Le réchauffement climatique d'origine humaine a longtemps été présenté comme une chaîne de cause à effet relativement simple :l'homme perturbe le cycle du carbone en brûlant des combustibles fossiles, augmenter ainsi la concentration de CO 2 dans l'atmosphère, ce qui à son tour conduit à des températures plus élevées dans le monde entier. "Toutefois, il devient de plus en plus clair que ce n'est pas la fin de l'histoire. Les incendies de forêt deviennent plus fréquents partout dans le monde, libérer du CO supplémentaire 2 dans l'atmosphère, et renforcer davantage le réchauffement climatique qui a accru le risque d'incendie de forêt en premier lieu. Il s'agit d'un exemple classique de ce que les climatologues appellent un mécanisme de rétroaction positive, " souligne David De Vleeschouwer, chercheur postdoctoral au MARUM—Centre des sciences de l'environnement marin de l'Université de Brême.

Pour révéler ce type de mécanismes de rétroaction du cycle climat-carbone dans des circonstances naturelles, David De Vleeschouwer et ses collègues ont exploité les données isotopiques des carottes de sédiments des grands fonds. "Certaines de ces carottes contiennent des sédiments vieux de 35 millions d'années. Malgré leur âge respectable, ces sédiments portent une empreinte claire des cycles dits de Milanković. Les cycles de Milanković se rapportent aux changements rythmiques de la forme de l'orbite terrestre (excentricité), ainsi qu'à l'inclinaison (obliquité) et à l'orientation (précession) de l'axe de rotation de la Terre. Comme une horloge astronomique, Les cycles de Milanković génèrent des changements dans la répartition de l'insolation solaire sur la planète, et provoquer ainsi des changements climatiques cadencés, " explique De Vleeschouwer. " Nous avons examiné la composition isotopique du carbone et de l'oxygène des microfossiles dans les sédiments et avons d'abord utilisé l'excentricité, obliquité et cadences de précession comme chronomètres géologiques. Puis, nous avons appliqué une méthode statistique pour déterminer si les changements dans un système isotopique entraînent ou retardent la variabilité dans l'autre isotope."

Son collègue Maximilian Vahlenkamp ajoute :"Lorsqu'un modèle commun dans les deux systèmes isotopiques se produit juste un peu plus tôt dans le système du carbone par rapport au système isotopique de l'oxygène, nous appelons cela un plomb isotopique du carbone. Nous en déduisons alors que le cycle du carbone a exercé un contrôle sur le système climatique au moment du dépôt des sédiments." Les paléoclimatologues et les paléoocéanographes utilisent souvent les isotopes du carbone comme indicateur des perturbations du cycle du carbone, et les isotopes de l'oxygène comme indicateur des changements de l'état du climat mondial. Des changements dans la composition isotopique de ces microfossiles d'eau profonde peuvent indiquer, par exemple, une augmentation du stockage continental de carbone par les plantes terrestres et les sols, ou refroidissement global avec une croissance des calottes glaciaires.

"L'analyse systématique et continue dans le temps des avances et des décalages entre le cycle du carbone et le climat constitue le caractère innovant de cette étude. Notre approche permet de séquencer l'histoire de la Terre à haute résolution au cours des 35 derniers millions d'années, " explique le professeur Heiko Pälike. " Nous montrons que les 35 derniers millions d'années peuvent être subdivisés en trois intervalles, chacun avec son modus operandi spécifique du cycle climat-carbone." En moyenne, les auteurs ont découvert que les isotopes de l'oxygène étaient à l'origine des variations des isotopes du carbone. Cela signifie que, dans des conditions naturelles, les variations climatiques régulent en grande partie la dynamique mondiale du cycle du carbone. Cependant, l'équipe de recherche s'est concentrée sur les moments où le contraire était le cas. En effet, De Vleeschouwer et ses collègues ont trouvé quelques exemples de périodes anciennes au cours desquelles le cycle du carbone a entraîné le changement climatique sur environ 100, échelles de temps de 000 ans, tout comme c'est le cas maintenant sur des échelles de temps beaucoup plus courtes "mais alors bien sûr sans intervention humaine, " déclare Pälike.

Pendant l'intervalle le plus ancien, il y a 35 à 26 millions d'années, le cycle du carbone a pris le pas sur le changement climatique principalement pendant les périodes de stabilité climatique. "Les périodes de stabilité climatique dans les archives géologiques ont souvent une cause astronomique. Lorsque l'orbite de la Terre autour du soleil est proche d'un cercle parfait, les extrêmes d'insolation saisonnière sont tronqués et des climats plus équitables sont imposés, " explique David De Vleeschouwer. " Entre 35 et 26 millions d'années, une telle configuration astronomique aurait été favorable à une expansion temporelle de la calotte glaciaire antarctique. Nous proposons que dans un tel scénario, l'intensité de l'érosion glaciaire et l'altération subséquente des roches ont augmenté. C'est important, parce que l'altération des roches silicatées élimine le CO 2 de l'atmosphère, et contrôle ainsi in fine l'effet de serre."

Mais il y a environ 26 millions d'années, le modus operandi a radicalement changé. Le cycle du carbone a pris le contrôle du climat en période de volatilité climatique, pas la stabilité. "Nous pensons que ce changement remonte au soulèvement des montagnes de l'Himalaya et à un état climatique dominé par la mousson. Lorsque les extrêmes d'insolation saisonnière sont amplifiés par une orbite terrestre excentrique, les moussons peuvent devenir vraiment intenses. Des moussons plus fortes permettent plus d'altération chimique, l'élimination du CO 2 de l'atmosphère et donc un contrôle du cycle du carbone sur le climat."

Les mécanismes proposés par les auteurs expliquent non seulement les schémas observés dans les isotopes du carbone et de l'oxygène, ils fournissent également de nouvelles idées sur la façon dont le système climatique et le cycle du carbone ont interagi dans le temps. "Certaines hypothèses nécessitent des tests supplémentaires avec des modèles numériques de climat et de cycle du carbone, mais la compréhension au niveau du processus présentée dans ce travail est importante car elle donne un aperçu de la machinerie de notre planète dans des conditions aux limites fondamentalement différentes de celles d'aujourd'hui, " dit De Vleeschouwer. De plus, ce travail fournit également des scénarios qui peuvent être utilisés pour évaluer la capacité des modèles de cycle climat-carbone lorsqu'ils sont poussés vers les scénarios extrêmes du passé géologique.