Un épisode de réchauffement climatique grave il y a 55 millions d'années a été déclenché par non pas une mais deux injections de gaz à effet de serre dans l'atmosphère - et le taux d'augmentation suggère que l'ancien réchauffement pourrait être une leçon importante pour l'avenir du changement climatique.
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L’un des meilleurs moyens d’expliquer comment le réchauffement climatique induit par l’être humain affectera la Terre à l’avenir consiste à étudier la manière dont notre planète a réagi au changement climatique dans le passé. De nombreux chercheurs pensent que le maximum thermique du Paléocène – Éocène (PETM) il y a 55 millions d'années est particulièrement pertinent dans notre situation actuelle, car il implique également une injection massive de carbone dans l'atmosphère, qui a entraîné une spirale des températures mondiales.
Cependant, tous les chercheurs ne sont pas convaincus que nous avons beaucoup à apprendre du PETM. Certaines études ont suggéré que le climat avait alors beaucoup moins évolué que maintenant, avec une accumulation progressive de carbone atmosphérique sur environ 20 000 ans, peut-être à cause de la libération lente de gaz volcaniques. Encore d'autres études ont conclu que les changements de PETM se produisaient beaucoup trop rapidement pour pouvoir être comparés avec notre situation actuelle. Une étude de l'année dernière a suggéré que le carbone atmosphérique avait monté en flèche en quelques années à peine, peut-être en raison d'un afflux massif de carbone résultant d'un impact de comète.
Mais les dernières preuves géologiques, publiées aujourd'hui dans Nature Geoscience, font que ces scénarios de réchauffement «trop lent» et «trop rapide» commencent à paraître improbables. Au lieu de cela, le taux de changement était probablement «juste» pour faire des comparaisons modernes.
Des chercheurs dirigés par Gabe Bowen de l’Université de l’Utah ont foré un noyau de 820 pieds de profondeur près de Powell, dans le Wyoming. Leur échantillon coupe des sols anciens - maintenant transformés en pierre - qui se sont formés avant, pendant et après le PETM. Les couches de sol contiennent des milliers de nodules de carbonate, chacun contenant des variétés de carbone qui reflètent la composition de l'atmosphère au moment de la formation du nodule. En mesurant ces variétés, ou isotopes, au sein de chaque nodule, les chercheurs pourraient brosser un tableau de la façon dont le carbone a été ajouté à l'atmosphère ancienne. Ce n'est pas la première fois que les chercheurs construisent un tel bilan carbone pour le PETM: des profils similaires ont été établis à l'aide d'informations provenant de carottes de sédiments marins. Mais les sédiments marins sont brassés par des animaux qui creusent des terriers, brouillant les détails de l'image du carbone d'une manière qui ne se produit pas aussi facilement sur terre, affirment les chercheurs.
Des nodules de carbonate gris et arrondis parsèment ces carottes de sédiments forées dans le nord du Wyoming. (Bianca Maibauer, Université d'Utah) Les résultats montrent que le carbone a été pompé dans l'atmosphère sur une période de quelques milliers d'années, à peu près au même rythme que les émissions actuelles. Ils ont également constaté qu'au moins 992 millions de tonnes de carbone pénétraient dans l'atmosphère chaque année, ce qui correspond à un ordre de grandeur du taux annuel actuel de 10, 5 milliards de tonnes.
Mais la découverte la plus intéressante est peut-être que le PETM semble avoir impliqué deux impulsions de carbone distinctes. Quelques milliers d'années avant que le PETM ne bat son plein, le réchauffement planétaire a été de courte durée. Les niveaux de carbone atmosphérique ont monté en 1500 ans environ, sont restés élevés pendant environ un millénaire puis sont rapidement revenus à la normale. Après quelques millénaires, les niveaux de carbone ont encore augmenté - mais cette fois, ils sont restés élevés pendant des dizaines de milliers d'années, créant ainsi le véritable événement du PETM.
"C'est la première preuve solide qu'il y avait ces deux impulsions très proches dans le temps", déclare Scott Wing, co-auteur de l'étude, paléobiologiste au Muséum national d'histoire naturelle du Smithsonian. C'est une observation importante, dit-il, car cela signifie que nous pouvons mieux évaluer ce qui a déclenché le PETM. «Il est presque embarrassant de ne pas encore avoir trouvé de solution», a déclaré Wing. "C'est la première chose que tout le monde veut savoir - mais même 20 ans après l'identification du PETM, nous continuons à nous disputer à propos de la cause."
