Une équipe de scientifiques, dirigé par le Dr Sietske Batenburg du Département des sciences de la Terre de l'Université d'Oxford, en étroite collaboration avec des institutions allemandes et britanniques, ont découvert que l'échange d'eau entre l'Atlantique Nord et l'Atlantique Sud est devenu considérablement plus important il y a cinquante-neuf millions d'années.

Les scientifiques ont fait cette découverte lorsqu'ils ont comparé les signatures isotopiques du néodyme d'échantillons de sédiments d'eau profonde des deux régions de l'Atlantique. Leur article "Major intensification of Atlantic overturning circulation at the onset of Paleogen serre warmer" publié aujourd'hui dans Communication Nature , révèle que la circulation plus vigoureuse associée à une augmentation du CO2 atmosphérique a conduit à un point de basculement climatique. Avec une répartition plus uniforme de la chaleur sur la terre, une phase de refroidissement à long terme a pris fin et le monde s'est dirigé vers une nouvelle période de serre.

Les isotopes du néodyme (Nd) sont utilisés comme traceur des masses d'eau et de leur mélange. Les eaux de surface acquièrent une signature isotopique Nd des masses continentales environnantes à travers les rivières et la poussière soufflée par le vent. Lorsque les eaux de surface s'enfoncent pour former une masse d'eau profonde, ils portent avec eux leur signature isotopique Nd spécifique. Lorsqu'une masse d'eau profonde traverse l'océan et se mélange à d'autres masses d'eau, sa signature isotopique Nd est incorporée dans les sédiments. Les sédiments des grands fonds sont des archives précieuses de la circulation océanique et des climats passés.

L'histoire révélée dans cet article commence à la fin du Crétacé (se terminant il y a 66 millions d'années), quand le monde était entre deux états à effet de serre. Le climat s'était refroidi pendant des dizaines de millions d'années depuis les conditions de pointe des serres du Crétacé moyen, il y a environ 90 millions d'années. Malgré un refroidissement prolongé, les températures et le niveau de la mer à la fin du Crétacé étaient plus élevés qu'aujourd'hui.

Le Dr Sietske Batenburg déclare :« Notre étude est la première à établir comment et quand une connexion en eau profonde s'est formée. Il y a 59 millions d'années, l'océan Atlantique est véritablement devenu une partie de la circulation thermohaline mondiale, le flux qui relie quatre des cinq principaux océans."

L'océan Atlantique était encore jeune, et les bassins de l'Atlantique Nord et Sud étaient moins profonds et plus étroits qu'aujourd'hui. La passerelle équatoriale entre l'Amérique du Sud et l'Afrique n'autorisait qu'un passage peu profond, connexion d'eau de surface pendant une grande partie de la fin du Crétacé. Le volcanisme actif a formé des montagnes et des plateaux sous-marins qui ont bloqué la circulation des eaux profondes. Dans l'Atlantique Sud, la barrière de Walvis Ridge s'est formée au-dessus d'un point chaud volcanique actif. Cette crête était partiellement au-dessus du niveau de la mer et formait une barrière pour l'écoulement des masses d'eau profonde.

Alors que l'océan Atlantique continuait de s'ouvrir, la croûte océanique s'est refroidie et affaissée. Les bassins sont devenus plus profonds et plus larges, et les plateaux et crêtes sous-marins ont coulé, avec la croûte. A un moment donné, les eaux profondes de l'océan Austral ont pu s'écouler vers le nord à travers la dorsale de Walvis et remplir les parties les plus profondes des bassins atlantiques.

Depuis 59 millions d'années, Les signatures d'isotopes Nd de l'Atlantique Nord et Sud étaient remarquablement similaires. Cela peut indiquer qu'une masse d'eau profonde, probablement originaire du sud, s'est frayé un chemin à travers l'océan Atlantique et a rempli le bassin de profondeurs profondes à intermédiaires. L'échange d'eau profonde amélioré, avec l'augmentation du CO2 atmosphérique, peut avoir permis une distribution plus efficace de la chaleur sur la planète.

Cette étude montre que pour comprendre le rôle de la circulation océanique dans les climats de serre passés, il est important de comprendre les différents rôles de la géographie et du climat.

Le taux actuel de changement climatique par les émissions de CO2 provenant de l'activité humaine dépasse de loin le taux de réchauffement des climats à effet de serre passés. L'étude de la circulation océanique au cours de l'intervalle de serre le plus récent dans le passé géologique peut fournir des indices sur la façon dont la circulation océanique pourrait se développer à l'avenir, et comment la chaleur sera distribuée sur la planète par les courants océaniques.

Cette recherche est le résultat d'une collaboration internationale avec la Goethe-University Frankfurt; l'Université Ruprecht-Karls de Heidelberg; le Centre GEOMAR Helmholtz pour la recherche océanique de Kiel; l'Institut fédéral des géosciences et des ressources naturelles à Hanovre; l'Université Royal Holloway de Londres et l'Université d'Oxford.

Les sédiments pour cette étude ont tous été prélevés sur de longues carottes de forage océaniques. L'International Ocean Discovery Program (IODP) coordonne des expéditions scientifiques pour forer le fond océanique afin de récupérer ces sédiments, et stocke les carottes de sédiments afin qu'elles soient disponibles pour l'ensemble de la communauté scientifique.