lorsque la plupart d’entre nous pensent aux périodes glaciaires, nous imaginons une transition lente vers un climat plus froid sur de longues échelles de temps. En effet, les études des derniers millions d’années indiquent un cycle répétable du climat terrestre allant des périodes chaudes (« interglaciaires”, comme nous le vivons actuellement) aux conditions glaciaires.,
la période de ces changements est liée aux changements d’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre (41 000 ans), aux changements d’orientation de l’orbite elliptique de la Terre autour du soleil, appelés « précession des équinoxes” (23 000 ans) et aux changements de forme (plus ou moins ronde) de l’orbite elliptique (100 000 ans). La théorie selon laquelle les changements orbitaux ont causé l’épilation et le déclin des âges glaciaires a été soulignée pour la première fois par James Croll au 19ème siècle et développée plus complètement par Milutin Milankovitch en 1938.,
les conditions de la période glaciaire indéfinie se produisent généralement lorsque toutes les conditions ci-dessus conspirent pour créer un minimum de soleil estival sur les régions arctiques de la terre, bien que le cycle de la période glaciaire soit de nature globale et se produise en phase dans les deux hémisphères. Il affecte profondément la distribution de la glace sur les terres et l’océan, les températures et la circulation atmosphériques, et les températures et la circulation océaniques à la surface et à grande profondeur.
étant donné que la fin de l’interglaciaire actuel et la lente marche vers la prochaine période glaciaire peuvent être de plusieurs millénaires, pourquoi devrions-nous nous en soucier?, En fait, l’accumulation de dioxyde de carbone (CO2) et d’autres gaz à effet de serre n’améliorera-t-elle pas les changements futurs?
en effet, certains groupes prônent les avantages du réchauffement climatique, y compris la société Greening Earth et le mouvement subtropical Russia. Certains dans ce dernier groupe préconisent même une intervention active pour accélérer le processus, y voyant une occasion de transformer une grande partie du Nord de la Russie froide et austère en un paradis subtropical.
Les preuves se sont accumulées que le réchauffement climatique a commencé au siècle dernier et que les humains pourraient être en partie responsables., Le groupe D’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) et L’Académie nationale des Sciences des États-Unis sont d’accord. Des modèles informatiques sont utilisés pour prédire le changement climatique dans différents scénarios de forçage à effet de serre et le protocole de Kyoto préconise des mesures actives pour réduire les émissions de CO2 qui contribuent au réchauffement.
La Réflexion est centrée sur les changements lents de notre climat et sur la façon dont ils affecteront les humains et l’habitabilité de notre planète., Pourtant, cette pensée est imparfaite: elle ignore le fait bien établi que le climat de la Terre a changé rapidement dans le passé et pourrait changer rapidement dans le futur. La question est centrée sur le paradoxe selon lequel le réchauffement climatique pourrait provoquer une nouvelle petite ère glaciaire dans l’hémisphère nord.
des preuves de changements climatiques brusques sont facilement apparentes dans les carottes de glace prélevées au Groenland et en Antarctique. On voit des indications claires de changements à long terme discutés ci-dessus, avec des changements de température de CO2 et de proxy associés à la dernière période glaciaire et à sa transition vers notre période interglaciaire actuelle de chaleur., Mais, en plus, il existe une forte variation chaotique des propriétés avec une quasi-période d’environ 1500 ans. Nous disons chaotique parce que ces changements millénaires ressemblent à tout sauf à des oscillations régulières. Au contraire, ils ressemblent à des transitions rapides d’une décennie entre les climats froids et chauds suivies de longs intermèdes dans l’un des deux états.
l’exemple le plus connu de ces événements est le refroidissement du Dryas plus jeune d’il y a environ 12 000 ans, nommé d’après les restes de fleurs sauvages de l’Arctique identifiés dans les sédiments du Nord de l’Europe., Cet événement a commencé et s’est terminé en une décennie et pendant sa durée de 1000 ans, la région de l’Atlantique Nord a été d’environ 5°C plus froide.
