Nous savons depuis des années que le climat de la Terre est comme une machine géante de Rube Goldberg :tirez sur un levier, et une énorme chaîne d'événements se met en branle. Pourtant, bon nombre des étapes qui conduisent à ces changements sont restées entourées d'incertitude.

"Une question clé sur le terrain est toujours ce qui a amené la Terre à périodiquement entrer et sortir des périodes glaciaires, " a déclaré le professeur adjoint Malte Jansen, dont les recherches à l'Université de Chicago visent à découvrir et à comprendre les processus qui composent le climat mondial. "Nous sommes assez convaincus que le bilan carbone entre l'atmosphère et l'océan doit avoir changé, mais nous ne savons pas trop comment ni pourquoi.

Dans une nouvelle étude, Jansen et Alice Marzocchi, ancienne chercheuse postdoctorale à UChicago, expliquent comment un premier changement climatique pourrait déclencher une chaîne d'événements menant à une ère glaciaire. Leur modèle montre comment l'augmentation de la banquise antarctique dans un climat plus froid pourrait déclencher une cascade de changements qui pourraient contribuer à faire basculer le climat mondial dans des périodes glaciaires.

La responsabilité (ou le blâme) du climat de la Terre est partagée entre les terres, la vie, atmosphère et océan. Les éléments vont et viennent entre les quatre dans une danse lente qui a gardé la Terre habitable pendant des milliards d'années, mais peut changer le climat à mesure que les éléments s'accumulent dans un ou plusieurs des endroits.

Par exemple, nous sommes actuellement dans une pause entre les périodes glaciaires; depuis deux millions et demi d'années, les glaciers ont périodiquement recouvert la Terre puis se sont retirés. Scientifiques, donc, ont rassemblé des indices sur le fonctionnement et le déclenchement de ce processus de glaciation. Il est probable que de légers changements sur l'orbite terrestre aient entraîné un certain refroidissement. Mais cela seul ne le ferait pas, dit Jansen. Il aurait dû y avoir des changements massifs d'accompagnement dans le système climatique pour expliquer la quantité de refroidissement qui a suivi.

"L'explication la plus plausible est qu'il y a eu un changement dans la répartition du carbone entre l'atmosphère et l'océan, " a déclaré Jansen. " Les idées ne manquent pas sur la façon dont cela se produit, mais il n'est pas tout à fait clair comment ils s'emboîtent tous. » Les simulations ne sont pas d'accord, et aucun ne correspond complètement aux preuves géologiques disponibles pour les scientifiques.

S'appuyant sur une étude publiée par Jansen il y a quelques années, Jansen et Marzocchi ont élaboré un modèle de la façon dont la transition glaciaire aurait pu se dérouler.

Sur leur photo, l'atmosphère se refroidit suffisamment pour que la banquise antarctique commence à se former. "L'océan Austral autour de l'Antarctique joue un rôle clé dans la circulation océanique, car c'est une région où les eaux profondes remontent à la surface avant de disparaître à nouveau dans l'abîme, " a déclaré Jansen. " En conséquence, l'augmentation de la banquise antarctique a des conséquences démesurées."

Le couvercle de glace modifie la circulation océanique, mais il empêche également physiquement l'océan d'échanger du dioxyde de carbone avec l'atmosphère. Cela signifie que de plus en plus de carbone est attiré dans les profondeurs de l'océan et y reste. Moins de dioxyde de carbone dans l'atmosphère entraînerait un effet de serre inverse, faire refroidir la planète.

"Ce que cela suggère, c'est que c'est une boucle de rétroaction, " dit Marzocchi, maintenant chercheur au Centre national d'océanographie du Royaume-Uni. « Au fur et à mesure que la température baisse, moins de carbone est rejeté dans l'atmosphère, ce qui déclenche plus de refroidissement."

L'explication correspond aux preuves du climat passé provenant de sources telles que les sédiments, récifs coralliens, et des échantillons de carottes de glaciers.

"Ce qui m'a surpris, c'est à quel point cette augmentation de stockage peut être attribuée aux seuls changements physiques, la couverture de glace de mer de l'Antarctique étant l'acteur clé, " a déclaré Marzocchi. Juste les effets physiques, avant de tenir compte des changements dus à la croissance biologique, représentent environ la moitié de la réduction du dioxyde de carbone que l'on pense avoir eu lieu.

Les résultats sont une autre étape vers la compréhension du fonctionnement du climat de la Terre sur de longues échelles de temps, disaient les scientifiques.

"L'océan est le plus grand réservoir de carbone aux échelles de temps géologiques, " a déclaré Marzocchi. " Ainsi, l'étude du rôle que joue l'océan dans le cycle du carbone nous aide à simuler plus précisément les futurs changements environnementaux. "