Le niveau de dioxyde de carbone dans l'atmosphère aujourd'hui est probablement plus élevé qu'il ne l'a jamais été au cours des 3 derniers millions d'années. Cette augmentation du niveau de dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre, pourrait entraîner des températures non vues sur toute cette période, selon de nouvelles recherches.
Les chercheurs de l'étude ont utilisé la modélisation informatique pour examiner les changements climatiques au cours de la période quaternaire, qui a commencé il y a environ 2,59 millions d'années et se poursuit encore aujourd'hui. Au cours de cette période, la Terre a subi un certain nombre de changements, mais aucun aussi rapide que ceux observés aujourd'hui, a déclaré l'auteur de l'étude Matteo Willeit, chercheur postdoctoral sur le climat au Potsdam Institute for Climate Impact Research.
"Pour obtenir un climat plus chaud que le présent, vous devez essentiellement revenir à une période géologique différente", a déclaré Willeit à Live Science.
3 millions d'années de climat
La période quaternaire a commencé par une période de glaciation, lorsque des calottes glaciaires ont volé du Groenland pour couvrir une grande partie de l'Amérique du Nord et du nord de l'Europe. Au début, ces glaciers ont avancé et reculé sur un cycle de 41 000 ans, entraîné par les changements de l'orbite de la Terre autour du soleil, a déclaré Willeit.
Mais il y a entre 1,25 million et 0,7 million d'années, ces cycles glaciaires et interglaciaires se sont étendus, se reproduisant tous les 100 000 ans environ, un phénomène appelé transition du Pléistocène moyen en raison de l'époque à laquelle il s'est produit. La question, a déclaré Willeit, est ce qui a provoqué la transition, étant donné que le modèle des variations de l'orbite de la Terre n'a pas changé.
Willeit et son équipe ont utilisé une simulation informatique avancée du Quaternaire pour tenter de répondre à cette question. Les modèles ne sont aussi bons que les paramètres inclus, et celui-ci en comprenait beaucoup: les conditions atmosphériques, les conditions océaniques, la végétation, le carbone global, la poussière et les calottes glaciaires. Les chercheurs ont inclus ce que l'on sait des paramètres, puis les ont modifiés pour voir quelles conditions pourraient créer la transition au Pléistocène moyen.
Comment les choses ont changé
L'équipe a constaté que pour que les cycles glaciaires de 41000 ans passent à des cycles de 100000 ans, deux choses devaient se produire: le dioxyde de carbone dans l'atmosphère devait diminuer et les glaciers devaient éliminer une couche de sédiments appelée régolithe.
Le dioxyde de carbone peut avoir diminué pour différentes raisons, a déclaré Willeit, comme une diminution des émissions de gaz à effet de serre provenant des volcans, ou des changements dans le taux d'altération des roches, ce qui conduirait à davantage de carbone emprisonné dans les sédiments transportés au fond de la mer. Moins de carbone dans l'atmosphère signifiait moins de chaleur emprisonnée, de sorte que le climat se serait refroidi au point où de grandes calottes glaciaires auraient pu se former plus facilement.
Les processus géologiques ont fourni le deuxième ingrédient crucial pour des cycles glaciaires plus longs. Lorsque les continents sont libres de glace pendant de longues périodes de temps, ils acquièrent une couche supérieure de roche non consolidée au sol appelée régolithe. La lune terrestre est un bon endroit pour voir un exemple aujourd'hui: l'épaisse couche de poussière de la lune est un régolithe.
La glace qui se forme au-dessus de ce régolithe a tendance à être moins stable que la glace qui se forme sur le substrat rocheux ferme, a déclaré Willeit (imaginez la différence de stabilité entre une surface faite de roulements à billes et celle d'un plateau de table plat). De même, les calottes glaciaires à base de régolithes coulent plus rapidement et restent plus minces que la glace. Lorsque les changements dans l'orbite de la Terre modifient la quantité de chaleur qui frappe la surface de la Terre, les calottes glaciaires sont particulièrement sujettes à la fonte.
Mais les glaciers bulldozent également le régolithe, poussant les trucs poussiéreux jusqu'à leurs bords glaciaires. Cet affouillement glaciaire expose à nouveau le substratum rocheux; après quelques cycles glaciaires au début du Quaternaire, le substrat rocheux aurait été exposé, donnant aux calottes glaciaires nouvellement formées un endroit plus solide pour l'ancrage, a déclaré Willeit. Ces calottes glaciaires résistantes, plus un climat plus frais, ont entraîné les cycles glaciaires plus longs observés il y a environ un million d'années. Des périodes interglaciaires se sont toujours produites en raison de changements orbitaux, mais elles sont devenues plus courtes.
Le climat d'hier et d'aujourd'hui
Ces résultats sont importants pour comprendre les conditions qui ont déterminé si des endroits comme Chicago ou New York sont habitables ou couverts d'un mile de glace. Mais ils sont également utiles pour cadrer le changement climatique d'aujourd'hui, a déclaré Willeit.
Les enregistrements du carbone atmosphérique qui existaient il y a environ 800 000 ans doivent être reconstruits plutôt que mesurés directement à partir des carottes de glace, de sorte que les estimations de la quantité de carbone dans l'atmosphère ont varié. Willeit et les recherches de modélisation de son équipe suggèrent que le dioxyde de carbone était inférieur à 400 parties par million pour toute la période quaternaire. Aujourd'hui, la moyenne mondiale est de 405 parties par million et est en augmentation.
À la fin du Pliocène, il y a environ 2,5 millions d'années, les températures mondiales moyennes étaient temporairement d'environ 2,7 degrés Fahrenheit (1,5 degré Celsius) supérieures à la moyenne avant l'utilisation généralisée des combustibles fossiles, a montré le modèle de Willeit. Ces températures anciennes détiennent actuellement le record des plus élevées de toute la période quaternaire.
Mais cela pourrait bientôt changer. Déjà, le globe est plus chaud de 2,1 degrés F (1,2 degré C) que la moyenne préindustrielle. L'Accord de Paris de 2016 limiterait le réchauffement à 2,7 F (1,4 C), correspondant au climat d'il y a 2,5 millions d'années. Si le monde ne parvient pas à gérer cette limite et se dirige vers 3,6 degrés F (2 degrés C), l'objectif international précédent, ce sera la moyenne mondiale la plus chaude de cette période géologique.
"Notre étude met cela en perspective", a déclaré Willeit. "Cela montre clairement que même si vous regardez les climats passés sur de très longues échelles de temps, ce que nous faisons maintenant en termes de changement climatique est quelque chose de grand et de très rapide, par rapport à ce qui s'est produit dans le passé."
Les résultats seront publiés aujourd'hui (3 avril) dans la revue Science Advances.