Les nouveaux résultats semblent éliminer le scénario très lent induit par le volcanisme: le carbone est entré trop rapidement dans l'environnement pour que cela fonctionne. Et comme il y avait deux pulsations distinctes de réchauffement, le scénario de la comète semble également faible. «Vous auriez alors besoin de deux comètes distinctes, cela ressemble un peu à une supplique spéciale», déclare Wing.
Le paléobiologiste Scott Wing de la Smithsonian Institution détient un échantillon de base foré à partir de la formation de Willwood dans le Wyoming dans le cadre d'une étude menée par l'Université de l'Utah sur un épisode de réchauffement de la planète, il y a près de 56 millions d'années. (William Clyde, Université du New Hampshire) Au lieu de cela, les auteurs font valoir qu'un rejet de méthane provenant de gisements situés sous le fond marin expliquerait à la fois le taux de changement et les curieuses impulsions doubles. Ce méthane est normalement enfermé dans une forme solide appelée clathrate de méthane, mais même un glissement de terrain sous-marin aurait suffi à déstabiliser une zone du fond de la mer et à libérer un vaste gisement de clathrate. Ce type d’événement aurait pu déclencher le réchauffement climatique éphémère avant l’événement PETM principal.
En réponse à cette impulsion initiale, les océans de la Terre auraient pu absorber l'excès de chaleur atmosphérique. S'ils le faisaient, cependant, il est possible que ce mécanisme de récupération naturel ait déclenché l'événement principal. Les océans plus chauds peuvent eux-mêmes déstabiliser les dépôts de clathrate, ce qui pourrait expliquer l'origine de la deuxième impulsion de carbone, explique Wing. Si ce scénario est correct, il rend le PETM encore plus pertinent aujourd'hui: les océans se réchauffent à nouveau et les dépôts de clathrate situés sous le fond marin commencent à nouveau à se déstabiliser.
Les clathrates de méthane libérés par les sédiments du lac Baïkal, en Russie, semblent bouillonner à travers la glace. (Louise Murray / Robert Harding Images du monde / Corbis) «Au début, j'étais un peu sceptique quant à l'étude: les carbonates de sol sont généralement difficiles à interpréter», déclare Henrik Svensen de l'Université d'Oslo, en Norvège. "Mais cela semble être une bonne et approfondie étude qui ajoute de nouvelles perspectives au PETM." Ce qui n'est pas clair, ajoute Svensen, est la raison pour laquelle la double impulsion n'a pas vraiment été révélée dans d'autres études, étant donné que plusieurs groupes de Les géologues travaillant ailleurs dans le monde ont utilisé des isotopes de carbone dans les roches pour reconstituer les conditions atmosphériques pendant le PETM avec des détails relativement élevés.
D'autres chercheurs disent avoir déjà vu des allusions aux deux impulsions dans leurs précédentes études. Par exemple, Ying Cui et Lee Kump de la Pennsylvania State University et leurs collègues ont publié une analyse en 2011 sur les isotopes de carbone dans les sédiments marins de PETM au large des côtes du Spitzberg, dans l'océan Arctique. «Nous avons également identifié deux impulsions, liées aux raidissements et aux aplatissements dans l'enregistrement de l'isotope de carbone», explique Kump.
Même dans ce cas, tout le monde n'est pas convaincu que les dernières évidences sonnent pour les scénarios de réchauffement précédents. James Wright de l'Université Rutgers a co-rédigé l'article de l'an dernier dans lequel il expliquait que le réchauffement du PETM avait eu lieu rapidement, peut-être en raison d'une comète. Parce que les nouveaux résultats montrent que les conditions atmosphériques sont revenues à la normale entre la première et la deuxième impulsion, nous ne pouvons pas être sûrs que la première impulsion ait une pertinence directe pour le PETM, estime-t-il. Cela laisserait la voie ouverte à la deuxième impulsion pour être exclusivement responsable - ce qui signifie que nous ne pouvons pas complètement exclure le scénario de la comète.
Si Wing et ses collègues ont raison et que l'événement de réchauffement planétaire PETM est similaire à celui d'aujourd'hui, nous savons que la comparaison n'est pas parfaite. Le monde était un endroit très différent il y a 55 millions d'années. Par exemple, même avant le PETM, la planète était déjà tellement chaude qu'il n'y avait pas de calotte glaciaire. Nous ne devrions pas non plus être trop réconfortés par le fait que le PETM n'a pas provoqué une extinction de masse majeure, a déclaré Wing, car si le réchauffement climatique actuel ne menace pas l'existence de notre espèce, il menace notre mode de vie. «Ce dont nous parlons, ce sont des changements massifs qui pourraient causer une quantité incroyable de souffrances humaines et la perte de choses qui nous tiennent tous à cœur», dit-il.
