Regard en arrière sur le climat du futur
Chaud et humide : des chercheurs de l'ETH reconstruisent le climat qui régnait sur la Terre il y a environ 55 millions d'années à l'aide de minéraux extraits de sols anciens. Ces découvertes contribuent à mieux évaluer notre climat futur.
Il y a 57 à 55 millions d'années, le paléocène prenait fin et l'éocène commen?ait. A cette époque, l'atmosphère était littéralement inondée de dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre dont la concentration était comprise entre 1400 ppm et 4000 ppm. Il est difficile d'imaginer que la température sur Terre devait être celle d'un sauna biologique. Il faisait chaud et humide, et la glace des calottes polaires avait complètement disparu.
Le climat de l'époque est intéressant pour les chercheurs afin d'évaluer comment le climat actuel pourrait évoluer. Car actuellement, les émissions de CO2-de l'atmosphère est de 412 ppm, alors qu'elle était de 280 ppm à l'époque préindustrielle. Les climatologues estiment qu'elle a augmenté en raison des émissions humaines de CO2-pourrait atteindre 1000 ppm d'ici la fin du siècle.
Un groupe de chercheurs de l'ETH Zurich, de la Pennsylvania State University et du CASP de Cambridge (GB) a donc reconstitué le climat qui régnait à la fin du Paléocène et au début de l'?ocène, en se basant sur de minuscules minéraux provenant d'anciens sols marécageux. L'étude vient de para?tre dans la revue spécialisée "Nature Geoscience".
Ce que les minéraux disent du climat
Les minéraux en question sont des sidérites. Ils se sont formés dans des sols sans oxygène qui se sont développés sous une couverture végétale dense dans des marécages. Les marais étaient très répandus le long des c?tes chaudes et humides au paléocène et à l'éocène.
La sidérite est un carbonate de fer et se compose d'un atome de fer, d'un carbone et de trois atomes d'oxygène (FeCO3). Pendant la croissance des cristaux de sidérite, différents isotopes de carbone et d'oxygène sont incorporés dans le réseau cristallin en fonction de la température du sol. Les cristaux en croissance stockent également des informations sur l'humidité de l'air, car les isotopes de l'oxygène proviennent de l'eau qui a pénétré dans le sol par la pluie. Ainsi, les cristaux stockent des informations sur le climat de l'époque à laquelle ils ont poussé. Les chercheurs peuvent lire ces informations en déterminant la composition isotopique des cristaux en laboratoire. Ils peuvent ainsi tirer des conclusions sur la teneur en humidité de l'atmosphère et sur les températures de l'air.
Pour retracer les conditions climatiques de l'équateur aux régions polaires, les chercheurs ont étudié la sidérite de 13 sites différents dans l'hémisphère nord de la Terre. Ils ont ainsi couvert toutes les latitudes, des tropiques à l'Arctique.
Un monde chaud et fumant
"La reconstruction du climat à partir de la sidérite montre qu'un monde chaud est aussi un monde humide", explique le premier auteur Joep van Dijk, qui a effectué son doctorat à l'Institut de géologie sous la direction du professeur de l'ETH Stefano Bernasconi de 2015 à 2018.
Ainsi, il y a 57 à 55 millions d'années, la température annuelle moyenne de l'air à l'équateur dans l'actuelle Colombie se situait autour de 41°C. En Sibérie arctique, la température moyenne estivale était de 23°C.
A l'aide de leur "hygromètre" à sidérite, les chercheurs ont également démontré que la teneur globale en humidité de l'atmosphère, c'est-à-dire l'humidité spécifique, était beaucoup plus élevée au Paléocène et à l'Eocène qu'aujourd'hui. La vapeur d'eau restait également plus longtemps dans l'air, car l'humidité spécifique augmentait plus fortement que l'évaporation et les précipitations. L'augmentation de l'humidité spécifique n'a toutefois pas été la même partout.
Gr?ce au fait que les chercheurs disposaient de sidérite de toutes les latitudes, ils ont également pu étudier la répartition de l'humidité spécifique : Les tropiques et les hautes latitudes présentaient alors un taux d'humidité très élevé.
La vapeur d'eau subtropicale réchauffe les p?les
Les chercheurs attribuent ce phénomène au fait que la vapeur d'eau a été transportée des zones subtropicales vers ces zones. C'est dans les régions subtropicales que l'humidité spécifique a le moins augmenté. L'évaporation a augmenté et les précipitations ont diminué. Il en résulta une plus grande quantité de vapeur d'eau, qui fut finalement acheminée vers les p?les et l'équateur. Et avec la vapeur, la chaleur a également été transportée.
Aujourd'hui encore, les climatologues observent que la vapeur d'eau et la chaleur s'écoulent des régions subtropicales vers les tropiques. "Ce transport était probablement encore plus important à l'éocène", explique Joep van Dijk. "Et l'augmentation du transport de chaleur vers les hautes latitudes peut effectivement avoir favorisé l'amplification du réchauffement dans les régions polaires".
La capacité d'adaptation dépassée
Les nouveaux résultats plaident en faveur d'une augmentation du transport d'humidité dans l'atmosphère et donc du transport de chaleur, même dans le sillage du réchauffement climatique actuel. "Le transport de l'humidité est un processus important qui renforce le réchauffement des régions polaires", explique van Dijk.
"Le CO2-La teneur en carbone de l'atmosphère était certes nettement plus élevée qu'aujourd'hui, mais l'augmentation jusqu'à ces valeurs s'est faite sur des millions d'années", fait-il remarquer. "Contrairement à aujourd'hui, où l'humanité a réduit les émissions de CO2-a augmenté de près de 50 % en seulement 170 ans depuis l'industrialisation". Les animaux et les plantes avaient alors beaucoup plus de temps pour s'adapter aux conditions climatiques changeantes. "Avec l'évolution rapide actuelle, ce n'est tout simplement pas possible", souligne le chercheur.
Difficile recherche de cristaux de sidérite
Les sidérites n'ont pas été faciles à trouver. D'une part, les minéraux sont minuscules, d'autre part, ils ne se trouvent que dans les sols marécageux fossiles, et de nos jours, ces derniers ne sont parfois trouvés qu'à plusieurs kilomètres de profondeur sous la surface de la terre. En conséquence, il a été difficile, voire impossible, pour les chercheurs d'exhumer eux-mêmes des sidérites. "Nous avons entrepris plusieurs expéditions sur des sites, mais nous n'avons pu trouver de la sidérite que dans un seul cas", explique Joep van Dijk.
Pour leurs recherches, les chercheurs ont toutefois pu s'appuyer sur la collection du coauteur Tim White. Cet Américain de la Pennsylvania State University possède la plus grande collection de sidérite au monde.
Référence bibliographique
Van Dijk J, Alvarez F, Bernasconi SM, et al : Spatial pattern of super-greenhouse warmth controlled by elevated specific humidity. Nature Geoscience, publié en ligne le 26 octobre 2020. DOI : page externe10.1038/s41561-020-00648-2