Des chercheurs de l'Université de Syracuse se tournent vers le passé géologique pour faire des projections futures sur le changement climatique.

Christophe K. Junium, professeur assistant en sciences de la Terre au Collège des Arts et des Sciences (A&S), est l'auteur principal d'une étude qui utilise la composition isotopique de l'azote des sédiments pour comprendre les changements des conditions marines au cours du maximum thermique paléocène-éocène (PETM), une brève période de réchauffement climatique rapide il y a environ 56 millions d'années.

L'équipe de Junium, qui comprend Benjamin T. Uveges G'17, un doctorat candidat en A&S, et Alexander J. Dickson, maître de conférences en géochimie au Royal Holloway de l'Université de Londres, a publié un article sur le sujet dans Communication Nature .

Leurs recherches portent sur l'ancien océan Téthys (site de l'actuelle mer Méditerranée) et fournissent une référence pour les modèles climatiques et océaniques actuels et futurs.

"L'enregistrement des isotopes d'azote démontre que les conditions [anoxiques] sans oxygène se sont déclenchées rapidement au début du PETM, changer la façon dont les nutriments importants, comme l'azote, ont été recyclés, " dit Junium, un géochimiste sédimentaire et organique. "L'ampleur de ce changement isotopique de l'azote est similaire à celles observées pendant les intervalles de réchauffement rapide de l'ère mésozoïque [il y a 252 millions à 66 millions d'années], lorsque de vastes zones de la Téthys et des océans Atlantique se sont appauvries en oxygène, en dessous de la surface.

Un tel épuisement, connu sous le nom de désoxygénation, déclenché des événements anoxiques océaniques (OAE) dans la Téthys orientale pendant l'ère mésozoïque. Les scientifiques pensent que les OAE ont coïncidé avec des changements rapides dans le climat de l'ancienne Terre et la circulation océanique, des changements marqués par un afflux de dioxyde de carbone provenant de périodes de volcanisme intense.

"Alors que la cause exacte du PETM est un domaine de débat actif, nous sommes certains que les puissants gaz à effet de serre, y compris le dioxyde de carbone et le méthane, contribué au réchauffement global, " dit Junium.

Le sort de l'océan Téthys et des zones qui l'entourent pendant le PETM a fait l'objet de nombreuses spéculations de la part des paléoclimatologues, notamment Dickson, qui a beaucoup écrit à ce sujet. Lui et Junium sont convaincus qu'une panoplie de facteurs, dont l'acidification des océans, pluies intenses et intempéries sur terre, et un afflux de nutriments (par exemple, azote, phosphore et soufre) provenant des rejets fluviaux – préparent le terrain pour la désoxygénation. Semblable à ce qui se passe aujourd'hui.

"Les systèmes marins côtiers peuvent être plus vulnérables aux conditions de type OAE qu'on ne le pensait auparavant, " dit Junium. " C'est particulièrement le cas dans les bassins fermés, comme la mer Baltique, ou à proximité de grands systèmes fluviaux, dont le Mississippi, qui subissent des influences majeures de l'activité anthropique. ... L'expansion des eaux anoxiques, surtout pendant les mois d'été, impacte les communautés marines, ainsi que ceux qui dépendent des zones côtières pour leurs sources de nourriture, pêche commerciale ou récréative.

En s'appuyant sur les données de l'ancien système de la rivière Kheu dans le sud de la Russie, Junium et ses collègues ont confirmé que le cycle de l'azote de la Téthys orientale a subi une "réorganisation majeure" au cours du PETM. "Les perturbations du cycle de l'azote peuvent avoir des conséquences généralisées, " dit Junium, se référant au processus dans lequel l'azote passe d'une forme à une autre, en circulant dans l'atmosphère, les écosystèmes terrestres et marins. "L'azote est essentiel à la vie sur Terre."

Les recherches du groupe vont plus loin. Les variations des données isotopiques de l'azote du Kheu suggèrent des épisodes dans lesquels les conditions anoxiques se sont relâchées, provoquant le mélange de l'oxygène dans la colonne d'eau.

"La transition entre des conditions sans oxygène et à faible teneur en oxygène dans l'océan Téthys pendant le PETM a peut-être créé des conditions qui ont favorisé une production accrue d'oxyde nitreux, un puissant gaz à effet de serre produit par des microbes à de très faibles concentrations d'oxygène, " explique Junium. " L'étude des conditions qui ont favorisé la production d'oxyde nitreux [pendant le PETM] nous permet de calibrer les modèles actuels et futurs du système terrestre. Le réchauffement ne se limite pas à l'augmentation des concentrations de dioxyde de carbone."

Le protoxyde d'azote fournit une intéressante, bien que spéculative à la recherche du groupe parce que le gaz ne peut pas être mesuré directement dans la roche ancienne. "Je pense que nous pouvons plaider pour savoir si les conditions pendant le PETM ont favorisé ou non une augmentation de la production, " dit Junium.

Dickson est d'accord, ajoutant que la simple suggestion d'oxyde nitreux contribuant au réchauffement climatique pendant le PETM est "fascinante".

"Des événements tels que le PETM sont parmi les meilleurs analogues géologiques que nous ayons pour un monde plus chaud. Et pourtant, pendant des années, une explication satisfaisante de la façon dont les moteurs climatiques de ces événements anciens ont interagi pour produire le niveau de réchauffement observé a échappé aux modélisateurs climatiques, " dit Dickson. " La suggestion d'une rétroaction d'oxyde nitreux sur le réchauffement climatique ajoute une nouvelle couche d'intrigue à cette discussion et met en évidence le rôle qu'un changement du cycle de l'azote pourrait avoir sur notre future Terre. "

Junium pense que son équipe est sur la bonne voie. Alors que les concentrations de dioxyde de carbone approchent dangereusement de 400 parties par million (niveaux jamais atteints depuis trois millions d'années), ils sont conscients que le réchauffement va continuer à augmenter. Les implications écologiques et sociétales pourraient être énormes.

Naviguer sur un tel terrain, Junium dit, nécessite de meilleures prévisions basées sur des modèles pour le réchauffement climatique.

"En effet, il existe des lacunes dans notre compréhension entre les mondes modèles et les mondes fossiles. Le passé nous permet de tester et d'affiner les modèles sur lesquels se fondent les projections futures. Cela nous aide également à déterminer quels processus manquent à nos modèles actuels du système Terre, " dit-il. " Ces éléments combinés nous aident à comprendre et à nous préparer à ce qui se profile à l'horizon.