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Évolution climatique naturelle

Dossier - Au cœur de la glace, les secrets du climat
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Pour mieux comprendre le climat de la Terre, rien de tel que l'analyse des glaces dans les calottes polaires (en Antarctique et au Groenland) mais aussi dans les glaciers. Partez au cœur de la glace, à la découverte des secrets du climat.

  
DossiersAu cœur de la glace, les secrets du climat
 

De nombreuses études ont montré qu'en Antarctique centrale, les isotopes de l'eau peuvent quantitativement être utilisés comme indicateurs de la température du passé. Alors, quelle a été l'évolution climatique naturelle ?

Seul le carottage de Vostok permet de couvrir quatre cycles climatiques (un cycle climatique est défini par la succession d'une période interglaciaire et d'une période glaciaire), soit environ 400.000 ans. L'un des résultats phares du projet Vostok (voir la figure 1 ci-dessous) est le parallélisme des variations de la température de l'air et de la teneur atmosphérique en gaz à effet de serre.

Quelle a été l'évolution climatique naturelle ? Ici, carottage de glace du projet Epica, à la station Kohnen, en Antarctique. © Hannes Grobe, CC by-sa 2.5

Variations du climat

Ce résultat, combiné avec une approche de modélisation, suggère qu'environ la moitié de la variation climatique glaciaire-interglaciaire trouverait son origine dans l'effet radiatif des gaz à effet de serre, amplifié par d'autres rétroactions du système climatique comme l'étendue des glaces de mer, la réponse de la végétation, l'humidité de l'air...

Les aérosols de Vostok sont plus abondants durant les périodes glaciaires. Cette augmentation résulte d'une aridité continentale plus prononcée, de vents plus soutenus et d'un transport méridien accentué par suite d'un gradient de température plus intense entre les tropiques et les pôles.

Au Groenland, deux équipes, européenne (GRIP) et américaine (GISP2), ont creusé la calotte jusqu'au socle rocheux. Les séries obtenues (voir la figure 2 ci-dessous) ne permettent pas encore d'affirmer que les précédentes périodes chaudes, interglaciaires, comme celle que nous vivons, connaissaient un climat stable. En revanche, elles ont montré l'incroyable instabilité du climat en période glaciaire, période marquée par une succession de variations climatiques rapides s'effectuant en quelques dizaines d'années. Ces variations climatiques s'accompagnent d'évènements abrupts en méthane, indiquant qu'elles concernaient une vaste étendue géographique incluant potentiellement les régions tropicales.

Dans les glaces groenlandaises, plus acides et plus riches en impuretés qu'en Antarctique, le CO2 des bulles d'air réagit avec la glace ; il ne retrace donc pas directement l'évolution de l'atmosphère.

Figure 1 : quatre cycles climatiques archivés dans les glaces de Vostok. Sont représentés, de haut en bas, la composition isotopique en deutérium (δD), la concentration en dioxyde de carbone (CO2), la concentration en méthane (CH4), la teneur en calcium (Ca) et l'excès en deutérium (d) en fonction du temps, depuis il y a 400.000 ans jusqu'à nos jours. © DR

Les mesures couvrent quatre cycles glaciaires-interglaciaires. Le dernier épisode chaud s'est produit il y a 125.000 ans. Le dernier maximum glaciaire a eu lieu il y a 20.000 ans. Un cycle dure environ 100.000 ans ; δD et d signent les températures du passé, les épisodes chauds correspondant aux pics de δD. Les époques glaciaires sont marquées par des précipitations très pauvres en deutérium ; elles apparaissent en creux. Les concentrations en gaz à effet de serre, obtenues à partir des bulles d'air fossile, sont données en ppm (parties par millions) ou ppb (parties par milliards). Elles sont élevées lors des périodes chaudes et basses pendant les épisodes froids. La teneur en calcium, exprimée en nanogrammes par cm3, est un indicateur de la quantité de poussières ; elles sont plus abondantes pendant les périodes glaciaires.

Par ailleurs, les profils de la température passée varient selon la méthode utilisée : ainsi, le réchauffement glaciaire-interglaciaire est évalué à 10 °C par les isotopes de l'eau et 20 °C par deux autres méthodes (fractionnement des gaz dans le névé et inversion du profil de température mesuré dans le trou de forage).

Figure 2 : un cycle glaciaire à GRIP. Mêmes définitions que pour la figure 1 mais ici l'échelle horizontale de temps ne couvre que 140.000 ans. δ18O, de même que δD, sert à connaître la température du passé. Notez la forte instabilité du climat pendant la période glaciaire. © DR

En fait, les modèles de circulation générale de l'atmosphère ont élucidé cette divergence en montrant que la répartition saisonnière des précipitations a changé depuis 20.000 ans. Les précipitations sont actuellement plus importantes en hiver (biaisant le thermomètre isotopique vers le froid) alors qu'elles sont plus importantes en été (biaisant vers le chaud) pendant une période glaciaire. Les isotopes de l'eau sous-estiment donc le changement moyen annuel de la température dans cette région.

De même, les aérosols des glaces groenlandaises apportent des résultats différents de ceux de l'Antarctique, en particulier à cause de la proximité du Groenland avec les continents voisins, qui réduit le temps de transport. Les émissions biogéniques d'ammoniaque ou de composés organiques volatils se sont accrues durant la période interglaciaire actuelle, en comparaison avec la dernière glaciation, car les grandes calottes glaciaires nord-américaine et eurasienne, en fondant, ont laissé place aux forêts boréales. De plus, à travers ces données, les feux de forêt boréale semblent moins fréquents du début de l'Holocène (il y a 10.000 ans) à nos jours.

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