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À quel point la période glaciaire a-t-elle vraiment fait froid?

Article de synthèse: Tierney, J.E., Zhu, J., King, J. et coll. Refroidissement glaciaire et sensibilité climatique revisités. La nature 584, 569-573 (2020).

La dernière période glaciaire

Il y a 20 mille ans, le climat de notre planète était très différent. Des mammouths laineux parcouraient la Terre et l'île de Manhattan était sous un demi-mile de glace. Connu plus communément comme la dernière période glaciaire, les climatologues appellent cette période de l’histoire de la Terre le dernier maximum glaciaire. Un grand sujet de recherche en climatologie est de comprendre comment notre planète est passée naturellement d'un climat froid et glacé du dernier maximum glaciaire au climat tempéré dans lequel nous vivons aujourd'hui en quelques milliers d'années. Cependant, avant de pouvoir étudier correctement les complexités de ce réchauffement climatique naturel, nous devons déterminer avec précision à quel point il a fait froid pendant l'ère glaciaire il y a 20 000 ans.

Représentation artistique de grands animaux tels que les mammouths laineux qui se sont éteints après la dernière période glaciaire (Crédit d'image: George Teichmann / Gouvernement du Yukon)

Sans surprise, c’est en fait un véritable défi de déterminer les températures de si longtemps dans le passé. L'un des efforts les plus importants pour déterminer les températures de surface de la mer au cours de la dernière période glaciaire a été mené dans les années 1970, un projet connu sous le nom de CLIMAP. Les scientifiques de CLIMAP ont utilisé la taxonomie des planctons pour reconstruire les températures de l'eau de mer partout pendant le dernier maximum glaciaire et ont prédit que les températures moyennes des océans étaient de 1,2 degrés Celsius plus froides qu'aujourd'hui. Bien qu'il s'agisse d'un effort vraiment monumental, CLIMAP a depuis été critiqué pour ses défauts dans les méthodes (plus à ce sujet ci-dessous). Dr. Jessica Tierney et d'autres ont récemment publié dans La nature le mois dernier où ils revisitent le problème des températures de la période glaciaire, combinant cette fois de nouvelles méthodes géochimiques et des modèles climatiques mondiaux pour créer une reconstruction beaucoup plus précise de la dernière période glaciaire.

Le problème avec CLIMAP

Dans les années 1970, lorsque les océanographes et les climatologues ont tenté de s'attaquer à cette question de la période glaciaire, la meilleure façon de déterminer les températures de surface de la mer était d'utiliser des «assemblages de foraminifères». Très brièvement, les foraminifères, ou forams en abrégé, sont de petits planctons que l'on trouve presque partout dans l'océan peu profond. Nous avons découvert jusqu'à présent plus de 4 000 espèces différentes de forams, chacune ayant sa propre préférence pour la température, la profondeur de l'eau, les nutriments, etc. Étant donné que la température joue un rôle important dans le degré de «bonheur» d'une espèce de foram, les scientifiques ont trouvé des relations entre la température de surface de la mer et l'abondance des espèces de foram.

Fossiles de coquilles de foraminifères trouvés dans les sédiments océaniques. La grande diversité de formes et de motifs permet aux océanographes de les identifier par taxonomie (Crédit d'image: National Geographic Society)

Par exemple, certaines espèces de foraminifères subtropicaux sont les plus abondantes à des températures de l'eau d'environ 15 degrés Celsius (voir ci-dessous). En identifiant les groupements ou assemblages de fossiles de forams dans les sédiments datant de la dernière période glaciaire, l'équipe CLIMAP a estimé les températures de l'eau de mer à des centaines d'endroits pendant cette période clé.

