Mont Sumbing, un volcan arc au centre de Java, en 2016. Le soulèvement de la roche volcanique dans tout l'arc insulaire de l'Asie du Sud-Est, il y a 15 millions d'années, déclenché un refroidissement global et finalement des calottes glaciaires qui couvraient une grande partie de l'Amérique du Nord et de l'Europe du Nord 18, il y a 000 ans, selon les scientifiques de l'UC Berkeley et leurs collègues. Crédit :UC Berkeley photo par Yuem Park
La calotte glaciaire du Groenland doit son existence à la croissance d'un arc d'îles en Asie du Sud-Est - s'étendant de Sumatra à la Nouvelle-Guinée - au cours des 15 derniers millions d'années, une nouvelle étude prétend.
Selon une analyse de chercheurs de l'Université de Californie, Berkeley, UC Santa Barbara et un institut de recherche à Toulouse, La France, alors que le continent australien a poussé ces îles volcaniques hors de l'océan, les roches ont été exposées à la pluie mélangée à du dioxyde de carbone, qui est acide. Les minéraux contenus dans les roches se sont dissous et lavés avec le carbone dans l'océan, consommant suffisamment de dioxyde de carbone pour refroidir la planète et permettre la formation de grandes calottes glaciaires en Amérique du Nord et en Europe du Nord.
"Vous avez la croûte continentale de l'Australie qui passe au bulldozer dans ces îles volcaniques, vous donnant de très hautes montagnes juste au sud de l'équateur, " dit Nicholas Swanson-Hysell, professeur agrégé de sciences de la Terre et des planètes à l'UC Berkeley et auteur principal de l'étude. "Donc, vous avez cette grande augmentation de la superficie qui est assez raide, dans une région où il fait chaud et humide et où beaucoup de types de roches ont la capacité de séquestrer naturellement le carbone."
Depuis environ 15 millions d'années, cette montagne tropicale a attiré du dioxyde de carbone dans l'atmosphère, diminuant la force de l'effet de serre et refroidissant la planète. Il y a environ 3 millions d'années, La température de la Terre était suffisamment froide pour permettre à la neige et à la glace de rester pendant l'été et de se transformer en d'énormes calottes glaciaires au-dessus de l'hémisphère nord, comme celle qui couvre le Groenland aujourd'hui.
Une fois que les calottes glaciaires de l'hémisphère nord se sont développées, d'autres dynamiques climatiques ont conduit à un cycle de maxima et de minima glaciaires tous les 40, 000 à 100, 000 ans. Au plus récent maximum glaciaire, environ 15, il y a 000 ans, des calottes glaciaires massives couvraient la majeure partie du Canada, les parties nord des États-Unis, ainsi que la Scandinavie et une grande partie des îles britanniques.
"S'il n'y avait pas la séquestration du carbone qui se produit dans les îles d'Asie du Sud-Est, on ne se serait pas retrouvé avec le climat qui inclut une calotte glaciaire du Groenland et ces cycles glaciaires et interglaciaires, " Swanson-Hysell a déclaré. "Nous n'aurions pas traversé ce CO atmosphérique
La croissance et le déclin périodiques des calottes glaciaires du nord – le cycle des maxima et minima glaciaires – sont probablement reportés, en raison des émissions humaines qui ont augmenté les concentrations de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.
"Un processus qui a pris des millions d'années que nous avons inversé en 100 ans, " Swanson-Hysell a déclaré. " Au cours des prochaines dizaines à des centaines de milliers d'années, les processus géologiques dans des endroits comme l'Asie du Sud-Est réduiront à nouveau le CO
Yuem Park, doctorant à l'UC Berkeley, Swanson-Hysell et leurs collègues, dont Francis Macdonald de UC Santa Barbara et Yves Goddéris de Géosciences Environnement Toulouse, publieront leurs conclusions cette semaine dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences .
