des siècles.

Une étude réalisée en 2014 par les scientifiques de Lamont-Doherty, Steven Goldstein et Leopoldo Pena – tous deux également coauteurs de la nouvelle étude – a montré que ce système actuel s'est brusquement ralenti il y a environ 950 000 ans. La nouvelle étude montre que ce ralentissement est directement corrélé à une énorme accumulation de carbone dans l'Atlantique profond et à une diminution correspondante du carbone dans l'air. Cet événement a été le déclencheur apparent d'une série de périodes glaciaires qui se sont produites tous les 100 000 ans, par rapport aux périodes précédentes qui se sont produites environ tous les 40 000 ans et qui ont accumulé moins de glace que celles qui sont survenues plus tard. Les scientifiques appellent ce tournant la transition mi-pléistocène, et le nouveau modèle a persisté tout au long de la dernière période glaciaire, qui s'est terminée il y a environ 15 000 ans. Personne ne sait exactement pourquoi le schéma a continué, mais l'étude démontre clairement que le carbone manquant dans l'air s'est retrouvé dans l'océan et a eu un effet puissant sur le climat.

La circulation méridienne de retournement atlantique, vue ici sous une forme simplifiée, amène des eaux chaudes vers le nord (flèches rouges) jusqu'à ce qu'elle atteigne la région autour du Groenland et du nord de l'Europe. Ici, il coule et se dirige vers le sud (flèches jaunes). Une grande partie de l'eau réémerge dans l'océan Austral. (Avec l'aimable autorisation de Francesco Muschitiello/Observatoire de la Terre Lamont-Doherty)

« C'est une relation en tête-à-tête. C'était comme appuyer sur un interrupteur », a déclaré l'auteur principal Jesse Farmer , qui a fait le travail pendant son doctorat. étudiant à Lamont-Doherty. ‘Cela nous montre qu'il existe une relation intime entre la quantité de carbone stockée dans l'océan et ce que fait le climat.’

Les chercheurs sont parvenus à leurs conclusions en analysant des carottes de sédiments d'eaux profondes prélevées dans l'Atlantique sud et nord, où d'anciennes eaux profondes sont passées et ont laissé des indices chimiques sur leur contenu dans les coquilles de créatures microscopiques. Leur analyse a confirmé l'étude de 2014 montrant que l'AMOC s'est affaibli dans une mesure jamais vue auparavant, il y a environ 950 000 ans, et pendant une durée inhabituellement longue. Pour cette raison, les eaux profondes ont collecté environ 50 milliards de tonnes de carbone de plus que lors des glaciations précédentes, ce qui équivaut à environ un tiers des émissions humaines que tous les océans du monde ont jusqu'à présent absorbées aujourd'hui. (Pour le contexte, les océans absorbent aujourd'hui environ un quart de ce que nous émettons; la terre et la végétation en absorbent un tiers. Le reste reste dans l'air.)

Au cours de la période chaude qui a précédé cet événement, l'atmosphère avait contenu environ 280 parties par million de carbone ; avec le ralentissement, le dioxyde de carbone en suspension dans l'air est descendu à 180 ppm, tel que mesuré par les carottes de glace. Le carbone atmosphérique avait également coulé lors des glaciations précédentes, mais de 280 ppm seulement à environ 210 ppm. (En raison des émissions humaines au cours des deux derniers siècles, ce chiffre normal répétitif de 280 ppm de l'ère chaude est devenu obsolète ; le carbone atmosphérique atteint maintenant environ 410 ppm.)

