Il est de plus en plus clair que les conditions de sécheresse prolongée, chaleur record, feux de forêt prolongés, et fréquent, les tempêtes plus extrêmes subies ces dernières années sont le résultat direct de la hausse des températures mondiales provoquée par l'ajout de dioxyde de carbone par l'homme dans l'atmosphère. Et une nouvelle étude du MIT sur les événements climatiques extrêmes dans l'histoire ancienne de la Terre suggère que la planète d'aujourd'hui pourrait devenir plus volatile à mesure qu'elle continue de se réchauffer.

L'étude, apparaissant aujourd'hui dans Avancées scientifiques , examine les archives paléoclimatiques des 66 derniers millions d'années, à l'ère cénozoïque, qui a commencé peu de temps après l'extinction des dinosaures. Les scientifiques ont découvert qu'au cours de cette période, les fluctuations du climat de la Terre ont connu un "biais de réchauffement" surprenant. En d'autres termes, il y a eu beaucoup plus d'événements de réchauffement - des périodes de réchauffement global prolongé, des milliers à des dizaines de milliers d'années, que les événements de refroidissement. Quoi de plus, les événements de réchauffement avaient tendance à être plus extrêmes, avec des changements de température plus importants, que les événements de refroidissement.

Les chercheurs disent qu'une explication possible de ce biais de réchauffement pourrait résider dans un "effet multiplicateur, " par lequel un degré modeste de réchauffement - par exemple des volcans libérant du dioxyde de carbone dans l'atmosphère - accélère naturellement certains processus biologiques et chimiques qui renforcent ces fluctuations, premier, en moyenne, à encore plus de réchauffement.

De façon intéressante, l'équipe a observé que ce biais de réchauffement a disparu il y a environ 5 millions d'années, à l'époque où les calottes glaciaires ont commencé à se former dans l'hémisphère nord. On ne sait pas quel effet la glace a eu sur la réponse de la Terre aux changements climatiques. Mais alors que la glace arctique actuelle recule, la nouvelle étude suggère qu'un effet multiplicateur peut revenir, et le résultat peut être une nouvelle amplification du réchauffement climatique induit par l'homme.

"Les calottes glaciaires de l'hémisphère nord se rétrécissent, et pourrait potentiellement disparaître en tant que conséquence à long terme des actions humaines ", déclare l'auteur principal de l'étude, Constantin Arnscheidt, un étudiant diplômé du Département de la Terre du MIT, Sciences atmosphériques et planétaires. "Nos recherches suggèrent que cela peut rendre le climat de la Terre fondamentalement plus sensible aux extrêmes, des événements de réchauffement global à long terme tels que ceux observés dans le passé géologique."

Le co-auteur de l'étude d'Arnscheidt est Daniel Rothman, professeur de géophysique au MIT, et co-fondateur et co-directeur du Lorenz Center du MIT.

Une poussée volatile.

Pour leur analyse, l'équipe a consulté de vastes bases de données de sédiments contenant des foraminifères benthiques d'eau profonde, des organismes unicellulaires qui existent depuis des centaines de millions d'années et dont les coquilles dures sont préservées dans les sédiments. La composition de ces coquilles est affectée par les températures de l'océan à mesure que les organismes se développent; les coquilles sont donc considérées comme un indicateur fiable des anciennes températures de la Terre.

Depuis des décennies, les scientifiques ont analysé la composition de ces coquillages, collectés dans le monde entier et datés à différentes époques, pour suivre comment la température de la Terre a fluctué au cours de millions d'années.

« En utilisant ces données pour étudier des événements climatiques extrêmes, la plupart des études se sont concentrées sur des pics de température individuels importants, généralement un réchauffement de quelques degrés Celsius, " Arnscheidt dit. " Au lieu de cela, nous avons essayé de regarder les statistiques globales et de considérer toutes les fluctuations impliquées, plutôt que de choisir les plus gros."

L'équipe a d'abord effectué une analyse statistique des données et constaté que, au cours des 66 derniers millions d'années, la distribution des fluctuations de température mondiale ne ressemblait pas à une courbe en cloche standard, avec des queues symétriques représentant une probabilité égale de fluctuations extrêmes chaudes et froides extrêmes. Au lieu, la courbe était sensiblement déséquilibrée, biaisé vers des événements plus chauds que froids. La courbe présentait également une queue sensiblement plus longue, représentant des événements chauds plus extrêmes, ou de température plus élevée, que les événements de froid les plus extrêmes.

"Cela indique qu'il y a une sorte d'amplification par rapport à ce à quoi vous vous attendriez autrement, " Arnscheidt dit. " Tout indique quelque chose de fondamental qui provoque cette poussée, ou biais en faveur des événements de réchauffement."

"Il est juste de dire que le système Terre devient plus volatil, dans un sens chaleureux, " ajoute Rothman.

Un multiplicateur de réchauffement

L'équipe s'est demandé si ce biais de réchauffement pouvait être le résultat d'un "bruit multiplicatif" dans le cycle climat-carbone. Les scientifiques ont compris depuis longtemps que des températures plus élevées, jusqu'à un certain point, tendent à accélérer les processus biologiques et chimiques. Parce que le cycle du carbone, qui est un facteur clé des fluctuations climatiques à long terme, est lui-même composé de tels processus, les augmentations de température peuvent entraîner des fluctuations plus importantes, biaisant le système vers des événements de réchauffement extrême.

En mathématiques, il existe un ensemble d'équations qui décrit une telle amplification générale, ou des effets multiplicateurs. Les chercheurs ont appliqué cette théorie multiplicative à leur analyse pour voir si les équations pouvaient prédire la distribution asymétrique, y compris le degré de son inclinaison et la longueur de ses queues.

À la fin, ils ont constaté que les données, et le biais observé vers le réchauffement, pourrait s'expliquer par la théorie multiplicative. En d'autres termes, il est fort probable que, au cours des 66 derniers millions d'années, les périodes de réchauffement modéré étaient en moyenne encore renforcées par des effets multiplicateurs, comme la réponse des processus biologiques et chimiques qui ont encore réchauffé la planète.

Dans le cadre de l'étude, les chercheurs ont également examiné la corrélation entre les événements de réchauffement passés et les changements de l'orbite terrestre. Sur des centaines de milliers d'années, L'orbite de la Terre autour du soleil devient régulièrement plus ou moins elliptique. Mais les scientifiques se sont demandé pourquoi de nombreux événements de réchauffement passés semblaient coïncider avec ces changements, et pourquoi ces événements présentent un réchauffement démesuré par rapport à ce que le changement de l'orbite terrestre aurait pu provoquer à lui seul.

Donc, Arnscheidt et Rothman ont incorporé les changements orbitaux de la Terre dans le modèle multiplicatif et leur analyse des changements de température de la Terre, et a constaté que les effets multiplicateurs pouvaient, de manière prévisible, amplifier, en moyenne, la modeste température augmente en raison des changements dans l'orbite de la Terre.

"Le climat se réchauffe et se refroidit en synchronisation avec les changements orbitaux, mais les cycles orbitaux eux-mêmes ne prédisent que de modestes changements climatiques, " dit Rothman. " Mais si nous considérons un modèle multiplicatif, puis réchauffement modeste, couplé à cet effet multiplicateur, peut entraîner des événements extrêmes qui ont tendance à se produire en même temps que ces changements orbitaux. »

"Les humains forcent le système d'une nouvelle manière, " Arnscheidt ajoute. " Et cette étude montre que, quand on augmente la température, nous allons probablement interagir avec ces naturels, effets amplificateurs."