Un groupe de recherche formé de 64 chercheurs de l'Institut national de recherche polaire, l'Université de Tokyo, et d'autres organisations a analysé les températures atmosphériques et la poussière pour le passé 720, 000 ans à l'aide d'une carotte de glace obtenue au Dôme Fuji en Antarctique. Les résultats indiquent que lorsque des températures intermédiaires se sont produites au cours d'une période glaciaire, le climat était très instable et fluctuant. Une simulation climatique a également été réalisée sur la base du modèle de circulation générale couplée atmosphère-océan, qui a révélé que la cause majeure de l'instabilité climatique observée était le refroidissement global causé par une diminution de l'effet de serre.

L'instabilité climatique affecte gravement à la fois l'environnement naturel de la Terre et la société humaine. Dans l'effort continu pour comprendre comment le réchauffement climatique pourrait affecter l'instabilité climatique, il est important d'identifier les périodes dans le passé qui ont connu une instabilité climatique. Ces périodes doivent être étudiées et modélisées pour clarifier les causes potentielles de l'instabilité observée. Cependant, peu de progrès ont été réalisés dans l'amélioration de notre documentation et de notre compréhension de l'instabilité climatique avant la dernière période glaciaire.

Les groupes de recherche du Dr Kenji Kawamura et du Dr Hideaki Motoyama (National Institute of Polar Research) ont analysé la carotte de glace Second Dome Fuji (Fig. 1, à gauche) qui ont été obtenus dans le cadre de l'expédition de recherche antarctique japonaise (JARE) entre 2003 et 2007. Leur équipe a reproduit les fluctuations de la température de l'air et des poussières (particules solides transportées par l'atmosphère) dans l'Antarctique pour le passé 720, 000 ans (Fig. 1, droit). Ils ont combiné cela avec les données de la carotte de glace Dome C forée par une équipe européenne pour obtenir des données paléoclimatiques très robustes. Ils ont examiné ces données, découvrant que pour le passé 720, 000 ans, le climat intermédiaire au sein des périodes glaciaires était marqué par de fréquentes fluctuations climatiques (Fig. 2).

Cela a soulevé une question :Pourquoi la plus grande instabilité se produit-elle lorsqu'il y a un climat intermédiaire pendant une période glaciaire, plutôt que pendant une période interglaciaire comme celle d'aujourd'hui, ou pendant la partie la plus froide d'une période glaciaire ? Le groupe de recherche du Dr Ayako Abe-Ouchi (Université de Tokyo) a utilisé un modèle climatique (MIROC) pour reproduire d'abord trois types de conditions climatiques de fond :la période interglaciaire, climat intermédiaire en période glaciaire, et la partie la plus froide d'une période glaciaire. Ils ont effectué une simulation qui a ajouté la même quantité d'eau douce à la partie nord de l'océan Atlantique Nord dans chacune des trois conditions climatiques. Cette simulation a été réalisée à l'aide du supercalculateur Earth Simulator de l'Agence japonaise pour les sciences et technologies marines et terrestres (JAMSTEC). Les résultats de la simulation ont indiqué que la réponse à l'apport d'eau douce est maximisée pendant le climat intermédiaire qui se produit dans les périodes glaciaires, provoquant l'instabilité du climat (Fig. 3 A-C).

Un facteur important affectant l'instabilité climatique est la vulnérabilité de la circulation des eaux profondes de l'Atlantique lors du refroidissement global résultant d'une diminution de la concentration de dioxyde de carbone atmosphérique (Fig. 3 D-E). Jusqu'à maintenant, on pensait que le principal facteur d'instabilité climatique était l'existence et l'instabilité des calottes glaciaires continentales dans l'hémisphère nord, mais cette expérience a révélé que le dioxyde de carbone est un autre facteur important, déterminer non seulement l'état moyen du climat, mais aussi la stabilité à long terme du climat. Ces résultats suggèrent également que la stabilité future dans la période interglaciaire actuelle, qui dure depuis plus de 10, 000 ans, n'est pas garanti. En effet, si une fonte importante de la calotte glaciaire du Groenland se produit en raison du réchauffement anthropique, cela pourrait déstabiliser le climat.

Selon le Dr Kawamura, "En raison des émissions anthropiques, les concentrations atmosphériques de gaz à effet de serre ont atteint un niveau jamais vu au cours du dernier million d'années. Grandes composantes climatiques, comme les calottes glaciaires et les océans avec leur grande taille et leurs longues échelles de temps pour les variations, va sans aucun doute changer. Il deviendra encore plus important de combiner les reconstructions climatiques et les simulations numériques pour les périodes où l'environnement mondial était très différent de ce qu'il est aujourd'hui, comprendre le système Terre en vérifiant ses mécanismes.