Comment les rivages et les zones des îles dans l'arc insulaire de l'Asie du Sud-Est, de Sumatra à gauche à la Nouvelle-Guinée à droite, augmenté au cours des 15 derniers millions d'années lorsqu'ils ont émergé de l'océan. Une augmentation significative de la superficie au cours des 5 derniers millions d'années coïncide avec le refroidissement et le début de la glaciation de l'hémisphère nord. Une nouvelle analyse indique que la montée de ces montagnes tropicales a entraîné une diminution du dioxyde de carbone atmosphérique qui a entraîné ce refroidissement. Crédit :Nicholas Swanson-Hysell
L'altération de la roche séquestre le carbone
Les géologues ont longtemps spéculé sur les processus qui réchauffent et refroidissent périodiquement la planète, recouvrant occasionnellement le globe entier de glace et le transformant en une soi-disant Terre boule de neige.
Une fois que les scientifiques ont compris cela, au cours de millions d'années, les processus tectoniques déplacent les masses terrestres autour de la planète comme d'énormes pièces de puzzle, ils cherchaient un lien entre les mouvements continentaux – et les collisions – et les périodes glaciaires. Les cycles de l'orbite terrestre sont responsables des 40, 000- ou 100, Des fluctuations de température de 000 ans qui se superposent au réchauffement et au refroidissement à long terme.
La montée de l'Himalaya en Asie aux latitudes moyennes au cours des 50 derniers millions d'années a été un candidat de choix pour le refroidissement et le début d'un climat glaciaire après un intervalle géologique prolongé sans calotte glaciaire. Il y a quelques années, cependant, Swanson-Hysell et Macdonald ont vu une corrélation entre la formation de montagnes dans les régions tropicales et l'apparition d'intervalles de temps avec les périodes glaciaires au cours des 500 derniers millions d'années.
En 2017, ils ont proposé qu'un âge glaciaire majeur il y a 445 millions d'années a été déclenché par la construction de montagnes sous les tropiques, et ils ont suivi cela en 2019 avec une corrélation plus complète des quatre derniers intervalles de temps du climat glaciaire et des collisions entre les continents et les arcs insulaires tropicaux. Ils soutiennent que la combinaison d'une exposition accrue de la roche avec des minéraux qui peuvent séquestrer le carbone et une plénitude de pluie tropicale chaude est particulièrement efficace pour extraire le dioxyde de carbone de l'atmosphère.
Le processus implique la dissolution chimique des roches qui consomment du dioxyde de carbone, qui est ensuite emprisonné dans les minéraux carbonatés qui forment la roche calcaire dans l'océan. Le calcium contenu dans les coquillages que vous trouvez sur la plage peut provenir d'une montagne tropicale à l'autre bout du monde, dit Swanson-Hysell.
"Nous avons construit une nouvelle base de données de ces types d'événements de construction de montagnes, puis reconstruit la latitude à laquelle ils se sont produits, " dit Swanson-Hysell. " Alors nous avons vu, Hey, il y a beaucoup de refroidissement quand il y a beaucoup de ce type de montagne en construction sous les tropiques, qui est le cadre de l'Asie du Sud-Est. Les îles de l'Asie du Sud-Est sont le meilleur analogue pour les processus que nous voyons également plus loin dans le passé."
Pour le papier actuel, Se garer, Swanson-Hysell et Macdonald se sont associés à Goddéris pour modéliser plus précisément quels seraient les niveaux de dioxyde de carbone avec les changements de taille des îles d'Asie du Sud-Est.
Les chercheurs ont d'abord recréé la taille des îles au fur et à mesure de leur croissance au cours des 15 derniers millions d'années, en se concentrant principalement sur les plus grands :Java, Sumatra, Les Philippines, Sulawesi et Nouvelle-Guinée. Ils ont calculé que la superficie des îles est passée de 0,3 million de kilomètres carrés il y a 15 millions d'années à 2 millions de kilomètres carrés aujourd'hui. Eliel Anttila, étudiant diplômé de l'UC Santa Barbara, qui était un étudiant de premier cycle en sciences de la Terre et des planètes à l'UC Berkeley et est co-auteur de l'article, contribué à cet aspect de la recherche.
