Il existe une nouvelle façon de mesurer la température moyenne de l'océan grâce aux chercheurs de la Scripps Institution of Oceanography de l'Université de Californie à San Diego. Dans un article publié dans le 4 janvier, 2018, numéro de la revue La nature , Le géoscientifique Jeff Severinghaus et ses collègues de Scripps Oceanography et des institutions en Suisse et au Japon ont détaillé leur approche révolutionnaire.

Déterminer les changements dans la température moyenne de l'océan du monde entier s'est avéré être une tâche presque impossible en raison de la répartition des différentes masses d'eau. Chaque couche d'eau peut avoir des températures radicalement différentes, ainsi déterminer la moyenne sur l'ensemble de la surface et des profondeurs de l'océan présente un défi.

Severinghaus et ses collègues ont pu contourner ces obstacles en déterminant indirectement la valeur. Au lieu de mesurer la température de l'eau, ils ont déterminé le rapport des gaz rares dans l'atmosphère, qui sont en relation directe avec la température de l'océan.

"Cette méthode est une façon radicalement nouvelle de mesurer le changement de la chaleur totale des océans, " a déclaré Severinghaus. " Il profite du fait que l'atmosphère est bien mélangée, donc une seule mesure n'importe où dans le monde peut vous donner la réponse."

Dans l'étude, les scientifiques ont mesuré les valeurs des gaz rares argon, krypton, et du xénon dans des bulles d'air capturées à l'intérieur de la glace en Antarctique. Alors que les océans se réchauffent, le krypton et le xénon sont libérés dans l'atmosphère en quantités connues. Le rapport de ces gaz dans l'atmosphère permet donc de calculer la température moyenne globale des océans.

Les mesures ont été prises à partir d'échantillons de glace collectés au cours du projet de carottage de l'inlandsis de l'Antarctique occidental (WAIS) Divide, dont Severinghaus est un chef de file. Au cours de six saisons de terrain en Antarctique, une perceuse a retiré la glace dans des échantillons cylindriques de 3,7 mètres (un peu moins de 9 pieds) de longueur. L'échantillon final a été prélevé à une profondeur de 3, 405 mètres (sur 11, 000 pieds) en 2011. Ce record s'étend sur près de 100, 000 ans et l'âge des couches peut être déterminé à 50 ans près. L'atmosphère terrestre se mélange sur une échelle de semaines à mois, donc une mesure de ces bulles d'air donne ce qui est essentiellement une moyenne globale. Pour cette étude, les scientifiques se sont concentrés sur des échantillons 8, 000 à 22, 000 ans, et collecté des données par incréments d'une résolution moyenne de 250 ans.

De nouvelles informations sur les cycles de glaciation qui se sont produits sur Terre bien avant que les humains ne commencent à affecter la température de l'atmosphère et des océans sont désormais possibles en utilisant la technique de mesure des quantités de gaz rares. L'étude a déterminé que la température mondiale moyenne de l'océan au plus haut de la période glaciaire la plus récente était de 0,9 ºC (33,6 ºF). La température moyenne de l'océan moderne est de 3,5 ºC (38,3 ºF). Les mesures incrémentielles entre ces points de données fournissent une compréhension du climat mondial jamais possible auparavant.

"La raison pour laquelle cette étude est si passionnante est que les méthodes précédentes de reconstruction du contenu thermique des océans ont de très grandes incertitudes d'âge, [qui] adoucit les caractéristiques les plus subtiles du disque, " a déclaré la co-auteur Sarah Shackleton, un étudiant diplômé du laboratoire Severinghaus à Scripps. "Parce que WAIS Divide est si bien daté, c'est la première fois que nous avons pu voir ces traits subtils dans le dossier de la déglaciation. Cela nous aide à mieux comprendre les processus qui contrôlent les changements dans le contenu thermique des océans. »

Cet article est le résultat de quinze années de travail pour Severinghaus, ainsi que des étudiants diplômés et des chercheurs postdoctoraux dans son laboratoire. Discussions avec un autre professeur à Scripps, le scientifique atmosphérique Ralph Keeling, fait naître l'idée. Keeling étudie les niveaux d'argon dans l'atmosphère pour obtenir un record similaire de chaleur océanique remontant à quelques décennies. Cependant, les bulles d'air emprisonnées dans la glace ne préservent pas avec précision les niveaux d'argon. Severinghaus a découvert que le xénon et le krypton sont bien conservés dans les carottes de glace, qui fournit les informations sur la température qui peuvent ensuite être utilisées par les scientifiques qui étudient de nombreux autres aspects des océans et de l'atmosphère terrestres sur des centaines de milliers d'années.

Aller de l'avant, les rapports de ces mêmes gaz rares peuvent être déterminés à partir d'échantillons atmosphériques prélevés n'importe où dans le monde. Par exemple, une mesure de la jetée commémorative Ellen Browning Scripps à La Jolla représente une moyenne mondiale de la température des océans. Severinghaus espère affiner la procédure.

"Notre précision est d'environ 0,2 ºC (0,4 ºF) maintenant, et le réchauffement des 50 dernières années n'est que d'environ 0,1 ºC, " il a dit, ajoutant que l'équipement de pointe peut fournir des mesures plus précises, permettant aux scientifiques d'utiliser cette technique pour suivre la tendance actuelle au réchauffement des océans du monde.

Jusqu'à ce point, les meilleures estimations proviennent du programme Argo, un réseau de plus de 3, 800 flotteurs robotisés répartis dans les océans du monde qui mesurent la température et d'autres propriétés et transmettent les données par satellite.

Scripps exploite le bureau de projet Argo et est l'une des dizaines d'institutions à travers le monde participant depuis sa création en 2000. Les flotteurs, cependant, sont principalement limités aux zones libres de glace et ne descendent qu'à une profondeur de 2, 000 mètres (6, 500 pieds), laissant de vastes zones clés non étudiées dans la quête pour obtenir une moyenne mondiale de la température des océans.

Avec cette étude, Severinghaus et ses collègues ont montré que les mesures des gaz rares dans l'atmosphère fournissent le record historique longtemps recherché par la communauté scientifique, et peut également être optimisé pour mieux comprendre les changements de température des océans modernes.