Les fluctuations des paramètres orbitaux de la Terre sont considérées comme le déclencheur de fluctuations climatiques à long terme telles que les périodes glaciaires. Cela inclut la variation de l'angle d'inclinaison de l'axe de la Terre avec un cycle d'environ 40, 000 ans. Des scientifiques marins basés à Kiel et dirigés par GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel ont montré en utilisant un nouveau modèle que les interactions biogéochimiques entre l'océan et l'atmosphère pourraient également être responsables des fluctuations climatiques à cette échelle de temps.

L'histoire climatique de la terre est marquée par des changements périodiques qui sont généralement attribués au rayonnement solaire atteignant la surface de la terre. Cet ensoleillement n'est pas constant au cours des temps géologiques mais modulé par des changements cycliques des paramètres orbitaux de la Terre. L'un des paramètres clés affectant l'insolation est l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre (obliquité) qui change périodiquement au fil du temps avec une durée de cycle d'environ 40 000 ans. Les signatures chimiques et isotopiques des sédiments déposés pendant le Crétacé et d'autres périodes de l'histoire de la Terre documentent des changements réguliers de température et de cycle du carbone à cette échelle de temps. Les cycles de 40 kyr observés dans les archives climatiques géologiques seraient le résultat de changements d'insolation déclenchés par obliquité affectant la température de surface, la circulation de l'océan et de l'atmosphère, le cycle hydrologique, la biosphère, et finalement le cycle du carbone. L'un des problèmes avec cette théorie standard est que les changements dans l'insolation mondiale sont très faibles et doivent être amplifiés par des mécanismes de rétroaction positive mal compris pour affecter le climat mondial.

Un groupe de scientifiques de Kiel, L'Allemagne propose une perspective très différente qui émerge d'un nouveau modèle numérique de la biosphère marine. Il simule le renouvellement de la biomasse planctonique dans l'océan et résout les réactions d'oxydation et de réduction microbiennes associées contrôlant les stocks permanents d'oxygène dissous, sulfure, nutriments et de plancton dans l'océan. Dans leurs expériences de modèle, les scientifiques ont découvert de manière surprenante un cycle climatique auto-entretenu de 40 kyr en utilisant le modèle biogéochimique intégré dans un modèle de circulation de l'océan Crétacé sans appliquer de forçage d'obliquité.

« Dans notre modèle, le cycle du carbone est largement contrôlé par le plancton vivant à la surface de l'océan, " explique le Prof. Dr. Klaus Wallmann de GEOMAR, auteur principal de l'étude récemment publiée dans Géosciences de la nature . Le plancton consomme du CO atmosphérique 2 via la photosynthèse et par des micro-organismes qui dégradent la biomasse du plancton et libèrent du CO 2 de nouveau dans l'atmosphère. Depuis CO 2 est un puissant gaz à effet de serre, le CO biologique 2 le renouvellement affecte les températures de surface et le climat mondial. La croissance du plancton est contrôlée par des nutriments qui participent à une gamme de réactions microbiennes d'oxydation et de réduction.

« Nous avons intégré ce nouveau modèle biogéochimique dans un modèle de circulation de l'océan Crétacé, et il crée un cycle climatique auto-entretenu de 40 kyr sans appliquer de forçage d'obliquité, " dit le Dr Sascha Flögel, co-auteur de GEOMAR. « De notre point de vue, le cycle est induit par un réseau de rétroactions positives et négatives qui sont enracinées dans le renouvellement de l'azote dépendant de l'oxygène, phosphore, fer et soufre dans l'océan. Les données chimiques et isotopiques enregistrées dans les sédiments déposés dans l'océan Crétacé montrent des changements périodiques qui sont cohérents avec les résultats du modèle, " Flögel continue

Dans cette nouvelle vision du changement climatique, la relation entre les causes et les effets est radicalement différente de la théorie orbitale standard. La biosphère marine plutôt que l'insolation donne le rythme et l'amplitude en contrôlant la pression partielle de CO 2 dans l'atmosphère. "Notre nouvelle théorie est étayée par des observations et cohérente avec notre compréhension des cycles biogéochimiques dans l'océan, " selon le Pr Wallmann.

"Cependant, l'obliquité et d'autres paramètres orbitaux peuvent également affecter le changement climatique mondial lorsque leurs effets délicats sur l'insolation sont amplifiés par des mécanismes de rétroaction positive. Par conséquent, le changement climatique périodique documenté dans les archives géologiques peut refléter à la fois le souffle de la biosphère et la réponse du système terrestre au forçage orbital externe et d'insolation, " résume le Prof. Dr. Wolfgang Kuhnt de l'Université de Kiel qui a participé à cette étude.