D’après une nouvelle étude, les températures passées des océans ont peut-être été surestimées par rapport aux températures récentes. La méthode utilisée pour remonter 100 millions d’années en arrière serait basée sur une erreur. Les températures de l’océan pourraient en fait avoir été relativement stables depuis le Crétacé supérieur, faisant du réchauffement global actuel « un évènement potentiellement sans précédent ces 100 derniers millions d’années ».
L’analyse des foraminifères benthiques, ces micro-organismes retrouvés au fond de l’océan, peut-elle encore nous servir de thermomètre par procuration pour quantifier les températures d’époques très reculées ? Des chercheurs ont découvert des processus imperceptibles qui peuvent modifier ces proxies pendant l’enfouissement des sédiments.
Jusqu’à présent, l’enregistrement isotopique continu des foraminifères benthiques au cours des 115 derniers millions d’années était supposé nous apporter de précieuses informations. L’océan profond du Crétacé aurait été très chaud puis s’est continuellement refroidi d’environ 15°C. Cette estimation vient d’être remise en cause. Les températures de l’océan profond et de la surface de la mer des hautes latitudes auraient en réalité été plus stables durant toute cette période. Plus proche de la nôtre donc. C’est la conclusion d’une étude menée entre la France (CNRS, Sorbonne Universités, Université de Strasbourg) et la Suisse (Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, Université de Lausanne). Elle vient de paraître dans la revue Nature Communications.
On peut voir ci-dessous une reconstruction classique des températures de la planète Terre sur les 540 derniers millions d’années. La courbe qui nous intéresse principalement ici est celle en vert qui montre les températures du Crétacé (ici 115-66 Ma) de la collection de mesures d’isotopes de l’oxygène de Friedrich et al (2012) sur les coquilles d’organismes marins microscopiques en eau profonde.
Selon les auteurs de l’étude, l’impact de certains processus aurait été négligé. La communauté scientifique base depuis plus de 50 ans ses estimations sur l’analyse des foraminifères, des fossiles de minuscules organismes marins. Ceux-ci sont récoltés dans des forages de sédiments, au fond des océans. Les foraminifères fabriquent une coquille calcaire appelée «test», dont la teneur en oxygène 18 dépend de la température de l’eau dans laquelle ils vivent. L’évolution de la température des océans au cours du temps a donc été déduite de la teneur en oxygène 18 des tests de foraminifères fossiles retrouvés dans les sédiments. Sur la base de cette analyse, la température de l’océan aurait baissé de 15 degrés ces 100 derniers millions d’années.
L’enregistrement isotopique a été interprété initialement comme indiquant des températures de surface de la mer relativement chaudes et des températures de surface tropicale relativement froides à la fin du Crétacé et au Paléogène. Or la nouvelle étude suggère que les gradients de température verticale et latitudinale des océans du Crétacé tardif et du Paléogène n’étaient probablement pas très différents des gradients actuels.
Ces estimations supposent la stabilité de la teneur en oxygène 18 des tests des foraminifères durant leur séjour sédimentaire. Rien ne le laissait croire jusqu’ici puisque cela n’est visible ni à l’œil nu ni au microscope.
Pour vérifier leur hypothèse, les auteurs de l’étude ont exposé ces minuscules organismes à de hautes températures dans une eau de mer artificielle ne contenant que de l’oxygène 18. Ils ont ensuite suivi l’incorporation d’oxygène 18 dans les coquilles calcaires à l’aide d’un NanoSIMS (Nanoscale secondary ion mass spectrometry), un instrument permettant de réaliser des analyses chimiques à très petite échelle. Les résultats obtenus montrent que la teneur en oxygène 18 des tests de foraminifères peut changer sans laisser de trace visible, remettant de fait en question la fiabilité des proxies. Si les fossiles n’ont pas été préservés, les paléo-températures estimées jusqu’ici ont donc été faussées, selon Sylvain Bernard, chercheur CNRS à l’Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie de Paris.
Pour les chercheurs, plutôt qu’une diminution progressive de la température des océans ces 100 derniers millions d’années, c’est l’évolution de la teneur en oxygène 18 des tests des foraminifères fossiles qui aurait été mesurée. Celle-ci résulterait en réalité d’un rééquilibrage : lors du processus de sédimentation, en raison de l’augmentation de la température (de 20 à 30°C) lors de l’enfouissement des sédiments, les tests de foraminifères se rééquilibrent avec l’eau qui les entoure. A l’échelle de la dizaine de millions d’années, un tel phénomène a un impact non négligeable sur l’estimation des paléo-températures, en particulier pour les foraminifères ayant vécu dans des eaux froides.
Les résultats suggèrent qu’au lieu d’indiquer un refroidissement global de l’océan profond à la fin du Crétacé et au Paléogène, l’enregistrement isotopique des foraminifères benthiques reflète principalement une rééquilibration isotopique. En d’autres termes, les océans profonds du Crétacé et du Paléogène étaient probablement beaucoup plus froids qu’on ne le pense actuellement.
D’après un communiqué du CNRS, « les températures de l’océan pourraient être restées relativement stables depuis le Crétacé supérieur, contrairement à ce qui était pensé jusqu’à présent, faisant du réchauffement global actuel un évènement potentiellement sans précédent ces cents derniers millions d’années« .
Attention cependant, le rééquilibrage est un processus lent. Il a probablement eu peu d’impact sur les signaux à haute fréquence récents (<10 Ma), tels que les fluctuations glaciaires à interglaciaires.
L’analyse des foraminifères benthiques, a permis de reconstruire les changements de la concentration en ions carbonate sur des périodes moins lointaines que celle étudiée par la nouvelle étude du CNRS. On sait qu’une baisse de la concentration indique que davantage de CO2 a été capté par l’océan. Dans l’Atlantique profond, la concentration en ions carbonate a diminué entre – 80 000 et – 65 000 ans, au coeur de la dernière glaciation. Cette baisse signifie que les réserves de carbone de l’Atlantique ont augmenté d’au moins 50 milliards de tonnes. Au même moment, la quantité de carbone dans l’atmosphère a diminué de 60 milliards de tonnes. Il n’est pas question ici de remettre en cause les fluctuations de températures liées au cycle du carbone.
Pour les auteurs de l’étude, il importe désormais de quantifier précisément ce rééquilibrage. Pour cela, il faudra travailler sur d’autres type d’organismes marins afin de bien comprendre ce qui s’est passé dans les sédiments au cours des temps géologiques. Les auteurs de l’article poursuivent déjà leurs travaux en ce sens.
Sources :
Bernard S., Daval D., Ackerer P., Pont S., Meibom A. Burial-induced oxygen-isotope re-equilibration of fossil foraminifera explains ocean paleotemperature paradoxes. Nature Communications
Communiqué de l’Ecole Polytechnique fédérale de Lausanne.
Communiqué du CNRS.
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