Une baisse des niveaux de dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère a entraîné un changement fondamental dans le comportement du système climatique de la Terre il y a environ un million d'années, selon de nouvelles recherches menées par l'Université de Southampton.

Une équipe de scientifiques internationaux a utilisé de nouvelles mesures géochimiques, couplé à un modèle du 'système Terre', montrer que la croissance et la nature changeante des calottes glaciaires continentales, il y a environ un million d'années, a coïncidé avec une cascade d'événements qui ont finalement réduit le CO2 atmosphérique pendant les intervalles glaciaires - des périodes où la Terre a connu un froid extrême.

Les chercheurs ont montré que ce changement était essentiel pour déclencher ce que l'on appelle la transition du milieu du pléistocène (MPT), qui a duré environ 400, 000 ans. Le MPT a eu des effets durables sur la fréquence à laquelle la Terre passait entre des périodes de climat chaud et froid, (les 'cycles glaciaires').

Les résultats de l'étude sont publiés dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences .

Pendant la plus grande partie des trois derniers millions d'années, le climat de la Terre a connu un cycle naturel tous les 40, 000 ans à partir d'intervalles glaciaires glaciaires, où la glace continentale couvrait une grande partie de l'Amérique du Nord et de l'Europe, aux climats interglaciaires chauds comme la période préindustrielle, lorsque l'Europe et l'Amérique du Nord étaient en grande partie libres de glace.

Ces cycles glaciaires, également connu sous le nom de Milankovitch Cycles du nom du mathématicien serbe qui les a découverts, sont rythmés par des changements réguliers dans la façon dont la Terre tourne autour du soleil et tourne sur son axe, causé par l'attraction gravitationnelle des autres planètes de notre système solaire. Il y a environ un million d'années, pendant le MPT, la période des cycles passe brusquement à tous les 100, 000 ans. Cependant, cette transition ne s'accompagne pas d'un changement dans la nature des cycles orbitaux et représente donc un défi important pour la théorie de Milankovitch pour expliquer les cycles glaciaires.

Dr Tom Chalk, un post-doctorant à l'Université de Southampton, qui a conjointement dirigé l'étude explique :« Nous savons à partir des bulles de l'ancienne atmosphère piégées dans les carottes de glace de l'Antarctique que les changements du CO2 atmosphérique ont accompagné les cycles glaciaires les plus récents. Le CO2 était faible lorsqu'il faisait froid pendant les glaciaires et il était plus élevé pendant la interglaciaires chauds - de cette manière, il a agi comme un amplificateur clé du forçage climatique relativement mineur des cycles orbitaux. les enregistrements de carottes de glace ne remontent qu'à environ 800, il y a 000 ans et donc ne dépassez pas cet intervalle de transition clé. Afin de mieux comprendre la cause du MPT, nous avions besoin d'un moyen de reconstruire le CO2 plus loin dans le temps."

Pour faire ça, l'équipe a utilisé une technique basée sur la composition isotopique du bore des coquilles d'anciens fossiles marins appelés « foraminifères ». Ce sont de minuscules planctons marins qui vivent près de la surface de la mer et la composition chimique de leurs coquilles microscopiques enregistre les conditions environnementales de l'époque où ils vivaient, il y a des millions d'années.

Professeur Gavin Foster, de l'Université de Southampton, poursuit :« À partir de ces mesures d'isotopes de bore, nous avons pu récupérer un instantané de la variabilité du CO2 atmosphérique il y a environ 1,1 million d'années. Nous avons pu montrer, pour la première fois que, tout comme dans le record de carottes de glace, Le CO2 et le climat variaient en tandem. Il y avait cependant deux différences principales :premièrement, pendant les glaciaires avant le MPT, Le CO2 n'a pas baissé aussi bas que dans le record de carottes de glace après le MPT, restant environ 20-40 parties par million (ppm) plus élevé. Deuxièmement, le système climatique était également plus sensible au changement de CO2 après le MPT qu'avant."

Le système climatique de la Terre est très complexe et les diverses interconnexions entre ses nombreux processus et rétroactions sont mieux comprises dans un cadre de modélisation informatique. Docteur Mathis Hain, un chercheur indépendant du NERC à l'Université de Southampton, a ajouté : « Afin de déterminer pourquoi le CO2 d'âge glaciaire a diminué de 20 à 40 ppm à travers le MPT, nous avons utilisé un modèle biogéochimique. en raison d'un flux réduit de poussière vers l'océan Austral à cette époque. Un flux de poussière plus élevé pendant les intervalles glaciaires plus récents a apporté du fer bien nécessaire dans cette région, stimuler la productivité primaire et la croissance du phytoplancton, emprisonnant plus de CO2 dans les profondeurs de l'océan. On ne sait pas encore exactement pourquoi le climat est devenu plus poussiéreux après le MPT, mais c'est probablement dû au fait que les calottes glaciaires s'agrandissent et modifient la circulation atmosphérique."

Au cours des 20 dernières années, il y a eu de nombreuses idées différentes pour expliquer cette importante transition climatique, certains ont appelé à des changements dans la nature des calottes glaciaires elles-mêmes, d'autres sur l'évolution du CO2 atmosphérique. Ce que montrent les nouvelles données et la modélisation de l'équipe, c'est que ce qui s'est passé en réalité était un mélange des deux types d'idées - le climat et les calottes glaciaires sont devenus plus sensibles, cela a conduit à de plus grandes calottes glaciaires, et cela a conduit à son tour à une réduction accrue du CO2. Comme pour de nombreuses facettes du système Terre, ces changements ont agi dans un cercle vicieux, se nourrissant les uns des autres, en fin de compte des périodes glaciaires plus longues après le MPT.

Il reste encore beaucoup à découvrir sur la façon dont le système terrestre réagit au forçage climatique. Cette étude, cependant, illustre le couplage exquis qui existe dans le système terrestre entre le changement climatique, masse de calotte glaciaire, et les mécanismes de l'océan polaire qui régulent le changement naturel du CO2.