Dans l'océan Atlantique, un « tapis roulant » géant transporte les eaux chaudes des tropiques vers l'Atlantique Nord, où ils se refroidissent et coulent puis retournent vers le sud dans les profondeurs de l'océan. Ce schéma de circulation est un acteur important du climat mondial, régulariser les conditions météorologiques dans l'Arctique, L'Europe , et partout dans le monde. Les preuves suggèrent de plus en plus que ce système ralentit, et certains scientifiques craignent que cela puisse avoir des effets majeurs, comme faire plonger les températures en Europe et réchauffer les eaux au large de la côte est des États-Unis, pouvant nuire à la pêche et exacerber les ouragans. (Pour une exagération excessive des effets potentiels, voir le film de 2004 Le jour d'après.)

Une nouvelle étude publiée dans Communication Nature donne un aperçu de la rapidité avec laquelle ces changements pourraient prendre effet si le système continue de s'affaiblir. Dirigé par des scientifiques de l'Observatoire terrestre de Lamont-Doherty de Columbia en collaboration avec le Centre de recherche norvégien, l'étude est la première à déterminer avec précision les décalages temporels entre les changements passés de la bande transporteuse océanique et les changements climatiques majeurs.

L'équipe a étudié une section clé de la configuration des courants océaniques, connue sous le nom de circulation méridienne de renversement de l'Atlantique (AMOC). Ils se sont concentrés sur une section où l'eau coule de la surface au fond de l'Atlantique Nord. Ils ont confirmé que l'AMOC a commencé à s'affaiblir environ 400 ans avant une vague de froid majeure 13, il y a 000 ans, et a recommencé à se renforcer environ 400 ans avant un brusque réchauffement 11, il y a 000 ans.

"Nos reconstructions indiquent qu'il existe des précurseurs climatiques clairs fournis par l'état de l'océan, comme des signes avant-coureurs, pour ainsi dire, " dit l'auteur principal Francesco Muschitiello, qui a terminé le travail en tant que post-doctorant à Lamont-Doherty et travaille maintenant à l'Université de Cambridge.

Jusqu'à maintenant, il a été difficile de déterminer si les changements passés dans la bande transporteuse océanique se sont produits avant ou après les brusques changements climatiques qui ont ponctué la dernière déglaciation dans l'hémisphère nord. Pour surmonter les défis habituels, l'équipe a rassemblé les données d'une carotte de sédiments forée au fond de la mer de Norvège, une carotte de sédiments lacustres du sud de la Scandinavie, et des carottes de glace du Groenland.

Les scientifiques s'appuient généralement sur la datation au carbone radioactif (carbone 14) pour déterminer l'âge des sédiments; mesurer la quantité de carbone 14 restant dans un fossile révèle depuis combien de temps l'organisme est mort, et donc l'âge des sédiments environnants. Cette relation est délicate dans les sédiments océaniques, bien que, parce que le carbone 14 est créé dans l'atmosphère, et il faut du temps au carbone pour traverser l'océan. Au moment où il atteint les organismes au fond de la colonne d'eau, le carbone 14 pourrait déjà avoir des centaines ou des milliers d'années. L'équipe avait donc besoin d'un moyen différent pour dater les couches de sédiments dans la carotte marine.

C'est pourquoi ils ont mesuré la teneur en carbone 14 d'une carotte de sédiments lacustre située à proximité. Les anciennes couches du lac contiennent des plantes en décomposition qui ont extrait le carbone 14 directement de l'atmosphère, afin que les scientifiques puissent découvrir l'âge de chaque couche de sédiments lacustres. Ensuite, ils ont utilisé quelques techniques pour faire correspondre les couches de carottes de sédiments lacustres aux couches de carottes marines. Les couches de cendres de deux éruptions volcaniques anciennes en Islande ont aidé à aligner les choses. Ce processus a donné à l'équipe l'âge précis de chaque couche du noyau marin.

