Bien avant que les humains ne commencent à injecter du dioxyde de carbone dans l'atmosphère en brûlant des combustibles fossiles comme le pétrole, gaz, et du charbon, le niveau de CO2 atmosphérique a augmenté de manière significative alors que la Terre sortait de sa dernière période glaciaire. De nombreux scientifiques soupçonnent depuis longtemps que la source de ce carbone provenait des profondeurs marines.

Mais les chercheurs n'ont pas été en mesure de documenter comment le carbone est sorti de l'océan et dans l'atmosphère. Il est resté l'un des mystères les plus importants de la science.

Une nouvelle étude, publié aujourd'hui dans la revue Géosciences de la nature , fournit certaines des preuves les plus convaincantes de la façon dont cela s'est produit – un « rinçage » de l'océan Pacifique profond causé par l'accélération des schémas de circulation de l'eau qui commencent autour de l'Antarctique.

La préoccupation, les chercheurs disent, est-ce que cela pourrait se reproduire, potentiellement amplifier et accélérer le changement climatique causé par l'homme.

« L'océan Pacifique est grand et vous pouvez stocker beaucoup de choses là-bas – c'est un peu comme la cave à légumes de grand-mère – les choses s'y accumulent et parfois ne sont pas nettoyées, " a déclaré Alan Mix, un océanographe de l'Oregon State University et co-auteur de l'étude. "Nous savons que le CO2 dans l'atmosphère est monté et descendu dans le passé, nous savons que cela faisait partie des grands changements climatiques, et nous pensions qu'il venait des profondeurs de l'océan.

"Mais il n'a pas été clair comment le carbone est réellement sorti de l'océan pour provoquer l'augmentation du CO2.

Auteur principal Jianghui Du, doctorant en océanographie à l'Oregon State, a déclaré qu'il existe un modèle de circulation dans le Pacifique qui commence avec l'eau autour de l'Antarctique qui coule et se déplace vers le nord à une grande profondeur à quelques kilomètres sous la surface. Il continue jusqu'en Alaska, où il monte, retourne vers le sud, et reflue vers l'Antarctique où il se mélange à la surface de la mer.

L'aller-retour de l'eau dans l'abîme prend beaucoup de temps - près de 1, 000 ans, Du dit. Avec le reste de l'équipe de l'OSU, Du a constaté que l'écoulement ralentissait pendant les maximums glaciaires mais s'accélérait pendant la déglaciation, alors que la Terre se réchauffait. Ce flux plus rapide a évacué le carbone des profondeurs de l'océan Pacifique, nettoyant la cave à racines de grand-mère, et fait remonter le CO2 à la surface près de l'Antarctique. Là, il a été libéré dans l'atmosphère.

"Cela s'est passé à peu près en deux étapes lors de la dernière déglaciation - une phase initiale à partir du 18, 000 à 15, il y a 000 ans, lorsque le CO2 a augmenté d'environ 50 parties par million, et une deuxième impulsion plus tard a ajouté 30 autres parties par million, ", a déclaré Du. Ce total est juste un peu inférieur à la quantité de CO2 qui a augmenté depuis la révolution industrielle. L'océan peut donc être une puissante source de carbone.

Brian Haley, également océanographe de l'Oregon State University et co-auteur de l'étude, a noté que le carbone tombe toujours dans les profondeurs de l'océan. Près de la surface, le plancton grandit, mais quand ils meurent, ils coulent et se décomposent. C'est une pompe biologique qui envoie toujours du carbone au fond. « Plus la circulation est lente, " Haley a dit, "plus l'eau y passe de temps, et le carbone peut s'accumuler."

Du a dit que pendant un maximum glaciaire, l'eau ralentit et accumule beaucoup de carbone. "Quand la Terre a commencé à se réchauffer, le mouvement de l'eau a été multiplié par trois environ, " il a noté, "et ce carbone est revenu à la surface."

La clé de la découverte des chercheurs est l'analyse des isotopes du néodyme dans les carottes de sédiments du Pacifique Nord. Haley a noté que les isotopes sont "comme une étiquette d'adresse de retour sur une lettre de l'océan profond". Lorsque le rapport de l'isotope 143 à 144 est plus élevé dans les sédiments, le mouvement de l'eau pendant cette période était plus lent. Lorsque le mouvement de l'eau s'accélère lors d'événements de réchauffement, le rapport des isotopes du néodyme reflète cela aussi.

"Cette découverte que la circulation profonde s'est accélérée est le pistolet fumant dans cette histoire mystérieuse sur la façon dont le CO2 est sorti dans les profondeurs marines, " dit Mix. " Nous savons maintenant comment c'est arrivé, et le Pacifique profond est le coupable – un partenaire criminel avec l'Antarctique. »

Ce qui inquiète les chercheurs, c'est que cela pourrait se reproduire à mesure que le climat continue de se réchauffer.

"Nous ne savons pas si la circulation s'accélérera et ramènera ce carbone à la surface, mais cela semble être une chose raisonnable à laquelle penser, ", a déclaré Du. "Notre preuve que cela s'est réellement produit dans le passé aidera les personnes qui dirigent des modèles climatiques à déterminer s'il s'agit d'un risque réel pour l'avenir."

Les chercheurs disent que leurs conclusions devraient être considérées d'un point de vue politique.

"Jusqu'à présent, l'océan a absorbé environ un tiers du carbone total émis par les combustibles fossiles, " Mix a déclaré. "Cela a aidé à ralentir le réchauffement. L'Accord de Paris sur le climat a fixé des objectifs de contenir le réchauffement à 1,5 à 2 degrés (Celsius) et nous savons assez bien combien de carbone peut être libéré dans l'atmosphère tout en maintenant ce niveau.

"Mais si l'océan cesse d'absorber l'excès de CO2, et libère à la place plus de la mer profonde, cela signifie des ennuis. Les rejets dans l'océan seraient soustraits à notre budget d'émissions restant et cela signifie que nous devrons réduire nos émissions beaucoup plus rapidement. Nous devons déterminer combien. »