Une nouvelle étude publiée dans Lettres de recherche géophysique montre que le soi-disant petit âge glaciaire, une période s'étendant de 1500 à 1850, au cours de laquelle les températures moyennes dans l'hémisphère nord étaient considérablement inférieures à ce qu'elles étaient actuellement - ont exercé des effets sur le climat de l'Amérique du Sud.

Sur la base d'une analyse des spéléothèmes (formations de grottes) dans les États brésiliens du Mato Grosso do Sul et de Goiás, l'étude a révélé qu'aux XVIIe et XVIIIe siècles, le climat du sud-ouest du Brésil était plus humide qu'aujourd'hui, par exemple, tandis que celle de la région nord-est du pays était plus sèche.

Les mêmes enregistrements de grottes brésiliennes ont montré que le climat était plus sec au Brésil entre 900 et 1100 pendant une période connue sous le nom d'anomalie climatique médiévale (MCA), lorsque le climat de l'hémisphère nord était plus chaud qu'il ne l'est maintenant.

Les auteurs de l'étude sont le physicien Valdir Felipe Novello et le géologue Francisco William Cruz, chercheurs de l'Institut de géosciences de l'Université de São Paulo (IGC-USP), en collaboration avec des collègues au Brésil, les États-Unis et la Chine. L'étude a détecté des périodes sèches et humides dans le paléoclimat brésilien en analysant les isotopes de l'oxygène dans les molécules de carbonate de calcium trouvées dans les spéléothèmes. "Dans le groupe du professeur Cruz, nous avons voyagé à travers le Brésil pour collecter des échantillons de roches rupestres. La composition des isotopes de l'oxygène dans le carbonate de calcium déposé au cours des siècles et des millénaires pour former des spéléothèmes [stalagmites et stalactites] montre si le climat était plus sec ou plus humide dans le passé, " a déclaré Novelo.

Isotopes de saison sèche et humide

Les isotopes sont des variantes d'un élément chimique. Alors que tous les isotopes d'un élément ont le même nombre de protons dans chaque atome, différents isotopes ont des nombres de neutrons différents. Par exemple, oxygène 16 ( ¹⁶ O) a huit protons et huit neutrons, tandis que l'oxygène 18 ( ¹⁸ O) a huit protons et dix neutrons.

"Dans la nature, il y a environ un atome d'oxygène 18 pour chaque 1, 000 atomes d'oxygène 16, " expliqua Novello. ¹⁸ O est plus lourd que ¹⁶ , alors quand il commence à pleuvoir, molécules d'eau avec ¹⁸ O précipite d'abord.

Par conséquent, La quantité de ¹⁶ O dans le nuage de pluie augmente par rapport à la quantité de ¹⁸ , qui diminue nécessairement puisque la plupart des ¹⁸ O se précipite sous forme de pluie. "Quand il pleut beaucoup, le profil isotopique de la pluie change, " a déclaré Novello.

Pour déterminer comment les changements dans les régimes pluviométriques passés peuvent être mesurés, Novello et Cruz ont analysé les enregistrements de la ¹⁶ O/ ¹⁸ Rapport O conservé dans le carbonate de calcium du spéléothème.

Les grottes se forment lors de longues périodes pluvieuses dans les régions karstiques, un type de paysage comprenant des roches carbonatiques telles que le calcaire. L'eau de pluie entre en contact avec le gaz carbonique (CO2) dissous dans l'air et le sol. Le résultat de cette réaction chimique est une eau légèrement acide, qui pénètre dans le sol jusqu'à atteindre la roche calcaire souterraine.

La roche calcaire est insoluble dans l'eau à pH neutre mais se dissout en présence d'eau acide (qui a un pH modérément bas), conduisant à la formation des vides souterrains naturels que nous appelons des grottes.

Les chercheurs ont expliqué que les spéléothèmes se forment lorsque l'eau de pluie chargée de carbonate de calcium qui a pénétré le sol atteint le toit de la grotte. Des gouttes lentes et continues sur des milliers d'années précipitent le carbonate de calcium dissous dans chaque goutte sous forme de spéléothèmes, comme des stalactites suspendues au toit de la grotte et comme des stalagmites s'élevant du sol.

Tout carbonate de calcium précipité du toit se dépose sur le sol en couches qui s'accumulent pour former des stalagmites. Les spéléothèmes préservent la signature isotopique de l'oxygène de la pluie tombée au moment du dépôt de chaque couche de carbonate de calcium.

"Donc, dans une région à fortes précipitations, par exemple, vous avez tendance à trouver des spéléothèmes avec des séquences de couches contenant moins ¹⁸ O. Inversement, dans les régions au climat sec, la petite quantité de précipitations contient plus ¹⁸ O. Lorsque cette eau pénètre dans le sol et dissout le carbonate de calcium, il finit par créer des spéléothèmes avec un niveau de ¹⁸ O."

Datation des roches et analyse isotopique

Novello a collecté des échantillons de roche de deux stalagmites dans la grotte de Jaraguá, près de Bonito, Mato Grosso do Sul, et des stalagmites de la grotte de São Bernardo et de la grotte de São Mateus, situé dans le parc d'État de Terra Ronca, Goias.

Deux échantillons de deux stalagmites différentes ont été collectés dans la grotte de Jaraguá. L'un d'eux a grandi en continu pendant 800 ans selon la datation uranium-thorium, entre 1190 et 2000, une période qui comprenait la LIA. L'autre échantillon a grandi en continu en 442-1451, une période qui comprenait le MCA.