Prochain, ils ont comparé l'âge réel des sédiments marins à l'âge qu'ils lisaient à partir des mesures du carbone 14 des océans profonds; les différences entre ces deux leur ont donné une estimation du temps qu'il a fallu pour que le carbone atmosphérique 14 atteigne le fond marin. En d'autres termes, il a révélé à quelle vitesse l'eau coulait dans cette zone, dans un processus appelé formation d'eau profonde qui est essentiel pour maintenir l'AMOC en circulation. Maintenant, ils avaient un enregistrement des modèles de circulation océanique dans cette région au fil du temps.

La dernière pièce du puzzle consistait à analyser des carottes de glace du Groenland, pour étudier les changements de température et de climat au cours de la même période. Les mesures de béryllium-10 dans les carottes de glace ont aidé les auteurs à relier avec précision les carottes de glace aux enregistrements de carbone 14, placer les deux ensembles de données sur la même chronologie. Maintenant, ils pouvaient enfin comparer l'ordre des événements entre les changements de circulation océanique et les changements climatiques.

La comparaison des données des trois noyaux a révélé que l'AMOC s'est affaibli dans le temps qui a précédé la dernière vague de froid majeure de la planète, appelé le Dryas Jeune, vers 13 ans, il y a 000 ans. La circulation océanique a commencé à ralentir environ 400 ans avant la vague de froid, mais une fois que le climat a commencé à changer, les températures sur le Groenland ont chuté rapidement d'environ 6 degrés.

Un schéma similaire est apparu vers la fin de cette vague de froid; le courant a commencé à se renforcer environ 400 ans avant que l'atmosphère ne commence à se réchauffer de façon spectaculaire, sortir de l'ère glaciaire. Une fois la déglaciation commencée, Le Groenland s'est réchauffé rapidement - sa température moyenne a grimpé d'environ 8 degrés en quelques décennies seulement, provoquant la fonte des glaciers et la chute considérable de la banquise dans l'Atlantique Nord.

"Ces décalages [de 400 ans] sont probablement du côté long de ce à quoi beaucoup s'attendaient, " dit Anders Svensson, qui étudie le paléoclimat à l'Université de Copenhague, et qui n'a pas participé à l'étude actuelle. « De nombreuses études antérieures ont suggéré des décalages de différentes longueurs, mais peu ont eu les outils nécessaires pour déterminer le phasage avec une précision suffisante."

Co-auteur William D'Andrea, un paléoclimatologue de Lamont-Doherty a été surpris par ce qu'ils ont trouvé - il dit que les temps de latence sont deux ou trois fois plus importants qu'il ne l'aurait imaginé.

Pour l'instant, il n'est pas tout à fait clair pourquoi il y a eu un si long délai entre les changements de l'AMOC et les changements climatiques au-dessus de l'Atlantique Nord.

Il est également difficile de déterminer ce que ces modèles du passé pourraient signifier pour l'avenir de la Terre. Des preuves récentes suggèrent que l'AMOC a recommencé à s'affaiblir il y a 150 ans. Cependant, les conditions actuelles sont assez différentes de la dernière fois, dit Muschitiello; le thermostat global était beaucoup plus bas à l'époque, la glace de mer hivernale s'étendait plus au sud que le port de New York, et la structure de l'océan aurait été très différente. En outre, l'affaiblissement passé de l'AMOC a été beaucoup plus dramatique que la tendance actuelle jusqu'à présent.

Néanmoins, D'Andrea dit que « si l'AMOC devait s'affaiblir autant qu'elle l'a fait à l'époque, cela pourrait prendre des centaines d'années pour que des changements climatiques majeurs se manifestent réellement. »

Muschitiello ajoute, "Il est clair qu'il y a des précurseurs dans l'océan, nous devrions donc surveiller l'océan. Le simple fait que l'AMOC ait ralenti, cela devrait être une préoccupation basée sur ce que nous avons trouvé. "

L'étude devrait également contribuer à améliorer la physique des modèles climatiques, qui supposent généralement que le climat réagit brusquement en même temps que l'intensité de l'AMOC change. Les raffinements du modèle, à son tour, pourrait rendre les prévisions climatiques plus précises. Comme le dit Svensson :« Tant que nous ne comprendrons pas le climat du passé, il est très difficile de contraindre les modèles climatiques nécessaires pour faire des scénarios futurs réalistes."