À gauche : Avant il y a environ 950 000 ans, les eaux atteignaient l'océan Atlantique profond depuis le nord (flèches noires) et le sud (flèches violettes). Droite : En utilisant les données de deux carottes de sédiments (étoiles jaunes), les scientifiques ont montré qu'un affaiblissement de la circulation provenant du nord (flèches noires plus fines) a ensuite conduit à davantage de stockage de carbone dans l'Atlantique. Sous une circulation plus faible, une plus grande partie des eaux profondes de l'Atlantique provenait du sud. (Jesse Farmer)

À un moment donné, le courant s'est à nouveau réveillé et les choses se sont réchauffées pendant un certain temps avant de retomber dans une autre période glaciaire tout aussi extrême, après 100 000 ans. ‘Il y a beaucoup d'idées sur ce qui a provoqué ces changements, mais il est difficile de dire quel a été le déclencheur’, a déclaré Bärbel Hönisch , conseiller de Farmer et co-auteur de l'étude. ‘Il y a plusieurs vis différentes que vous pouvez imaginer tourner, et beaucoup de vis desserrées.’

Une idée, adoptée par le groupe de Goldstein entre autres : dans le nord, les accumulations répétées de glaciers finissent par tout gratter sur terre jusqu'au substratum rocheux. Les glaciers suivants sont alors capables de coller rapidement au substratum rocheux et de se gonfler encore plus, avant de décharger des icebergs dans l'océan. Cela introduit plus d'eau douce à mélanger avec l'AMOC, la rendant moins dense et finalement incapable de couler. À l'autre extrémité, la glace se développerait également en Antarctique et déchargerait plus d'icebergs, ce qui rendrait les eaux océaniques plus froides et moins salées, encourageant ainsi la croissance de plus de glace de mer. Ceci, théoriquement, recouvrirait la surface et empêcherait les eaux profondes de monter et de libérer leur carbone. Mais si c'est bien ainsi que cela fonctionne, il n'est pas clair ce qui démarre ou termine l'un des processus ; c'est une question du genre poule et œuf.

On pense que la force de l'AMOC fluctue naturellement, mais elle semble s'être affaiblie d'un pourcentage inhabituel de 15 % depuis le milieu du XXe siècle. Personne ne sait ce qui se cache derrière cela, ni quels effets cela pourrait produire si le ralentissement se poursuit. Une autre étude de Lamont-Doherty le mois dernier a montré qu'un ralentissement il y a environ 13 000 ans, à la fin de la dernière période glaciaire, a été suivi 400 ans plus tard par une vague de froid intense qui a duré des siècles.

‘Nous devons faire attention à ne pas établir de parallèles avec cela’, a déclaré Farmer, maintenant chercheur postdoctoral à l'Université de Princeton. « Nous constatons un affaiblissement similaire aujourd'hui, et l'on pourrait dire : « Génial ! La circulation océanique va nous sauver du réchauffement climatique ! Mais ce n'est pas correct, à cause de la façon dont les différentes parties du système climatique communiquent entre elles. Farmer a déclaré que si l'AMOC continue de s'affaiblir maintenant, il est probable que moins d'eau chargée de carbone coulera dans le nord, en même temps, dans l'océan Austral, tout carbone arrivant déjà dans les eaux profondes continuera probablement à bouillonner sans aucune problème. Le résultat : le carbone continuera à s'accumuler dans l'air, pas dans l'océan.

Les chercheurs soulignent que l'AMOC n'est qu'une partie d'un système beaucoup plus vaste de circulation mondiale qui relie tous les océans – le soi-disant Great Ocean Conveyor, un terme inventé par le regretté scientifique Lamont-Doherty Wallace Broecker , qui a jeté les bases de une grande partie de la recherche actuelle. On en sait beaucoup moins sur la dynamique du carbone de l'Inde et du Pacifique, qui ensemble éclipsent l'Atlantique, de sorte qu'il manque de nombreuses pièces au puzzle. Les recherches en cours à Lamont-Doherty visent à établir des chronologies du carbone de ces autres eaux au cours des prochaines années.

L'étude a également été co-écrite par Laura Haynes, Heather Ford, Maureen Raymo, Maria Jaume-Seguí, Steven Goldstein, Maayan Yehudai et Joohee Kim, tous de Lamont-Doherty ; Dirk Kroon, Simon Jung et Dave Bell de l'Université d'Édimbourg ; et Leopoldo Pena de l'Université de Barcelone.