Les quantités actuelles de CO2 dans l’atmosphère sont probablement les plus élevées depuis trois millions d’années, d’après une nouvelle étude. Pour la première fois, une équipe de scientifiques a réussi à réaliser une modélisation qui correspond aux données sur l’évolution du climat dans les sédiments des fonds océaniques au cours de cette période. L’étude révèle que l’avènement des cycles glaciaires a été principalement déclenchée par une diminution des niveaux de CO2. L’article montre que les températures moyennes mondiales n’ont jamais dépassé les niveaux préindustriels de plus de 2°C au cours des trois derniers millions d’années.
On savait déjà, grâce à l’analyse des carottes de glace tirées de l’Antarctique, que les niveaux de CO2 actuels étaient les plus importants des 800 000 dernières années.
Une nouvelle étude publiée dans Science Advances par des chercheurs du PIK Potsdam et de l’Institut Max Planck montre que la quantité de gaz à effet de serre dépasse également toute la période du Quaternaire – et même légèrement au-delà.
Le Quaternaire est la période géologique la plus récente, couvrant les quelques 2,6 millions d’années écoulées.
Si l’analyse des sédiments au fond des mers avait déjà permis d’évaluer températures et les volumes de glace de l’océan, jusqu’à présent, le rôle joué par les changements de CO2 dans la formation des cycles glaciaires n’était pas pleinement compris sur l’ensemble de la période du Quaternaire.
Comment les auteurs de la nouvelle étude ont-ils pu améliorer la compréhension des cycles glaciaires ? D’abord, rappelons que les variations climatiques du Quaternaire peuvent être déduites des isotopes d’oxygène mesurés dans les carottes de sédiments des grands fonds, qui représentent les variations du volume global des glaces et de la température de l’océan.
Ces données montrent qu’il y a eu une tendance générale vers des calottes glaciaires plus étendues et des températures plus froides au cours des 3 derniers millions d’années, accompagnée d’une augmentation de l’amplitude des variations glaciaires et interglaciaires. On peut également y voit la transition entre des cycles essentiellement symétriques d’une périodicité de 40 000 ans vers des cycles fortement asymétriques de 100 000 ans (sur le dernier million d’années).
Cependant, les causes ultimes de ces transitions dans la dynamique du cycle glaciaire ne sont pas clairement établies. Il y a notamment des incertitudes quand au rôle des changements de CO2 dans la formation de la dynamique climatique pour la période antérieure à 800 000 ans avant aujourd’hui. Autrement dit, au-delà de la période couverte par les données sur les carottes de glace de haute qualité.
L’apport de l’article publié dans Science Advances, est pour la première fois, de reproduire la variabilité climatique naturelle de l’ensemble du Quaternaire avec un modèle de complexité intermédiaire.
S’appuyant sur des recherches antérieures, les chercheurs ont reproduit les principales caractéristiques de la variabilité naturelle du climat au cours des derniers millions d’années avec une simulation informatique basée sur des données astronomiques et géologiques et des algorithmes représentant la physique et la chimie de notre planète.
Les niveaux de CO2 sont l’un des principaux moteurs des cycles glaciaires, avec les variations de la rotation de la Terre autour du soleil, les cycles de Milankovitch.
La simulation s’est bien sûr appuyée sur ces modifications bien connues de la position de la Terre par rapport au soleil et sur le dégagement de CO2 des volcans.
Mais l’étude s’est également penchée sur les changements dans la répartition des sédiments à la surface de la Terre, car les calottes glaciaires glissent plus facilement sur le gravier que sur le substrat rocheux. La modélisation a aussi pris en compte le rôle de la poussière atmosphérique, qui assombrit la surface de la glace et contribue ainsi à la fonte.
Il s’avère que les modélisations réalisées par les auteurs de l’étude sont concordantes avec les données brutes de la mer profonde. Le modèle reproduisant les principales caractéristiques de l’histoire climatique observée, on peut espérer qu’il s’agisse d’une contribution importante à la compréhension du système climatique terrestre.
Il semble que nous poussions maintenant notre planète au-delà des conditions climatiques rencontrées pendant toute la période géologique actuelle.
Les résultats de l’étude corroborent l’idée selon laquelle la concentration actuelle de CO2 – plus de 410 ppm – est sans précédent depuis au moins 3 millions d’années et que la température globale n’a pas dépassé la valeur préindustrielle de plus de 2°C au cours de tout le Quaternaire.
Tout cela implique une forte sensibilité du système terrestre à des variations relativement faibles du CO2 atmosphérique.
Le scénario du Quaternaire serait le suivant. Une diminution progressive du CO2 jusqu’à des valeurs inférieures à environ 350 ppm a entraîné le début de la croissance de la calotte glaciaire continentale au Groenland et plus généralement dans l’hémisphère nord à la fin du Pliocène et au début du Pléistocène (Le Pliocène est une période de l’échelle de temps géologique qui s’étend de 5,332 millions à 2,588 millions d’années avant notre ère. Le Pliocène suit le Miocène et est suivi par le Pléistocène).
Par la suite, le mouvement abrasif des calottes de glace a eu pour effet de retirer progressivement l’épaisse couche de sédiments non consolidés qui s’était formée auparavant.
L’érosion de cette couche de sédiments par le déplacement des glaciers a affecté l’évolution des cycles glaciaires de plusieurs manières. Premièrement, les inlandsis assis sur des sédiments meubles sont généralement plus mobiles que ceux situés sur un substrat rocheux dur, car la glace glisse plus facilement sur les sédiments que le substrat rocheux.
De plus, le transport des sédiments glaciaires vers les marges de la calotte glaciaire génère des quantités importantes de poussières qui, une fois déposées sur la surface de la calotte glaciaire, augmentent la fonte des calottes glaciaires en abaissant l’albédo de surface. L’étude montre que l’augmentation progressive de la superficie du substrat rocheux exposé a progressivement conduit à la formation de plaques de glace plus stables, moins sensibles au forçage orbital. C’est ce qui aurait finalement ouvert la voie à la transition vers des cycles de 100 000 ans il y a environ 1 million d’années.
La fin du Pliocène fut relativement proche de nous en termes de niveaux de CO2. Les modélisations suggèrent qu’au Pliocène, il n’y avait ni cycle glaciaire ni grosses calottes glaciaires dans l’hémisphère nord. Le CO2 était trop élevé et le climat trop chaud pour le permettre. D’après le dernier rapport du GIEC, le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat, avec des niveaux de CO2 de 400 ppm à la fin du Pliocène, les températures furent 2 à 3°C plus élevées que la période préindustrielle.
Succédant au Pliocène, le Pléistocène est la première époque du Quaternaire, période caractérisée par l’apparition de cycles glaciaires et interglaciaires, causés par la croissance et le déclin cycliques des inlandsis continentaux dans l’hémisphère nord.
La température globale actuelle, qui est désormais au moins 1°C au-dessus de la période préindustrielle, s’approche des +1,5°C.
Au Pliocène, le niveau de la mer était entre 10 et 40 mètres au-dessus du niveau actuel, en raison de la fonte du Groenland, de l’Antarctique de l’Ouest et d’une partie de l’Antarctique de l’Est. Avec un scénario d’émissions soutenues de CO2, les prévisions du GIEC sont d’environ un mètre à l’horizon 2100 mais on sait déjà que les glaciers continueront à fondre au-delà.
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