Une nouvelle analyse internationale des fossiles marins montre que le réchauffement des océans polaires au cours de l'Eocène, une période de serre qui donne un aperçu du futur climat potentiel de la Terre, était plus important qu'on ne le pensait auparavant.

En étudiant la composition chimique des foraminifères fossilisés, de minuscules animaux unicellulaires qui vivaient dans les eaux tropicales peu profondes, une équipe de chercheurs a généré des estimations précises des températures de surface de la mer tropicale et de la chimie de l'eau de mer pendant l'époque éocène, Il y a 56-34 millions d'années. En utilisant ces données, les chercheurs ont affiné les estimations d'études de foram précédentes qui ont capturé les conditions polaires pour montrer que les océans tropicaux se sont considérablement réchauffés à l'Éocène, mais pas autant que les océans polaires.

Surtout, lorsque les modèles climatiques modernes - les mêmes que ceux utilisés dans les récents rapports du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat des Nations Unies - ont été exécutés dans des conditions éocènes, beaucoup n'ont pas pu reproduire ces résultats. Au lieu, les modèles ont systématiquement sous-estimé le réchauffement de l'océan polaire à l'Éocène.

Cet écart peut résulter d'une lacune dans notre compréhension du système climatique ou de ce que nous savons de l'Éocène, dit David Evans, l'auteur principal de l'étude et chercheur Leverhulme à l'École des sciences de la Terre et de l'environnement de l'Université de St Andrews. S'il s'agit bien du système climatique, cela soulève la possibilité que les prédictions du futur réchauffement polaire soient également trop faibles.

"Oui, les tropiques se réchauffent mais loin du même degré que les régions polaires, " a déclaré Evans. " C'est quelque chose que nous devons vraiment être en mesure de comprendre et de reproduire dans les modèles climatiques. Le fait que de nombreux modèles ne soient pas en mesure de le faire pour le moment est inquiétant."

Les chercheurs ont publié leurs résultats cette semaine dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

Les scientifiques se tournent souvent vers l'Éocène pour comprendre comment la Terre réagit à des niveaux plus élevés de dioxyde de carbone. Pendant l'Eocène, la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère était de plus de 560 parties par million, au moins deux fois les niveaux préindustriels, et l'époque a commencé avec une température moyenne mondiale de plus de 8 degrés Celsius - environ 14 degrés Fahrenheit - plus chaude qu'aujourd'hui, se refroidissant progressivement au cours des 22 millions d'années suivantes. Ces caractéristiques font de l'Éocène une bonne période pour tester notre compréhension du système climatique, dit Laura Cotton, co-auteur de l'étude et conservateur de la micropaléontologie au Florida Museum of Natural History.

L'un des défis a été de déterminer avec précision la différence entre les températures de surface de la mer aux pôles et à l'équateur pendant l'Eocène, avec des modèles prédisant des différences plus importantes que les données suggérées.

L'équipe de recherche a utilisé de grands forams de fond comme "paléothermomètres" pour obtenir une lecture plus précise de la température. Les forams ont un historique fossile exceptionnellement long, couvrant plus de 540 millions d'années, et ils sont souvent bien conservés dans les sédiments océaniques. La plupart sont assez petits pour tenir dans le chas d'une aiguille - Cotton les décrit comme "une amibe avec une coquille" - mais ils étaient si abondants à l'Éocène qu'il y a des roches entières qui en sont composées.

"Si vous regardez les pyramides, ils sont pleins de ces minuscules petites choses ressemblant à des lentilles - ce sont des forams, " dit Cotton. " Les anciens Grecs pensaient que les pyramides étaient faites de lentilles fossilisées d'esclaves, mais c'est juste le calcaire d'un de ces gisements qui en est absolument rempli."

Les forams forment leurs coquilles de concert avec les températures et la chimie des océans, agissant comme de minuscules capsules temporelles, chacun contenant un enregistrement précis de la température et de la chimie des océans au cours de sa durée de vie. Leurs coquilles sont principalement faites de calcium, carbone et oxygène. Les isotopes lourds du carbone et de l'oxygène se lient ensemble comme un foram fait sa coquille - plus la température est froide, plus ils se lient les uns aux autres.

En analysant ces isotopes agglutinés à partir de spécimens fossiles trouvés en Inde, Indonésie et Tanzanie, les chercheurs ont pu obtenir une lecture précise de la température de surface de la mer à travers les tropiques de l'éocène. Ils ont également creusé au laser un petit trou dans chaque spécimen pour mesurer la quantité de magnésium et de calcium qui s'est vaporisée, révélant la chimie de l'eau de mer.

Ils ont découvert que la température de surface de la mer tropicale à l'Éocène était d'environ 6 degrés Celsius - environ 10 degrés Fahrenheit - plus chaude qu'aujourd'hui.

"C'était la première fois que nous disposions d'échantillons suffisamment bons et cette méthode était suffisamment connue pour que tout puisse se réunir, " dit Coton.

L'équipe a ensuite utilisé son ensemble de données des tropiques pour recalculer la température et la chimie des océans polaires, s'appuyant sur des études antérieures de forams qui ont capturé les conditions de ces régions.

Avec ce facteur de correction en place, ils ont étudié le degré auquel les océans polaires se sont réchauffés plus que les tropiques, une caractéristique du système climatique connue sous le nom d'amplification polaire. Leurs données ont montré que la différence entre les températures de surface de la mer polaire et équatoriale à l'Éocène était d'environ 20 degrés Celsius, environ 36 degrés Fahrenheit. Aujourd'hui, la différence est de 28 degrés Celsius, indiquant que les régions polaires sont plus sensibles aux augmentations de dioxyde de carbone atmosphérique que les tropiques.

De façon troublante, dit Evans, lorsque l'équipe a comparé ses données avec divers modèles climatiques modernes dans des conditions éocènes, la plupart des modèles ont sous-estimé l'amplification polaire d'environ 50 pour cent.

Les deux modèles les plus proches de la reproduction des données de l'équipe avaient un aspect clé en commun :ils ont modifié la façon dont ils ont pris en compte la formation des nuages ​​et la longévité des nuages ​​dans l'atmosphère, notamment dans les régions polaires.

"À nous, qui s'annonce comme une direction de recherche prometteuse, " a-t-il dit. " Si - et c'est un grand si - cela s'avère être la bonne voie à suivre, qui pourraient jouer dans les modèles que nous utilisons pour nos futures prévisions climatiques. »