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Aérosols et fluctuations rapides du climat influent sur le cycle du CO2

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La fertilisation des océans favorise le développement d'organismes qui absorbent le CO2. Difficile de prédire comment cette pompe biologique évoluera avec le changement climatique actuel. Mais l'analyse de son comportement face aux variations climatiques passées donne quelques pistes. Lors de la dernière ère glaciaire, la fertilisation des océans, les flux de CO2 et les changements rapides du climat étaient étroitement liés.

Si une tempête de poussière se produit au Sahara, les particules du sable sont emportées dans l'atmosphère par le vent et traversent l'Atlantique. Au niveau des océans, ces aérosols modifient la formation et l'intensité des ouragans, mais peuvent aussi stimuler la pompe biologique. © Nasa

Le rôle de l'océan dans le cycle du carbone est capital. On estime que 40 % des émissions anthropiques de CO2 sont absorbées par les mers. Le gaz carbonique est enfoui dans les profondeurs selon deux principaux moyens. Il peut être pris dans les courants par l'action de la circulation thermohaline, c'est ce qu'on appelle la pompe physique. Par ailleurs, une partie du carbone dissous est consommé par le plancton et transformé en biomasse, c'est la pompe biologique. Cette dernière ne dépend pas uniquement de la quantité de carbone : elle est, semble-t-il, très sensible aux changements rapides du climat.

Le plancton consomme le carbone pour réaliser la photosynthèse, mais il a aussi besoin de nutriments comme le fer, qui peuvent parfois lui faire défaut. Il existe nombre de zones océaniques où le fer est déficitaire, ce qui inhibe les blooms planctoniques. Ce nutriment est transporté depuis les côtes vers les océans, par le vent. Ainsi, plus on s'éloigne des côtes continentales, moins il y a de fer et moins la pompe biologique est efficace. Il est connu depuis longtemps que la fertilisation des océans est étroitement liée aux variations climatiques lentes. Par exemple, durant les périodes glaciaires, les conditions sèches et venteuses engendrent plus de tempêtes, qui dispersent les aérosols dans un plus vaste espace.

L'océan absorbe 40 % du gaz carbonique émis dans l'atmosphère de façon anthropique. Le CO2 pénètre en profondeur par la circulation thermohaline : c’est la pompe physique (à droite), basée sur un mécanisme de circulation en eau profonde. Mais le CO2 est aussi consommé en surface par le plancton, ce qui le transforme en biomasse. C’est la pompe biologique (à gauche), qui consomme le carbone sous forme de particules organiques : une partie devient du carbone organique dissous, sédimente puis s'enfouit dans le fond océanique. © Isaac Sanolnacov, cc by sa 3.0

La pompe biologique réagit aux changements rapides du climat

Une équipe anglo-espagnole a récemment mis en évidence que ces poussières portées par le vent, qui ont un effet sur la pompe biologique, sont aussi impliquées dans les changements climatiques rapides. Durant la dernière période glaciaire, des événements assez mystérieux se sont produits : les événements de Heinrich, dont les mécanismes de déclenchement restent incertains. Ces phénomènes, des déstabilisations climatiques intenses, ont engendré l'effondrement de l'inlandsis (glacier d'eau douce très étendu) des Laurentides, au Canada. Par la suite, ceci a provoqué le déversement de quantité d'icebergs, qui ont inondé l'Atlantique nord d'eau douce.

L'afflux soudain d'eau douce provoque une stratification de l'océan. Dans ce contexte, l'eau de surface est moins salée, donc moins dense que les eaux de fond, ce qui réduit la plongée des eaux de surface vers les profondeurs, au nord de l'Islande. Cette plongée des eaux, à cet endroit, est à l'origine de la circulation méridienne atlantique Amoc (Atlantic Meridional Overturning Circulation).

Or, comme ce flux de circulation s'affaiblit, les eaux tropicales chaudes restent piégées dans l'Atlantique sud, et le Gulf Stream (courant qui transporte les eaux chaudes vers l'Atlantique nord) se ralentit. En réponse au refroidissement de l'Atlantique nord, l'océan Austral, lui, se réchauffe. C'est ce que l'on nomme la bascule climatique : le climat d'un pôle est modifié, et l'autre pôle réagit de façon contraire.

Moins de vents en Patagonie, plus de remontées de CO

Publiée dans Nature Geoscience, l'étude montre que durant ces événements de Heinrich, la glace de mer antarctique s'est retirée, transformant alors les vents d'ouest en vents du sud. La combinaison de ces deux paramètres a impliqué une remontée des eaux profondes, et donc une libération du CO2 dissous enfoui. Par ailleurs, les conditions climatiques plus chaudes en Patagonie ont diminué l'apport de nutriments des continents vers l'océan Austral, réduisant alors l'influence de la pompe biologique sur l'enfouissement du carbone.

L'étude est basée sur l'analyse des niveaux de carbone 12 et carbone 13 dans les squelettes de foraminifères (des protozoaires) retrouvés dans des carottes de sédiments, issues de forages dans l'océan Austral. Lorsque la photosynthèse est importante, beaucoup de carbone 12 est consommé, laissant alors plus de carbone 13 libre à la surface. Les carottages réalisés permettent d'analyser 360.000 ans de vie dans les océans.

L'étude illustre clairement qu'il y existe un lien très fort entre l'évolution de la variation des taux de nutriments (détectée par l'analyse des foraminifères) et les taux de poussière et de CO2 dans les carottes glaciaires de l'Antarctique. Les résultats de cette recherche soulignent de quelle manière des modifications climatiques rapides peuvent se transmettre à travers le monde. Il ressort de ce travail que l'océan Austral est un paramètre climatique beaucoup plus actif qu'on l'imaginait jusqu'alors.

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