Des pistes pour comprendre l’augmentation du CO2 pendant l’Holocène
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Des chercheurs suggèrent des pistes sur comment l’activité de l’océan Austral a augmenté le CO2 pendant l’Holocène. Et comment ce réchauffement a favorisé le développement de la civilisation humaine.
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Les océans sont le dépôt le plus important de la planète pour le dioxyde de carbone atmosphérique sur des échelles de temps de plusieurs décennies à des millénaires. Mais le processus de verrouillage des gaz à effet de serre est affaibli par l’activité de l’océan Austral, donc une augmentation de son activité pourrait expliquer la chaleur mystérieuse des 11 000 dernières années selon une équipe internationale de chercheurs.
Sommaire
La chaleur de l’océan Austral
La chaleur de cette période a été stabilisée par une augmentation graduelle des niveaux mondiaux de dioxyde de carbone, alors il est important de comprendre la raison de cette hausse selon Daniel Sigman, professeur de sciences géologiques et géophysiques à Princeton. Les scientifiques ont proposé diverses hypothèses pour cette augmentation de dioxyde de carbone, mais sa cause finale est restée inconnue. Désormais, une collaboration internationale menée par des scientifiques de Princeton et de l’Institut Max Planck de chimie indique une augmentation de l’océan Austral. Leur recherche est publiée dans la revue Nature Geoscience.1
Nous pensons que nous avons peut-être trouvé la réponse selon Sigman. La circulation accrue dans l’océan Austral a permis au dioxyde de carbone de se répandre dans l’atmosphère, travaillant pour réchauffer la planète. Leurs découvertes sur les changements océaniques pourraient également avoir des implications pour prédire comment le réchauffement climatique affectera la circulation océanique et l’augmentation dioxyde de carbone atmosphérique en raison de la combustion des énergies fossiles.
La pompe biologique
Pendant des années, les chercheurs ont compris que la croissance du phytoplancton amène le dioxyde de carbone au fond de l’océan, un processus connu comme la pompe biologique. La pompe biologique est principalement conduite par les océans de basse latitude, mais elle est plus faible près des pôles où le dioxyde de carbone est renvoyé dans l’atmosphère par l’exposition rapide des eaux profondes à la surface selon M. Sigman. Le pire est l’océan Austral, qui entoure l’Antarctique. Nous nous référons souvent à l’océan Austral comme une “fuite” dans la pompe biologique selon Sigman.
Sigman et ses collègues ont constaté qu’une augmentation de la remontée de l’océan Austral pourrait être responsable de la stabilisation du climat de l’Holocène, la période datant de plus de 10 000 ans avant la révolution industrielle. La plupart des scientifiques s’accordent à dire que la chaleur de l’Holocène était essentielle au développement de la civilisation humaine. L’Holocène était une période interglaciaire, l’un des rares intervalles de climat chaud qui s’est produit au cours des cycles glaciaires du dernier million d’années. Le retrait des glaciers a ouvert un paysage plus vaste aux humains et les concentrations plus élevées de dioxyde de carbone dans l’atmosphère ont permis une agriculture plus productive, ce qui a permis aux gens de réduire leurs activités de cueillette et de construire des colonies permanentes.
Le climat particulier de l’Holocène
L’Holocène différait des autres périodes interglaciaires de plusieurs façons selon les chercheurs. D’une part, son climat était exceptionnellement stable, sans la tendance majeure de refroidissement typique des autres interglaciaires. Deuxièmement, la concentration de dioxyde de carbone dans l’atmosphère a augmenté d’environ 20 parties par million (PPM), passant de 260 PPM au début de l’Holocène à 280 PPM à la fin de l’Holocène alors que le dioxyde de carbone était généralement stable ou déclinait pendant d’autres périodes interglaciaires.
À titre de comparaison, depuis le début de l’industrialisation jusqu’à présent, la concentration de dioxyde de carbone dans l’atmosphère est passée de 280 à plus de 400 PPM suite à la combustion de combustibles fossiles. Dans ce contexte, l’augmentation de 20 PPM observée pendant l’Holocène peut sembler faible selon Sigman. Cependant, les scientifiques pensent que cette augmentation faible, mais significative a joué un rôle clé dans la prévention du refroidissement progressif au cours de l’Holocène, ce qui peut avoir facilité le développement de civilisations humaines complexes.
L’étude des fossiles
Afin d’étudier les causes potentielles de l’augmentation du dioxyde de carbone dans l’Holocène, les chercheurs ont étudié trois types de fossiles provenant de différentes régions de l’océan Austral : les diatomées et les foraminifères, les microorganismes à coquille découverts dans les océans et les coraux profonds. À partir des isotopes de l’azote concernant des traces de matière organique piégées dans les parois minérales de ces fossiles, les scientifiques ont pu reconstituer l’évolution des concentrations en nutriments dans les eaux de surface de l’océan Austral au cours des 10 000 dernières années.
Les fossiles étudiés par les chercheurs comprenaient (à gauche): le foraminifère planctonique Globigerina bulloides, une diatomée centrée et le corail des profondeurs Desmophyllum dianthus – Crédit : Ralf Schiebel, Max Planck Institute for Chemistry; Anja Studer, Max Planck Institute for Chemistry; Dann Blackwood, United States Geological Survey
La méthode que nous avons utilisée pour analyser les fossiles est unique et fournit une nouvelle façon d’étudier les changements passés dans les conditions océaniques selon Anja Studer, première auteure de l’étude, qui a effectué la recherche alors qu’elle travaillait au laboratoire de Sigman. Les mesures des isotopes de l’azote liés aux fossiles indiquent qu’au cours de l’Holocène, des quantités croissantes d’eau, riche en nutriments et en dioxyde de carbone, ont remonté de l’océan profond jusqu’à la surface de l’océan Austral. Bien qu’on ignore la cause de l’augmentation de la remontée, le processus le plus probable semble être un changement des Quarantièmes rugissants, une ceinture de vents soufflant vers l’est qui encercle l’Antarctique.
Un affaiblissement de la pompe biologique pendant l’Holocène
En raison de la remontée de l’océan Austral, la pompe biologique s’est affaiblie au cours de l’Holocène, laissant plus de dioxyde de carbone s’échapper des profondeurs océaniques dans l’atmosphère et expliquant ainsi l’augmentation de 20 PPM du dioxyde de carbone atmosphérique. Ce processus a permis à une partie de ce dioxyde de carbone, dans les profondeurs, d’envahir de nouveau l’atmosphère selon M. Sigman. Nous perçons essentiellement des trous dans la membrane de la pompe biologique.
L’augmentation des niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique au cours de l’Holocène a permis de contrer la tendance au refroidissement progressif qui dominait la plupart des interglaciaires précédents. Ainsi, les nouveaux résultats suggèrent que l’océan peut avoir été responsable de la stabilité spéciale du climat de l’Holocène. Les mêmes processus sont à l’?uvre aujourd’hui : l’absorption du carbone par l’océan ralentit l’augmentation du dioxyde de carbone atmosphérique produit par la combustion des combustibles fossiles et la remontée de l’océan Austral envoie encore une partie de ce dioxyde de carbone dans l’atmosphère.
Si on peut utiliser les résultats de l’Holocène pour prédire comment la remontée de l’océan Austral va changer à l’avenir, alors cela améliorera notre capacité à prévoir les changements dans le dioxyde de carbone atmosphérique et donc dans le climat global selon Sigman.