Le manque de périodicité et l’incapacité actuelle d’isoler un mécanisme de forçage stable À la Milankovitch ont suscité de nombreux débats scientifiques sur la cause des Dryas Jeunes et d’autres événements à l’échelle millénaire. En effet, les Dryas plus jeunes se sont produits à un moment où le forçage orbital aurait dû continuer à conduire le climat à l’état chaud actuel.,
tout un volume qui passe en revue les preuves du changement climatique brutal et spécule sur ses mécanismes a été publié récemment par un groupe d’experts mandaté par la National Academy of Sciences aux États-Unis. Cette compilation très lisible contient une ampleur et une profondeur de discussion que nous ne pouvons pas espérer égaler ici. .
Actuellement, il n’y a qu’un seul mécanisme viable identifié dans le rapport qui pourrait jouer un rôle majeur dans la détermination des états stables de notre climat et des causes des transitions entre eux: il implique la dynamique des océans.,
afin d’équilibrer l’excès de chaleur près de l’équateur et le refroidissement aux pôles de la terre, l’atmosphère et l’océan transportent la chaleur des basses aux hautes latitudes. L’eau de surface plus chaude est refroidie aux hautes latitudes, libérant de la chaleur dans l’atmosphère, qui est ensuite rayonnée vers l’espace. Ce moteur thermique fonctionne pour réduire les différences de température Équateur-pôle et est un mécanisme de modération principal pour le climat sur Terre.,
Les températures plus chaudes de la surface de l’océan aux basses latitudes libèrent également de la vapeur d’eau par un excès d’évaporation au-dessus des précipitations dans l’atmosphère, et cette vapeur d’eau est transportée vers le pôle dans l’atmosphère avec une partie de l’excès de chaleur. Aux hautes latitudes où l’atmosphère se refroidit, cette vapeur d’eau tombe comme un excès de précipitations sur l’évaporation. Cela fait partie d’un deuxième élément important de notre système climatique: le cycle hydrologique. Au fur et à mesure que les eaux de l’océan se refroidissent dans leur voyage vers le pôle, elles deviennent plus denses., S’ils sont suffisamment refroidis, ils peuvent couler pour former des écoulements denses et froids qui se propagent vers l’Équateur à de grandes profondeurs, perpétuant ainsi le système de circulation qui transporte les écoulements de surface chauds vers les océans de haute latitude.
le cycle est complété par le mélange océanique, qui convertit lentement les eaux profondes froides en eaux de surface chaudes. Ainsi, le forçage de surface et le mélange interne sont deux acteurs majeurs de cette circulation de renversement, appelée grand convoyeur océanique.
Les eaux se déplaçant vers le pôle sont relativement salées en raison de l’évaporation accrue aux basses latitudes, ce qui augmente la salinité de surface., Aux hautes latitudes, les eaux de surface deviennent plus fraîches en raison de la prédominance des précipitations sur l’évaporation aux hautes latitudes.
la tendance au rafraîchissement rend l’eau de surface plus flottante, s’opposant ainsi à la tendance au refroidissement. Si le rafraîchissement est suffisamment important, les eaux de surface peuvent ne pas être assez denses pour s’enfoncer à de grandes profondeurs dans l’océan, inhibant ainsi l’action du convoyeur océanique et bouleversant une partie importante du système de chauffage de la terre.
Ce système de régulation ne fonctionne pas la même dans tous les océans., Le continent asiatique limite l’étendue septentrionale de l’Océan Indien aux tropiques, et les eaux profondes ne se forment pas actuellement dans le Pacifique nord, car les eaux de surface sont tout simplement trop fraîches. Notre climat actuel favorise la formation d’eaux froides et profondes autour de l’Antarctique et dans le nord de l’Océan Atlantique Nord. La circulation des convoyeurs augmente le transport vers le nord des eaux plus chaudes dans le Gulf Stream aux latitudes moyennes d’environ 50% par rapport à ce que le transport par le vent seul ferait.,
notre connaissance limitée du climat océanique sur de longues échelles de temps, extraite de l’analyse des carottes de sédiments prélevées dans l’océan mondial, a généralement impliqué L’Atlantique Nord comme membre le plus instable du convoyeur: pendant les périodes millénaires de climat froid, la formation des eaux profondes de l’Atlantique Nord (NADW) s’est arrêtée ou Et cela a généralement suivi des périodes de grands rejets d’eau douce dans le nord de L’Atlantique Nord causées par la fonte rapide de la glace glaciaire ou pluriannuelle dans le bassin Arctique., On pense que ces eaux douces, qui ont été transportées dans les régions de formation d’eau profonde, ont interrompu le convoyeur en surmontant l’effet de refroidissement à haute latitude avec un rafraîchissement excessif.
