La température de la mer et l'acidification des océans ont augmenté au cours des trois dernières décennies à des niveaux supérieurs à ce qui est attendu en raison de la seule variation naturelle, une nouvelle étude menée par des chercheurs de Princeton trouve. Pendant ce temps, d'autres impacts du changement climatique, tels que les changements dans l'activité des microbes océaniques qui régulent les cycles du carbone et de l'oxygène de la Terre, mettra encore plusieurs décennies à un siècle pour apparaître. Le rapport a été publié le 19 août en ligne dans le journal Nature Changement Climatique .

L'étude a examiné les changements physiques et chimiques de l'océan qui sont associés à l'augmentation du dioxyde de carbone atmosphérique due aux activités humaines. « Nous avons cherché à répondre à une question scientifique clé :quand, pourquoi et comment des changements importants deviendront-ils détectables au-delà des variations normales que nous nous attendons à voir dans l'océan mondial ?", a déclaré Sarah Schlunegger, un associé de recherche postdoctoral au programme de l'Université de Princeton en sciences atmosphériques et océaniques (AOS).

L'étude confirme que les résultats directement liés à l'escalade du dioxyde de carbone atmosphérique ont déjà émergé dans le dossier d'observation existant de 30 ans. Il s'agit notamment du réchauffement de la surface de la mer, l'acidification et l'augmentation de la vitesse à laquelle l'océan élimine le dioxyde de carbone de l'atmosphère.

En revanche, les processus liés indirectement à la montée en puissance du dioxyde de carbone atmosphérique par la modification progressive du climat et de la circulation océanique prendront plus de temps, de trois décennies à plus d'un siècle. Il s'agit notamment de changements dans le mélange en haute mer, apport de nutriments, et le cycle du carbone à travers les plantes et les animaux marins.

"Ce qui est nouveau dans cette étude, c'est qu'elle donne un calendrier précis pour le moment où les changements océaniques se produiront, " a déclaré Jorge Sarmiento, le professeur George J. Magee de géosciences et de génie géologique, Émérite. "Certains changements prendront beaucoup de temps alors que d'autres sont déjà détectables."

L'océan fournit un service climatique à la planète en absorbant l'excès de chaleur et de carbone de l'atmosphère, ralentissant ainsi le rythme de la hausse des températures mondiales, dit Schlunegger. Ce service, cependant, vient avec une pénalité, à savoir l'acidification et le réchauffement des océans, qui modifient le cycle du carbone dans l'océan et ont un impact sur les écosystèmes marins.

L'acidification et le réchauffement des océans peuvent nuire aux organismes marins microbiens qui servent de base à la chaîne alimentaire marine qui alimente les pêcheries et les récifs coralliens, produisent de l'oxygène et contribuent à la réduction de la concentration atmosphérique en dioxyde de carbone.

L'étude visait à distinguer les changements océaniques liés au changement climatique d'origine humaine de ceux dus à la variabilité naturelle. Les fluctuations naturelles du climat peuvent masquer des changements dans l'océan, les chercheurs ont donc examiné à quel moment les changements seraient si spectaculaires qu'ils se démarqueraient de la variabilité naturelle.

La recherche sur le climat est souvent divisée en deux catégories, modélisation et observations - ces scientifiques qui analysent les observations de la vraie Terre, et ceux qui utilisent des modèles pour prédire les changements à venir. Cette étude s'appuie sur les prévisions faites par les modèles climatiques pour informer les efforts d'observation des changements probables, et où et quand les chercher, dit Schlunegger.

Les chercheurs ont mené une modélisation qui simule les futurs états climatiques potentiels qui pourraient résulter d'une combinaison de changements climatiques d'origine humaine et de hasard. Ces expériences ont été réalisées avec le modèle du système terrestre, un modèle climatique qui a un cycle du carbone interactif, afin que les changements dans le climat et le cycle du carbone puissent être considérés en tandem.

L'utilisation du modèle du système terrestre a été facilitée par John Dunne, qui dirige les activités de modélisation du carbone océanique au Laboratoire de dynamique des fluides géophysiques de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) à Princeton. L'équipe de Princeton comprenait Richard Slater, modélisateur principal du système terrestre dans l'AOS ; Keith Rodgers, un océanographe de recherche AOS maintenant à l'Université nationale de Pusan ​​en Corée du Sud; et Jorge Sarmiento, le professeur George J. Magee de géosciences et de génie géologique, Émérite. L'équipe comprenait également Thomas Frölicher, professeur à l'Université de Berne et ancien post-doctorant à Princeton, et Masao Ishii de l'Agence météorologique japonaise.

La découverte d'un retard de 30 à 100 ans dans l'apparition des effets suggère que les programmes d'observation de l'océan devraient être maintenus pendant de nombreuses décennies dans le futur pour surveiller efficacement les changements qui se produisent dans l'océan. L'étude indique également que la détectabilité de certains changements dans l'océan bénéficierait d'améliorations à la stratégie d'échantillonnage d'observation actuelle. Il s'agit notamment de rechercher plus profondément dans l'océan les changements dans le phytoplancton, et capturer les changements en été et en hiver, plutôt que juste la moyenne annuelle, pour l'échange océan-atmosphère de dioxyde de carbone.

"Nos résultats indiquent que de nombreux types d'efforts d'observation sont essentiels pour notre compréhension de notre planète en évolution et notre capacité à détecter le changement, ", a déclaré Schlunegger. Il s'agit notamment de séries chronologiques ou d'emplacements permanents de mesure continue, ainsi que des programmes d'échantillonnage régionaux et des plateformes mondiales de télédétection.

L'étude, « Emergence de signaux anthropiques dans le cycle du carbone océanique, " a été publié dans Nature Changement Climatique le 19 août, 2019.