Multi-proxy records reveal rapid atmospheric reorganization during Dansgaard–Oeschger events
Cette étude utilise des enregistrements multi-proxys à haute résolution provenant de la carotte de glace GISP2 pour démontrer qu'une réorganisation atmosphérique et hydrologique rapide et à grande échelle, plutôt qu'une séquence spécifique de changements induits par les sources, a principalement piloté les fluctuations climatiques abruptes observées lors des événements de Dansgaard–Oeschger.
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Pendant des milliers d'années, le climat de la Terre n'a pas été un arrière-plan stable et immuable. Au contraire, il a changé avec une rapidité fulgurante, particulièrement lors de la dernière période glaciaire. Les scientifiques savent depuis longtemps qu'il existe un schéma d'événements de réchauffement soudains dans l'hémisphère Nord, connus sous le nom d'événements de Dansgaard-Oeschger. Il ne s'agissait pas de changements graduels, mais de sauts spectaculaires où les températures au Groenland pouvaient augmenter de 17 degrés Celsius en seulement quelques décennies. Bien que nous sachions que ces changements ont eu lieu, le mécanisme exact qui les a déclenchés est resté un mystère. Nous comprenons que les courants océaniques qui déplacent la chaleur à travers la planète, spécifiquement la circulation méridienne de retournement de l'Atlantique, ont joué un rôle, mais la séquence précise de la manière dont l'atmosphère, la glace et les océans ont réagi les uns aux autres lors de ces oscillations rapides a été difficile à déterminer.
Pour résoudre cette énigme, les chercheurs se sont tournés vers une archive massive d'air ancien piégé dans la glace du Groenland. En forant profondément dans la calotte glaciaire, ils peuvent extraire des couches de temps gelé qui enregistrent la composition de l'atmosphère année par année. Dans une nouvelle étude, une équipe de scientifiques a analysé une section spécifique de la carotte de glace GISP2, couvrant une période située entre 30 700 et 47 400 ans avant le présent. Cette section contient les enregistrements de huit événements de réchauffement rapide distincts. L'équipe n'a pas seulement examiné les enregistrements de température, qui sont dérivés de la composition chimique des molécules d'eau dans la glace. Ils ont également mesuré une grande variété de petites particules, ou aérosols, qui ont été soufflées dans l'atmosphère et se sont déposées sur la glace. Ces particules provenaient de différents endroits : de la poussière provenant de terres arides, du sel marin de l'océan et de la suie provenant de feux de forêt. En mesurant ces différents types de particules parallèlement à l'enregistrement de la température, les chercheurs ont pu voir si l'atmosphère changeait de manière coordonnée ou si différentes parties du système réagissaient à des moments différents.
Les chercheurs ont découvert que l'atmosphère s'était réorganisée avec une vitesse incroyable. Lorsque le climat passait d'un état froid à un état chaud, la température au Groenland et la concentration de tous les différents types de poussière, de sel marin et de suie de feux de forêt changeaient presque simultanément. Il n'y avait pas de modèle clair et répétitif où une chose changeait d'abord et une autre suivait plus tard. Par exemple, la poussière n'arrivait pas systématiquement avant le sel marin, et la température ne précédait pas toujours l'arrivée de la suie de feux de forêt. Au lieu de cela, les données suggèrent que l'ensemble du système atmosphérique — la façon dont l'air circulait, dont la pluie tombait et dont les particules étaient éliminées du ciel — a basculé d'un seul coup. Ce changement rapide et synchronisé implique que l'atmosphère et le cycle de l'eau se sont réorganisés comme un système unique et étroitement couplé plutôt que comme une chaîne d'événements séparés.
Pour comprendre pourquoi ces particules changeaient de manière aussi dramatique, l'équipe a utilisé un modèle simplifié pour tracer le trajet de l'air de sa source jusqu'au Groenland. Ils ont découvert qu'une part majeure du changement était due à la façon dont l'atmosphère se nettoyait elle-même. Pendant les périodes froides, l'air était plus sec et le voyage des particules était différent, permettant à plus de poussière et de suie d'atteindre le Groenland. Lorsque le climat se réchauffait, l'air devenait plus humide, et la pluie lavait ces particules du ciel plus efficacement avant qu'elles ne puissent atteindre la calotte glaciaire. Cet effet de « lavage » expliquait une grande partie des changements observés dans la carotte de glace. Cependant, le modèle ne pouvait pas tout expliquer. Après avoir pris en compte cet effet de nettoyage, les chercheurs ont constaté que la quantité de poussière, en particulier, variait encore d'une manière qui dépendait de l'état climatique. Cela suggère que si la capacité de nettoyage de l'atmosphère changeait pour toutes les particules, les sources de la poussière elles-mêmes changeaient aussi, peut-être en raison de vents plus forts ou de conditions terrestres plus sèches pendant les périodes froides.
L'une des contributions les plus uniques de cette étude fut la capacité de mesurer la taille des particules de suie issues des feux de forêt, et non seulement leur quantité. Les chercheurs ont découvert que pendant les périodes froides, les particules de suie qui atteignaient le Groenland étaient légèrement plus grandes que celles trouvées pendant les périodes chaudes. Cette différence de taille est un indice que le trajet parcouru par les particules a changé. À mesure que les particules voyagent sur de longues distances, l'atmosphère agit comme un filtre, éliminant plus rapidement les tailles plus petites ou moins efficaces. Le fait que la taille de la suie ait changé en même avec la température confirme que les voies de transport et les processus d'élimination étaient fondamentalement différents entre les états froids et chauds.
L'étude écarte l'idée que ces changements climatiques rapides étaient pilotés par une progression lente et étape par étape où une partie du système terrestre changeait puis déclenchait la suivante. L'absence d'un décalage temporel constant entre le changement de température et l'arrivée de différentes particules suggère que l'ensemble du système a basculé rapidement. Alors que des études précédentes avaient suggéré que les changements de poussière pourraient survenir une décennie avant les changements de sel marin, ces nouvelles données à haute résolution montrent que de telles différences sont trop faibles pour être fiables et sont probablement de simples bruits de mesure. Les preuves indiquent un changement unique et rapide de la circulation atmosphérique et du cycle de l'eau.
Ces conclusions sont cruciales pour comprendre comment le système climatique de la Terre se comporte sous l'effet du stress. Les modèles informatiques actuels utilisés pour prédire le changement climatique futur peinent parfois à reproduire ce genre de changements brusques, rendant souvent le climat trop stable. En démontant que l'atmosphère peut se réorganiser en quelques décennies, et en fournissant des enregistrements détaillés de la manière dont différents types de particules ont répondu, cette étude offre un nouveau point de référence pour tester ces modèles. Si un modèle ne peut pas reproduire la vitesse et la coordination de ces changements anciens, c'est qu'il ne saisit peut-être pas toute la complexité du fonctionnement du système climatique. Les enregistrements des carottes de glace servent de test historique, prouvant que la Terre est capable de changements rapides et de grande ampleur qui affectent l'atmosphère entière d'un seul coup, un rappel que le système climatique est dynamique et capable de changements surprenants.
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