Au cours du dernier million d'années, les périodes glaciaires se sont intensifiées et allongées. Selon une étude menée par l'Université de Berne, cette transition climatique jusque-là inexpliquée coïncide avec une diminution du mélange entre eaux profondes et eaux de surface dans l'océan Austral. L'étude confirme que la région de l'Antarctique joue un rôle crucial pendant les périodes de changement climatique.

Une analyse de sédiments marins collectés à plus de 2 km de profondeur vient d'apporter une réponse à l'une des énigmes de l'histoire du climat terrestre :la transition du Pléistocène moyen, qui a commencé il y a environ un million d'années. Après, les périodes glaciaires se sont allongées et intensifiées, et la fréquence de leurs cycles est passée de 40, 000 ans à 100, 000 ans. L'étude, paru dans le journal Science , montre que l'une des clés de ce phénomène réside dans les eaux profondes de l'océan Austral entourant l'Antarctique.

Les eaux océaniques contiennent 60 fois plus de carbone que l'atmosphère. Par conséquent, petites variations du dioxyde de carbone (CO 2 ) la concentration des eaux joue un rôle majeur dans les transitions climatiques. Dirigé par Samuel Jaccard, Professeur FNS à l'Université de Berne, la nouvelle étude a retracé l'évolution du mélange entre les eaux profondes et de surface dans l'océan Austral. Le mélange est un facteur majeur du système climatique mondial, car il apporte du CO océanique 2 à la surface, où il s'échappe dans l'atmosphère.

Les résultats montrent que le mélange a été considérablement réduit à la fin de la transition du Pléistocène moyen, environ 600, il y a 000 ans. De plus, ils expliquent comment le mélange réduit a diminué la quantité de CO 2 libéré par l'océan, ce qui à son tour a réduit l'effet de serre et intensifié les périodes glaciaires. L'étude met ainsi en lumière des mécanismes de rétroaction capables de ralentir ou d'accélérer significativement le changement climatique en cours.

"La dynamique du système climatique mondial est très complexe", dit Samuel Jaccard. "Concentrations de gaz à effet de serre atmosphériques, surtout le CO 2 , joue un rôle important. Ils sont évidemment liés aux émissions dues aux activités humaines, mais aussi aux phénomènes naturels et surtout au dégazage du dioxyde de carbone contenu dans les océans. Le mélange joue un rôle très important dans ce cas, car il apporte le CO dissous 2 des eaux profondes à la surface, d'où il est transféré dans l'atmosphère et contribue à l'effet de serre. Une meilleure compréhension de ces phénomènes est cruciale, car ils sont aussi un facteur du réchauffement climatique actuel.

Conséquences pour le réchauffement climatique

Les chercheurs ont déterminé la différence de salinité et de température entre les eaux de surface et les eaux profondes, car ces deux facteurs déterminent l'intensité du mélange, entre autres. Les résultats montrent que deux processus opposés se sont intensifiés au cours de la transition climatique vers des périodes glaciaires plus longues :les eaux de surface sont devenues simultanément plus froides et moins salées.

Par conséquent, le mélange des couches a considérablement diminué au cours des périodes glaciaires. En réduisant la quantité de CO 2 rejetée par les océans dans l'atmosphère, ce phénomène a permis d'atténuer l'effet de serre et de prolonger un climat froid, inaugurant ainsi une période de "refroidissement global", dit Jaccard. « C'est un exemple typique de boucle de rétroaction :le mixage diminue, et les précipitations et la fonte des glaciers s'accumulent à la surface de l'océan et y restent plus longtemps; qui à son tour diminue la salinité et la densité à la surface de l'eau, renforçant l'atténuation du processus de mélange."

Ces résultats sont pertinents pour la situation actuelle, dit Jaccard :« Au cours des dernières décennies, nous avons observé des vents d'ouest plus intenses à mesure que le climat se réchauffe, qui favorise le brassage et donc le relargage de CO océanique 2 dans l'atmosphère. Mais cette tendance pourrait être compensée par d'autres effets :par exemple, un climat plus chaud pourrait augmenter les précipitations et la fonte des glaciers, ajoutant ainsi de l'eau douce à la surface. Nous ne pouvons pas encore prédire ce qui se passera; nous avons besoin de simulations climatiques pour mieux comprendre comment la dynamique de circulation de l'océan Austral évoluera à l'avenir."

Passer aux choses sérieuses

La reconstitution historique du mélange océanique a été réalisée à l'aide d'une carotte sédimentaire de 169 mètres de long, pris sous le fond de l'océan à une profondeur de 2800 mètres, quelque 2500 km au large des côtes de l'Afrique du Sud. La carotte a été extraite dans les années 1990 dans le cadre du Projet international de forage océanique (IODP) et stockée depuis lors en Allemagne. L'équipe a eu accès au noyau grâce à la participation active de la Suisse à l'IODP, qui a été soutenu par le Fonds national suisse de la recherche scientifique.

Au cours de son doctorat. à l'ETH Zurich, Adam Hasenfratz a coupé le noyau en milliers de tranches d'un centimètre d'épaisseur, chacun correspondant à environ un siècle de gisements. De chaque tranche, il a isolé et analysé des coquilles de foraminifères, protozoaires avec un squelette de calcite. La composition chimique des coquilles dépend des conditions marines lors de la formation des coquilles, en particulier la salinité et la température de l'eau.

"En premier, tous les experts nous ont dit que notre projet était voué à l'échec car le nombre de foraminifères serait trop petit pour effectuer les analyses chimico-physiques nécessaires", dit Samuel Jaccard. "Mais Adam a réussi à développer de nouvelles techniques qui lui ont permis d'analyser de très petites quantités de matière. Cela nous a permis de suivre l'évolution de la salinité et de la température de l'eau." Hasenfratz a identifié deux espèces qui vivent soit au fond de l'océan (Melonis pompilioides) soit à la surface de l'océan (Neogloboquadrina pachyderma). Cela lui a permis d'obtenir des informations sur la température et la salinité des eaux profondes et de surface sur une période de plus d'un million d'années.

Comme ça arrive, le rapport du magnésium au calcium présent dans une coquille de foraminifère dépend de la température de l'eau pendant la formation de la coquille. Cette donnée permet de déduire la salinité de l'eau à partir du rapport de deux isotopes de l'oxygène (O16 et O18) présents dans la calcite (CaCO 3 ) coquille, qui reflète à la fois la température et la salinité de l'eau. Parce que l'eau de mer contenant l'isotope léger O16 s'évapore plus facilement, le rapport des isotopes d'oxygène donne une indication du taux d'évaporation et par conséquent de la salinité et de la température de l'eau.

L'analyse montre que les eaux de surface se sont refroidies au cours du dernier million d'années, surtout pendant les périodes glaciaires. Cela a réduit la différence de température entre la surface et le froid, Eaux profondes, qui aurait dû en principe intensifier le mélange. Mais cette tendance a été inversée par la baisse marquée de la salinité des eaux de surface, qui est devenu moins dense et donc moins susceptible de se mélanger avec les couches profondes. L'étude montre que le mélange des eaux a diminué de manière significative, qui a permis aux eaux profondes de séquestrer plus de CO dissous 2 , avec des conséquences importantes pour l'évolution du climat.