Températures de surface de la mer en hiver liées à l'abondance de l'assemblage subtropical de foraminifères (Crédit d'image: Université de Washington)

Bien que ce soit une méthode innovante, les assemblages de foram ne sont pas sans défauts. D'une part, la température est rarement le seul contrôle de l'abondance du foram dans un échantillon. La disponibilité des éléments nutritifs, les prédateurs et la chimie de l'eau de mer peuvent tous affecter les espèces présentes. Un autre facteur est que lorsque les scientifiques du CLIMAP ont examiné les sédiments du dernier maximum glaciaire pour identifier les espèces de forams, ils rencontraient parfois une espèce qui avait disparu et qui n'existait plus dans l'océan moderne. Ils n'auraient aucun moyen de calibrer cette espèce à une température de l'eau de mer dans ce cas.

Mélange de données géochimiques et de modèles climatiques

Compte tenu de toutes les lacunes du projet CLIMAP, le Dr Tierney et son équipe ont décidé qu'il valait la peine de revoir ce problème avec des méthodes et des outils mis à jour. Grâce aux progrès de la géochimie, nous avons développé plusieurs nouvelles méthodes d'estimation des températures passées de l'eau de mer qui ne dépendent pas de la taxonomie du plancton. Ils vont des biomarqueurs sécrétés par les organismes marins aux rapports élémentaires dans les coquilles de foram. Toutes ces méthodes géochimiques ont leurs propres faiblesses et forces, tout comme les assemblages de forams, mais on espère que lorsqu'elles sont utilisées ensemble, elles peuvent aider à brosser un tableau clair des températures mondiales au cours de la dernière période glaciaire.

Emplacements des mesures géochimiques des températures de surface de la mer de la période glaciaire utilisées par Tierney et al 2020. Différentes couleurs représentent différents types de reconstructions (modifié de Tierney et al., 2020)

Le Dr Tierney et d'autres ont assimilé près d'un millier de mesures des températures de surface de la mer de la période glaciaire autour des océans mondiaux. Et bien que cela semble très impressionnant, cela n’est pas près de couvrir le globe entier. Pour combler les grands écarts entre les données, les auteurs ont alimenté un modèle climatique mondial avec des estimations de température géochimique. De cette façon, ils ont la couverture spatiale d'un modèle climatique global avec la précision des enregistrements géochimiques réalisés à partir du monde réel, le meilleur des deux mondes.

Revisiter le refroidissement glaciaire

Alors, à quel point notre planète s'est-elle refroidie selon cette assimilation mixte de données / modèle? D'après l'article du Dr Tierney, on estime que la dernière période glaciaire était plus fraîche en moyenne d'environ 3 degrés Celsius. Il s'agit d'un signal de refroidissement beaucoup plus important que le résultat CLIMAP de 1,2 degrés Celsius. Parce que CLIMAP a en fait prédit des températures de réchauffement déraisonnables au cours de la dernière période glaciaire dans certaines parties des tropiques, ce que ce modèle / résultat de données ne montre pas, Tierney et ses coauteurs estiment que les températures moyennes plus fraîches sont encourageantes et montrent que nous progressons dans la bonne direction .

Reconstruction CLIMAP des différences de température entre la dernière période glaciaire et la période moderne. Remarquez l'orange qui se réchauffe dans certaines parties des océans Pacifique et Indien. Ces valeurs irréalistes ne sont pas présentes dans les données Tierney (Crédit image: CLIMAP)

Cet effort de combinaison de nouvelles techniques de chimie analytique et de modélisation informatique nous a permis d'obtenir une bien meilleure image de la dernière période glaciaire. Avec une ligne de base plus précise du dernier maximum glaciaire, nous pouvons commencer à étudier avec précision les différents effets du réchauffement climatique de 3 degrés Celsius, un effort qui sera crucial pour les prévisions des impacts du changement climatique aujourd'hui.

Je suis étudiant au doctorat en physique du climat et en géologie marine au MIT et à la Woods Hole Oceanographic Institution. Je souhaite utiliser des méthodes géochimiques et des modèles climatiques pour étudier les périodes de changement climatique rapide dans le passé et comprendre le rôle de l’océan dans notre système climatique. Dans mon temps libre, j'aime le tennis, les jeux de société et recréer mes plats asiatiques préférés à la maison.

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