Des diatomées comme celle-ci, plantes microscopiques à coquilles de silice, piégées des traces d'azote dans leurs coquilles au fur et à mesure de leur croissance. Les chercheurs du Sigman Lab de l'Université de Princeton ont pu extraire cette minuscule quantité d'azote d'innombrables diatomées fossiles et créer un modèle pour l'activité de l'océan Austral pendant l'Holocène. une période qui a commencé vers le 11 il y a 000 ans. Cette diatomée centrée, photographié au microscope, mesure environ 70 microns de diamètre et vivait dans l'océan Indien Austral pendant l'Holocène. Crédit :Anja Studer, Institut Max Planck de chimie
Les océans sont le dépôt le plus important de la planète pour le dioxyde de carbone atmosphérique sur des échelles de temps allant de décennies à des millénaires. Mais le processus de verrouillage des gaz à effet de serre est affaibli par l'activité de l'océan Austral, donc une augmentation de son activité pourrait expliquer la mystérieuse chaleur du passé 11, 000 ans, une équipe internationale de chercheurs rapporte.
La chaleur de cette période a été stabilisée par une augmentation progressive des niveaux mondiaux de dioxyde de carbone, comprendre la raison de cette hausse est donc d'un grand intérêt, dit Daniel Sigman, le professeur Dusenbury de sciences géologiques et géophysiques à Princeton.
Les scientifiques ont proposé diverses hypothèses pour cette augmentation du dioxyde de carbone, mais sa cause ultime est restée inconnue. Maintenant, une collaboration internationale dirigée par des scientifiques de Princeton et du Max Planck Institute for Chemistry indique une augmentation de l'upwelling de l'océan Austral. Leurs recherches sont publiées dans le numéro actuel de la revue Géosciences de la nature .
"Nous pensons que nous avons peut-être trouvé la réponse, " a déclaré Sigman. " La circulation accrue dans l'océan Austral a permis au dioxyde de carbone de s'échapper dans l'atmosphère, travailler pour réchauffer la planète."
Leurs découvertes sur les changements océaniques pourraient également avoir des implications pour prédire comment le réchauffement climatique affectera la circulation océanique et combien de dioxyde de carbone atmosphérique augmentera en raison de la combustion de combustibles fossiles.
Pendant des années, les chercheurs savent que la croissance et le naufrage du phytoplancton pompent du dioxyde de carbone profondément dans l'océan, un processus souvent appelé « pompe biologique ». La pompe biologique est entraînée principalement par l'océan à basse latitude mais se défait plus près des pôles, où le dioxyde de carbone est rejeté dans l'atmosphère par l'exposition rapide des eaux profondes à la surface, dit Sigman. Le pire contrevenant est l'océan Austral, qui entoure l'Antarctique. « On parle souvent de l'océan Austral comme d'une fuite dans la pompe biologique, " a déclaré Sigman.
Sigman et ses collègues ont découvert qu'une augmentation de l'upwelling de l'océan Austral pourrait être responsable de la stabilisation du climat de l'Holocène, la période atteignant plus de 10, 000 ans avant la révolution industrielle.
Des chercheurs du Sigman Lab de l'Université de Princeton ont extrait des traces d'azote des fossiles pour créer un modèle de l'activité de l'océan Austral pendant l'Holocène, une période chaude qui a commencé vers le 11 il y a 000 ans, au cours de laquelle l'agriculture et la civilisation humaine ont prospéré. Les fossiles qu'ils ont étudiés comprenaient (de gauche à droite) :le foraminifère planctonique Globigerina bulloides, une diatomée centrée, et le corail des grands fonds Desmophyllum dianthus. Crédit :De gauche à droite :Ralf Schiebel, Institut Max Planck de chimie; Anja Studer, Institut Max Planck de chimie; Dann Blackwood, Commission géologique des États-Unis
La plupart des scientifiques conviennent que la chaleur de l'Holocène était essentielle au développement de la civilisation humaine. L'Holocène était une "période interglaciaire, " l'un des rares intervalles de climat chaud qui se sont produits au cours des cycles glaciaires du dernier million d'années. Le recul des glaciers a ouvert un paysage plus vaste pour l'homme, et les concentrations plus élevées de dioxyde de carbone dans l'atmosphère ont rendu l'agriculture plus productive, ce qui a permis aux gens de réduire leurs activités de chasseurs-cueilleurs et de construire des établissements permanents.
L'Holocène différait des autres périodes interglaciaires de plusieurs manières clés, disent les chercheurs. Pour un, son climat était exceptionnellement stable, sans la tendance majeure au refroidissement typique des autres interglaciaires. Deuxièmement, the concentration of carbon dioxide in the atmosphere rose about 20 parts per million (ppm), from 260 ppm in the early Holocene to 280 ppm in the late Holocene, whereas carbon dioxide was typically stable or declined over other interglacial periods.
En comparaison, since the beginning of industrialization until now, the carbon dioxide concentration in the atmosphere has increased from 280 to more than 400 ppm as a consequence of burning fossil fuels.
"In this context, the 20 ppm increase observed during the Holocene may seem small, " said Sigman. "However, scientists think that this small but significant rise played a key role in preventing progressive cooling over the Holocene, which may have facilitated the development of complex human civilizations."
In order to study the potential causes of the Holocene carbon dioxide rise, the researchers investigated three types of fossils from several different areas of the Southern Ocean:diatoms and foraminifers, both shelled microorganisms found in the oceans, and deep-sea corals.
From the nitrogen isotope ratios of the trace organic matter trapped in the mineral walls of these fossils, the scientists were able to reconstruct the evolution of nutrient concentrations in Southern Ocean surface waters over the past 10, 000 ans.
"The method we used to analyze the fossils is unique and provides a new way to study past changes in ocean conditions, " says Anja Studer, premier auteur de l'étude, who performed the research while a graduate student working with Sigman's lab.
The fossil-bound nitrogen isotope measurements indicate that during the Holocene, increasing amounts of water, rich in nutrients and carbon dioxide, welled up from the deep ocean to the surface of the Southern Ocean. While the cause for the increased upwelling is not yet clear, the most likely process appears to be a change in the "Roaring 40s, " a belt of eastward-blowing winds that encircle Antarctica.
Because of the enhanced Southern Ocean upwelling, the biological pump weakened over the Holocene, allowing more carbon dioxide to leak from the deep ocean into the atmosphere and thus possibly explaining the 20 ppm rise in atmospheric carbon dioxide.
"This process is allowing some of that deeply stored carbon dioxide to invade back to the atmosphere, " said Sigman. "We're essentially punching holes in the membrane of the biological pump."
The increase in atmospheric carbon dioxide levels over the Holocene worked to counter the tendency for gradual cooling that dominated most previous interglacials. Ainsi, the new results suggest that the ocean may have been responsible for the "special stability" of the Holocene climate.
The same processes are at work today:The absorption of carbon by the ocean is slowing the rise in atmospheric carbon dioxide produced by fossil fuel burning, and the upwelling of the Southern Ocean is still allowing some of that carbon dioxide to vent back into the atmosphere.
"If the findings from the Holocene can be used to predict how Southern Ocean upwelling will change in the future, it will improve our ability to forecast changes in atmospheric carbon dioxide and thus in global climate, " said Sigman.