Le convoyeur océanique n’a pas besoin de s’arrêter complètement lorsque la formation de NADW est réduite. Il peut se poursuivre à des profondeurs moins profondes dans L’Atlantique Nord et persister dans l’océan Austral où la formation des eaux de fond de l’Antarctique se poursuit ou est même accélérée., Pourtant, une perturbation de la branche nord de la circulation de renversement affectera le bilan thermique de l’hémisphère nord et pourrait affecter à la fois le climat océanique et atmosphérique. Les calculs du modèle indiquent un potentiel de refroidissement de 3 à 5 degrés Celsius dans l’océan et l’atmosphère en cas de perturbation totale. C’est un tiers à la moitié du changement de température connu pendant les grandes périodes glaciaires.,
ces changements sont deux fois plus importants que ceux observés lors des pires hivers du siècle dernier dans l’est des États-Unis, et risquent de persister pendant des décennies à des siècles après la transition climatique. Ils sont d’une ampleur comparable à la petite période glaciaire, qui a eu des effets profonds sur les établissements humains en Europe et en Amérique du Nord au cours des 16e à 18e siècles. Leur étendue géographique est incertaine; elle pourrait être limitée aux régions délimitant L’Océan Atlantique Nord., Haute latitude changements de température dans l’océan sont beaucoup moins susceptibles d’affecter l’atmosphère globale de faible latitude, comme celles produites par El Niño.
la question de savoir si la voie de propagation du changement climatique est atmosphérique ou océanique, ou si les changements dans la séquestration océanique et terrestre du carbone peuvent mondialiser les effets du changement climatique, comme on le soupçonne pour les changements climatiques glaciaires / interglaciaires, sont des questions ouvertes. Pourtant, nous commençons à aborder comment le paradoxe mentionné ci-dessus peut se produire: le réchauffement climatique peut induire un climat plus froid pour beaucoup d’entre nous.,
considérons d’abord quelques observations du changement océanique sur le disque instrumental moderne remontant à 40 ans. Pendant cet intervalle de temps, nous avons observé une augmentation de la température globale moyenne. En raison de sa grande capacité thermique, l’océan a enregistré des changements de température faibles mais importants. Les augmentations de température les plus importantes se produisent dans les eaux proches de la surface, mais le réchauffement a été mesurable jusqu’à des profondeurs allant jusqu’à 3000 mètres dans L’Atlantique Nord., À cette augmentation à long terme se superposent des changements interannuels et décennaux qui occultent souvent ces tendances, provoquant une variabilité régionale et un refroidissement dans certaines régions, et un réchauffement dans d’autres.
de plus, des données récentes montrent que les océans des hautes latitudes se sont rafraîchis tandis que les régions subtropicales et tropicales sont devenues plus salées. Ces changements possibles dans le cycle hydrologique ne se sont pas limités à l’Atlantique Nord, mais ont été observés dans tous les grands océans. Pourtant, c’est dans l’Atlantique Nord que ces changements peuvent agir pour perturber la circulation de renversement et provoquer une transition climatique rapide.,
une accumulation d’eau douce de 3 à 4 mètres à haute latitude au cours de cette période a diminué les salinités de la colonne d’eau dans l’ensemble du N. Atlantique subpolaire jusqu’à 2000 m. parallèlement, les salinités subtropicales et tropicales septentrionales ont augmenté.
la mesure dans laquelle les deux effets s’équilibrent en termes d’eau douce est importante pour le changement climatique. Si l’effet net est une diminution de la salinité, l’eau douce doit avoir été ajoutée à partir d’autres sources: ruissellement des rivières, fonte de la glace arctique pluriannuelle ou glaciers., Une inondation de l’Atlantique Nord avec de l’eau douce provenant de ces diverses sources a le potentiel de réduire ou même de perturber la circulation de renversement.
que ce dernier se produise ou non est le lien du problème, et il est difficile de prédire avec confiance. À l’heure actuelle, nous n’avons même pas de système en place pour surveiller la circulation de renversement.
