Ce que les coquillages fossilisés microscopiques nous apprennent sur les changements climatiques anciens
Les géologues établissent un lien entre le changement climatique rapide survenu il y a 50 millions d'années et l'augmentation des niveaux de CO2.
À la fin du paléocène et au début de l'éocène, il y a 59 à 51 millions d'années, la Terre a connu des périodes de réchauffement spectaculaires, à la fois des périodes graduelles s'étendant sur des millions d'années et des événements de réchauffement soudains connus sous le nom d'hyperthermies.
Les émissions massives de dioxyde de carbone (CO2) et d'autres gaz à effet de serre ont été à l'origine de ce réchauffement planétaire, mais d'autres facteurs, tels que l'activité tectonique, pourraient également avoir joué un rôle.
De nouvelles recherches menées par des géoscientifiques de l'université de l'Utah associent les températures de surface de la mer aux niveaux de CO2 atmosphérique au cours de cette période, montrant que les deux étaient étroitement liés. Les résultats fournissent également des études de cas pour tester les mécanismes de rétroaction du cycle du carbone et les sensibilités essentielles pour prédire le changement climatique anthropique, alors que nous continuons à déverser des gaz à effet de serre dans l'atmosphère à une échelle sans précédent dans l'histoire de la planète.
«La principale raison pour laquelle nous nous intéressons à ces événements mondiaux de libération de carbone est qu'ils peuvent fournir des analogues pour les changements futurs», a déclaré l'auteur principal, Dustin Harper, chercheur postdoctoral au département de géologie et de géophysique. «Nous n'avons pas vraiment d'événement analogue parfait avec les mêmes conditions de base et le même taux de libération de carbone.»
Mais l'étude publiée lundi dans les Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) suggère que les émissions au cours de deux anciens «maxima thermiques» sont suffisamment similaires au changement climatique anthropique actuel pour aider les scientifiques à en prévoir les conséquences.
L'équipe de recherche a analysé des fossiles microscopiques - récupérés dans des carottes de forage prélevées sur un plateau sous-marin du Pacifique - afin de caractériser la chimie des océans de surface à l'époque où ces créatures à coquille étaient en vie. À l'aide d'un modèle statistique sophistiqué, ils ont reconstitué les températures de surface des océans et les niveaux de CO2 atmosphérique sur une période de 6 millions d'années couvrant deux hyperthermies, le maximum thermique du Paléocène-Éocène (PETM), il y a 56 millions d'années, et le maximum thermique de l'Éocène 2 (ETM-2), il y a 54 millions d'années.
Les résultats indiquent que l'augmentation des niveaux de CO2 dans l'atmosphère s'est accompagnée d'une hausse des températures mondiales.
«Notre planète et notre atmosphère sont influencées de multiples façons par les ajouts de CO2, mais dans chaque cas, quelle que soit la source de CO2, nous constatons des effets similaires sur le système climatique», a déclaré Gabriel Bowen, professeur de géologie et de géophysique à l'université de New York et coauteur de l'étude.
«Nous nous sommes intéressés à la sensibilité du système climatique à ces changements de CO2. Ce que nous voyons dans cette étude, c'est qu'il y a une certaine variation, peut-être une sensibilité un peu plus faible, un réchauffement plus faible associé à une quantité donnée de changement de CO2 lorsque nous examinons ces changements à très long terme. Mais dans l'ensemble, nous observons une gamme commune de sensibilités climatiques».
Aujourd'hui, les activités humaines associées aux combustibles fossiles libèrent du carbone 4 à 10 fois plus rapidement que lors de ces anciens événements hyperthermiques. Toutefois, la quantité totale de carbone libérée au cours de ces événements anciens est similaire à la fourchette prévue pour les émissions humaines, ce qui pourrait donner aux chercheurs un aperçu de ce qui nous attend, nous et les générations futures.
Les scientifiques doivent d'abord déterminer ce qui est arrivé au climat et aux océans pendant ces épisodes de réchauffement planétaire, il y a plus de 50 millions d'années.
«Ces événements pourraient représenter une étude de cas de type scénario moyen ou pire», a déclaré M. Harper. «Nous pouvons les étudier pour répondre à la question suivante: quel est le changement environnemental qui se produit en raison de cette libération de carbone?»
La Terre était très chaude pendant le PETM. Aucune calotte glaciaire ne recouvrait les pôles et la température des océans atteignait les 32°C.
Pour déterminer les niveaux de CO2 dans les océans, les chercheurs se sont tournés vers les restes fossilisés de foraminifères, un organisme unicellulaire à coquille qui s'apparente au plancton. L'équipe de recherche a basé son étude sur des carottes extraites précédemment par le Programme international de découverte des océans à deux endroits dans le Pacifique.
Les coquilles de foram accumulent de petites quantités de bore, dont les isotopes sont un indicateur des concentrations de CO2 dans l'océan à l'époque où les coquilles se sont formées, selon M. Harper.
«Nous avons mesuré la chimie du bore dans les coquilles et nous sommes en mesure de traduire ces valeurs en utilisant des observations modernes sur les conditions passées de l'eau de mer. Nous pouvons obtenir le CO2 de l'eau de mer et le traduire en CO2 atmosphérique», a déclaré M. Harper. «L'objectif de l'intervalle d'étude ciblé était d'établir de nouveaux relevés de CO2 et de température pour le PETM et l'ETM-2, qui représentent deux des meilleurs analogues en termes de changement moderne, et de fournir une évaluation de fond à plus long terme du système climatique afin de mieux contextualiser ces événements.»
Les carottes étudiées par Harper ont été extraites de Shatsky Rise dans le Pacifique Nord subtropical, un endroit idéal pour récupérer des sédiments du fond de l'océan qui reflètent les conditions d'un passé ancien.
Les coquilles de carbonate se dissolvent lorsqu'elles se déposent dans les profondeurs de l'océan. Les scientifiques doivent donc se tourner vers des plateaux sous-marins comme celui de Shatsky Rise, où la profondeur de l'eau est relativement faible. Pendant que leurs habitants vivaient il y a des millions d'années, les coquilles de foraminifères enregistraient les conditions à la surface de la mer.
«Ils meurent ensuite et tombent au fond de la mer, où ils se déposent à environ deux kilomètres de profondeur », explique M. Harper. «Nous sommes en mesure de récupérer la séquence complète des fossiles morts. À ces endroits, au milieu de l'océan, il n'y a pas vraiment d'apport de sédiments en provenance des continents, et ce sont donc principalement ces fossiles qui sont déposés, et c'est tout. C'est une très bonne archive pour ce que nous voulons faire.»
Référence du journal:
Dustin T. Harper, Bärbel Hönisch, Gabriel J. Bowen, Richard E. Zeebe, Laura L. Haynes, Donald E. Penman, James C. Zachos. Long- and short-term coupling of sea surface temperature and atmospheric CO 2 during the late Paleocene and early Eocene. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024; 121 (36)
DOI: 10.1073/pnas.2318779121
Note : L'article ci-dessus a été reproduit à partir de documents fournis par l'Université de l'Utah. L'article original a été rédigé par Brian Maffly.