A Goiás, Novello a collecté un échantillon de roche de la grotte de São Bernardo qui couvrait la période 1123-2010, qui comprenait la LIA. La grotte de São Mateus a livré un échantillon daté de la période 264-1201, qui comprenait le MCA.

L'étude a montré que la ¹⁸ Le profil O des échantillons de la grotte de Jaraguá affichait une baisse des niveaux d'oxygène au cours de la période 400-1400, suggérant un climat modérément humide dans le centre du Brésil au cours de la période (qui comprenait le MCA dans l'hémisphère nord).

Niveaux de ¹⁸ O dans les échantillons de la grotte de Jaraguá est tombé entre 1400 et 1770, reflétant une augmentation de l'humidité au cours de la période (qui comprenait le LIA dans l'hémisphère nord), mais a augmenté entre 1770 et 1950, en fonction de la baisse de l'humidité.

Une analyse similaire des échantillons de la grotte de São Bernardo et de la grotte de São Mateus à Goiás n'a montré aucune tendance claire, mais il y avait un certain nombre de longues périodes humides, principalement 680-780 et 1290-1350, avec des pointes en 1050, 1175 et 1490.

D'autre part, la période humide documentée par l'enregistrement de la grotte de Jaraguá pendant la LIA en 1500-1850 est cohérente avec les conditions humides favorisées par le passage de la zone de convergence de l'Atlantique Sud (SACZ), un grand système nuageux avec une orientation nord-ouest-sud-est qui s'étend du sud de l'Amazonie au centre de l'Atlantique Sud en été.

"Le SACZ est la masse nuageuse responsable des longues périodes de pluie qui se produisent dans la région du sud-est du Brésil. Les isotopes racontent toute l'histoire de cette masse humide et de son mouvement à travers le continent, " a déclaré Novello.

Dans une étude précédente utilisant des enregistrements isotopiques de grottes dans la région nord-est du Brésil (à Iraquara, Bahia), Novello avait déduit qu'un climat plus sec régnait pendant la LIA dans cette région, qui est en dehors de la SACZ.

"Les données des spéléothèmes de Bonito, associé aux données paléoclimatiques connues du Pérou, montrer que pendant le LIA, la SACZ a plus souvent calé plus au sud-ouest sur une zone qui s'étend du Pérou à São Paulo en passant par le Mato Grosso do Sul, " dit-il. " D'un autre côté, les données des grottes de Goiás et Iraquara suggèrent que le SACZ n'a pas atteint Goiás, Bahia et le Nord-Est pendant la LIA, mais est resté sur le sud-est. Par conséquent, le Nord-Est est devenu plus sec."

Bien que les enregistrements des deux grottes de Goiás (et de trois autres grottes) n'aient montré aucun changement significatif dans la proportion moyenne de ¹⁸ O durant les périodes qui incluaient le MCA et le LIA, ils ont mis en évidence une forte variabilité sur une échelle de temps multidécennale à centennale au cours de la période de transition du MCA au LIA (1100-1500).

Zones de convergence

"Il y a une cohérence entre les changements climatiques en Amérique du Sud et les données climatiques de l'hémisphère nord, " dit Cruz, chercheur principal pour le projet financé par la FAPESP. "Le climat de la Terre est entièrement interconnecté. S'il y a des anomalies dans les régions de haute latitude, cela se reflétera sous les tropiques."

"Quand on regarde les données paléoclimatiques pour la période correspondant au LIA, on voit plus froid en Amérique du Sud, mais les modèles de précipitations ont changé, " a déclaré Novello. À partir de ces informations, on peut conclure que si le climat se refroidit dans l'hémisphère nord, il pleut davantage dans l'hémisphère sud. La convergence de l'humidité finit par se déplacer vers le sud. Inversement, quand le climat se réchauffe dans l'hémisphère nord, il pleut moins dans l'hémisphère sud.

« Dans les régions équatoriales, il y a une ceinture de nuages ​​appelée la zone de convergence intertropicale. Son emplacement correspond à la zone où la surface de l'océan est plus chaude. Cette région plus chaude crée une zone de basse pression vers laquelle converge toute l'humidité, et ainsi plus de pluie tombe."

Pendant le LIA, lorsque la différence entre le climat plus frais de l'hémisphère nord et le climat plus chaud de l'hémisphère sud était plus grande, les vents qui ont convergé de l'hémisphère nord vers la zone de convergence intertropicale (ITCZ) ont transporté plus d'humidité qu'ils ne le font maintenant. Cette plus grande humidité a contribué à une augmentation du volume de nuages ​​dans le FIT, qui avançait d'est en ouest au-dessus de l'équateur de l'Atlantique à l'Amazone, où il a commencé à pleuvoir à torrents. C'était à l'époque où tous les ¹⁸ L'O contenu dans les nuages ​​a précipité.

"Le refroidissement de l'Atlantique Nord pendant le LIA a intensifié les alizés du nord-est, ce qui a favorisé le transport de l'humidité vers l'Amazonie. C'est l'inverse de ce qui se passe les années où les alizés de nord-est sont moins intenses :ce sont généralement des années plus sèches, " dit Cruz.

Une fois que les masses nuageuses de l'ITCZ atteignent l'Amazonie, ils apportent une humidité plus riche en ¹⁶ O à la SACZ. La quantité supplémentaire de cet isotope est enregistrée par des spéléothèmes.

Au cours de la MCA, le climat plus chaud de l'hémisphère nord a formé une zone de basse pression vers laquelle les vents humides ont convergé de l'Atlantique Sud. "L'ITCZ s'est déplacé plus au nord. Toute l'Amérique du Sud est devenue plus sèche, " dit Cruz.