À gauche :les îles d'Asie du Sud-Est avec leur ancienne zone plus petite (rouge), tel que reconstitué par l'équipe scientifique. Ils ont atteint leur taille actuelle au cours des 15 derniers millions d'années. A droite :L'étendue des calottes glaciaires sur l'Amérique du Nord lors du dernier maximum glaciaire 18, il y a 000 ans. Les grandes calottes glaciaires de l'hémisphère nord se sont formées pour la première fois il y a 2,7 millions d'années. Crédit :Nicholas Swanson-Hysell, UC Berkeley
Ils ont ensuite utilisé le modèle informatique GEOCLIM de Godderis pour estimer comment la croissance de ces îles a modifié les niveaux de carbone dans l'atmosphère. Avec le chercheur postdoctoral de l'UC Berkeley Pierre Maffre, qui a récemment obtenu son doctorat. dans le laboratoire de Godderis, ils ont mis à jour le modèle pour tenir compte de l'effet variable des différents types de roches. Le modèle est lié à un modèle climatique afin de relier le CO
Ils ont constaté que l'augmentation de la superficie des terres le long de la bordure sud-est du Pacifique correspondait à un refroidissement global, comme reconstruit à partir des compositions isotopiques de l'oxygène dans les sédiments océaniques. Les niveaux de dioxyde de carbone déduits du modèle correspondent également à certaines estimations basées sur des mesures, bien que Swanson-Hysell admet que l'estimation du CO
Sur la base de leur modèle, l'altération chimique dans les seules îles de l'Asie du Sud-Est a réduit le CO
Alors que le seuil de glaciation de l'Arctique est estimé à environ 280 ppm de dioxyde de carbone, le seuil de formation de la calotte glaciaire au pôle Sud est beaucoup plus élevé :environ 750 ppm. C'est pourquoi les calottes glaciaires de l'Antarctique ont commencé à se former beaucoup plus tôt, il y a environ 34 millions d'années, que ceux de l'Arctique.
Si le modèle des chercheurs ne leur permet pas d'isoler les effets climatiques de la montée de l'Himalaya, leur scénario insulaire d'Asie du Sud-Est peut à lui seul expliquer l'apparition des calottes glaciaires de l'hémisphère nord. Ils ont exploré l'effet des événements volcaniques se produisant à peu près au même moment, y compris des coulées de lave massives, ou des basaltes d'inondation, comme ceux d'Éthiopie et d'Amérique du Nord (pièges colombiens). Bien que l'altération de ces roches ait été proposée comme déclencheur de l'ère glaciaire, le modèle montre que cette activité a joué un rôle mineur, par rapport à l'essor des îles de l'Asie du Sud-Est.
« Ces résultats mettent en évidence que l'état du climat de la Terre est particulièrement sensible aux changements de la géographie tropicale, " concluent les auteurs.
Swanson-Hysell attribue au Fonds France-Berkeley du campus les ressources nécessaires à une collaboration initiale avec Goddéris qui a conduit à une importante subvention collaborative du programme Frontier Research in Earth Science de la National Science Foundation (NSF) pour poursuivre les recherches résultant de cet article.
L'équipe franco-américaine envisage de modéliser d'autres périodes glaciaires passées, dont celui de la période ordovicienne il y a 445 millions d'années qui, en 2017, Swanson-Hysell et Macdonald a proposé a été déclenchée par une collision similaire à celle qui se produit aujourd'hui dans les îles d'Asie du Sud-Est. Cette collision a eu lieu au cours de la première phase de construction de la montagne des Appalaches, lorsque l'est des États-Unis d'aujourd'hui était situé sous les tropiques.