Les Modèles de la circulation de renversement sont très sensibles à la façon dont le mélange interne est paramétré. Rappelons que le mélange interne de chaleur et de sel fait partie intégrante de la circulation de renversement., Une étude récente montre que pour un modèle à mélange vertical constant, qui est couramment utilisé dans les cycles climatiques couplés océan-atmosphère, il n’y a qu’un seul État climatique stable: notre état actuel avec un affaissement substantiel et une formation d’eau dense dans le nord de L’Atlantique Nord.
avec une formulation légèrement différente, plus conforme à certaines mesures récentes des taux de mélange océanique qui sont faibles près de la surface et deviennent plus grands sur une topographie de fond rugueuse, un deuxième état stable émerge avec peu ou pas de production d’eau profonde dans le nord de L’Atlantique Nord., L’existence d’un deuxième état stable est cruciale pour comprendre quand et si un changement climatique brutal se produit. Lorsqu’elle se produit dans les séries de modèles et dans les données géologiques, elle est invariablement liée à l’ajout rapide d’eau douce aux hautes latitudes septentrionales.
Et maintenant peut-être que vous commencez à voir l’étendue du problème. En plus d’incorporer une biosphère terrestre et de la glace polaire, qui jouent tous deux un rôle important dans la réflectivité du rayonnement solaire, il faut paramétrer avec précision le mélange qui se produit sur des échelles de centimètres à des dizaines de centimètres dans l’océan., Et il faut produire de longues séquences climatiques globales couplées de plusieurs siècles! C’est une tâche ardue, mais nécessaire avant que nous puissions compter avec confiance sur des modèles pour prédire le changement climatique futur.
en plus d’avoir besoin de modèles crédibles capables de prédire avec précision le changement climatique, nous avons également besoin de données capables de les initialiser correctement. Des erreurs dans les données initiales peuvent conduire à de mauvaises prévisions atmosphériques en plusieurs jours. Donc, une voie sûre pour de meilleures prévisions météorologiques est de meilleures données initiales.
pour l’océan, notre couverture de données est totalement insuffisante., Nous ne pouvons pas dire maintenant à quoi ressemble la circulation renversante avec confiance et nous sommes confrontés à la tâche de prédire ce qu’elle pourrait être dans 10 ans!
des Efforts sont en cours pour remédier à cette situation. La couverture mondiale des mesures de la température et de la salinité de l’océan supérieur avec des flotteurs autonomes est bien dans nos capacités au cours de la prochaine décennie, tout comme les mesures de surface du stress du vent et de la circulation océanique à partir de satellites.,
la mesure des débits profonds est plus difficile, mais il existe des connaissances sur les emplacements des voies critiques des débits d’eau denses, et des efforts sont en cours pour les mesurer dans certains endroits clés avec des réseaux amarrés.
nos connaissances sur le changement climatique passé sont également limitées. Il n’y a qu’une poignée d’enregistrements climatiques de carottes de glace à haute résolution des 100 000 dernières années, et encore moins d’enregistrements océaniques de résolution comparable., Une meilleure définition des États climatiques passés est nécessaire non seulement en soi, mais pour que les modélisateurs puissent tester leurs meilleurs modèles climatiques en reproduisant ce que nous savons s’être passé dans le passé avant de croire aux projections du modèle sur l’avenir. Nous n’en sommes pas encore là, et des progrès doivent être réalisés à la fois sur de meilleures données et des modèles améliorés avant de pouvoir commencer à répondre à certaines questions critiques sur le changement climatique futur.
Les Chercheurs vous disent toujours que plus de financement de la recherche est nécessaire, et nous ne sommes pas différents. Notre message principal n’est cependant pas que cela., C’est que le climat mondial évolue dans une direction qui rend plus probable un changement climatique brutal, que cette dynamique dépasse la capacité de nombreux modèles utilisés dans les rapports du GIEC, et les conséquences de l’ignorer peuvent être importantes. Pour ceux d’entre nous qui vivent au bord de L’Océan Atlantique Nord, nous pouvons planifier des scénarios climatiques de réchauffement climatique qui sont opposés à ce qui pourrait réellement se produire.