Une libération massive de gaz à effet de serre, probablement déclenchée par l’activité volcanique, a provoqué une période de réchauffement climatique extrême connue sous le nom de maximum thermique paléocène-éocène (PETM) il y a environ 56 millions d’années. Une nouvelle étude confirme maintenant que le PETM a été précédé d’un plus petit épisode de réchauffement et d’acidification des océans causé par une rafale plus courte d’émissions de carbone.
Les nouvelles découvertes, publiées le 16 mars dans Avancées scientifiques, indiquent que la quantité de carbone libérée dans l’atmosphère lors de cet événement précurseur était à peu près la même que les émissions de carbone cumulées actuelles provenant de la combustion de combustibles fossiles et d’autres activités humaines. En conséquence, l’événement précurseur de courte durée représente ce qui pourrait arriver si les émissions actuelles pouvaient être arrêtées rapidement, tandis que le réchauffement climatique beaucoup plus extrême du PETM montre les conséquences de la poursuite de la libération de carbone dans l’atmosphère au rythme actuel.
“Il s’agissait d’un rejet de carbone de courte durée équivalent à ce que nous avons déjà libéré des émissions anthropiques”, a déclaré le co-auteur James Zachos, professeur de sciences de la Terre et des planètes et titulaire de la chaire Ida Benson Lynn de Ocean Health à l’UC Santa Cruz. “Si nous arrêtions les émissions aujourd’hui, ce carbone finirait par se mélanger aux profondeurs marines et son signal disparaîtrait, car le réservoir des profondeurs marines est si énorme.”
Ce processus prendrait des centaines d’années – une longue période selon les normes humaines, mais courte par rapport aux dizaines de milliers d’années qu’il a fallu au système climatique de la Terre pour se remettre du PETM plus extrême.
Les nouvelles découvertes sont basées sur une analyse des sédiments marins qui ont été déposés dans les eaux peu profondes le long de la côte atlantique des États-Unis et font maintenant partie de la plaine côtière de l’Atlantique. À l’époque du PETM, le niveau de la mer était plus élevé et une grande partie du Maryland, du Delaware et du New Jersey étaient sous l’eau. L’US Geological Survey (USGS) a foré des carottes de sédiments de cette région que les chercheurs ont utilisées pour l’étude.
Le PETM est marqué dans les sédiments marins par un changement majeur dans la composition isotopique du carbone et d’autres preuves de changements spectaculaires dans la chimie des océans résultant de l’absorption par l’océan de grandes quantités de dioxyde de carbone de l’atmosphère. Les sédiments marins contiennent les coquilles microscopiques de minuscules créatures marines appelées foraminifères qui vivaient dans les eaux de surface de l’océan. La composition chimique de ces coquilles enregistre les conditions environnementales dans lesquelles elles se sont formées et révèle des preuves de températures plus chaudes de l’eau de surface et de l’acidification des océans.
Le premier auteur, Tali Babila, a commencé l’étude en tant que boursier postdoctoral travaillant avec Zachos à l’UC Santa Cruz et est maintenant à l’Université de Southampton, au Royaume-Uni. De nouvelles méthodes analytiques développées à Southampton ont permis aux chercheurs d’analyser la composition isotopique du bore de foraminifères individuels pour reconstruire record d’acidification des océans. Cela faisait partie d’une suite d’analyses géochimiques qu’ils ont utilisées pour reconstruire les changements environnementaux lors de l’événement précurseur et du PETM principal.
“Auparavant, des milliers de coquilles fossiles de foraminifères étaient nécessaires pour la mesure des isotopes du bore. Maintenant, nous sommes en mesure d’analyser une seule coquille qui n’a que la taille d’un grain de sable”, a déclaré Babila.
Des preuves d’un événement de réchauffement précurseur avaient été identifiées précédemment dans les sédiments de la section continentale du bassin de Big Horn dans le Wyoming et de quelques autres sites. Cependant, il n’était pas clair s’il s’agissait d’un signal global, car il était absent des carottes de sédiments en eaux profondes. Zachos a déclaré que cela avait du sens car les taux de sédimentation dans l’océan profond sont lents et le signal d’un événement de courte durée serait perdu en raison du mélange des sédiments par la vie marine des fonds marins.
“Le meilleur espoir de voir le signal serait dans les bassins marins peu profonds où les taux de sédimentation sont plus élevés”, a-t-il déclaré. “Le problème est que les dépôts sont épisodiques et que l’érosion est plus probable. Il n’y a donc pas de forte probabilité de les capturer.”
L’USGS et d’autres ont foré de nombreuses carottes (ou sections) de sédiments le long de la plaine côtière de l’Atlantique. Les chercheurs ont découvert que le PETM est présent dans toutes ces sections, et plusieurs capturent également l’événement précurseur. Deux sections du Maryland (à South Dover Bridge et à l’aéroport de Cambridge-Dover) sont au centre de la nouvelle étude.
“Ici, nous avons le signal complet, et quelques autres endroits en captent une partie. Nous pensons que c’est le même événement qu’ils ont trouvé dans le bassin de Bighorn”, a déclaré Zachos.
Sur la base de leurs analyses, l’équipe a conclu que le signal précurseur dans les sections du Maryland représente un événement mondial qui a probablement duré quelques siècles, voire plusieurs millénaires tout au plus.
Les deux impulsions de carbone – le précurseur de courte durée et les émissions de carbone beaucoup plus importantes et plus prolongées qui ont entraîné le PETM – ont conduit à des mécanismes et des échelles de temps profondément différents pour la récupération du cycle du carbone et du système climatique de la Terre. Le carbone absorbé par les eaux de surface lors de l’événement précurseur s’est mélangé à l’océan profond en un millier d’années environ. Les émissions de carbone pendant le PETM ont cependant dépassé la capacité tampon de l’océan, et l’élimination de l’excès de carbone dépendait de processus beaucoup plus lents tels que l’altération des roches silicatées sur des dizaines de milliers d’années.
Zachos a noté qu’il existe des différences importantes entre le système climatique de la Terre aujourd’hui et pendant le Paléocène, notamment la présence de calottes glaciaires polaires aujourd’hui, qui augmentent la sensibilité du climat au réchauffement par effet de serre.
En plus de Babila et Zachos, les coauteurs de l’article incluent Gavin Foster et Christopher Standish de l’Université de Southampton ; Donald Penman de l’Université d’État de l’Utah ; Monika Doubrawa, Robert Speijer et Peter Stassen à la KU Leuven, Belgique ; Timothy Bralower de l’Université d’État de Pennsylvanie ; et Marci Robinson et Jean Self-Trail à l’USGS. Ce travail a été financé en partie par la National Science Foundation.
