Dynamique de la calotte glaciaire du Groenland pilotée par les variations de CO2 à travers la transition Pliocène
Publié par Adrien le 04/01/2019 à 08:00
Source: CNRS-INSU
Une équipe internationale vient de réussir à établir de quelle manière les relations très étroites existant entre les évolutions du climat et celles du CO2 atmosphérique ont conduit à l'englacement du Groenland à la limite du Tertiaire et du Quaternaire entre 3 et 2,5 millions d'années. En particulier, elle a démontré comment, 30 millions d'années après le développement de la calotte antarctique (L'Antarctique (prononcé [ɑ̃.taʁk.tik] Écouter) est le continent le plus méridional de la Terre. Situé au pôle Sud, il est entouré de l'océan Austral (ou océan Antarctique)...), des conditions climatiques favorables dans l'hémisphère Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) ont conduit à l'établissement d'une calotte de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) pérenne au Groenland (Le Groenland (prononcez /gʁɔɛn.lɑ̃d/, écrit Groënland dans la graphie française d'avant 1850, Grønland en danois (« terre verte »), Kalaallit Nunaat en groenlandais) est...).

On sait depuis longtemps que la baisse d'insolation estivale il y a 2,7 millions d'années est un élément essentiel pour l'installation d'une calotte pérenne au Groenland grâce aux calculs de forçages astronomiques de Jacques Laskar. Par contre, la question se posait de savoir quelle était l'évolution du CO2 atmosphérique pendant cette période de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.).

Pour étudier cette question, une équipe internationale a mis au point (Graphie) une nouvelle technique de couplage asynchrone afin de coupler le modèles de climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue de la...) IPSL et le modèle de calotte de glace précédemment développé au LGGE. Cette méthode de couplage asynchrone, utilisée pour la première fois par J.B Ladant en 2014 (Ladant et al., Paleoceanography, 2014) pour l'englacement de l'antarctique il y a 35 Ma. Elle consiste à faire interagir ici le modèle de climat couplé de l'IPSL (AOGCM IPSL CM5A) avec le modèle de calotte de glace GRISLI. Les chercheurs ont validé les simulations réalisées avec ce modèle couplé en les comparant aux reconstructions de températures de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) des mers (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) et des débris emportés par les glaces. Ils ont ainsi pu simuler le développement et le maintien d'une calotte de glace groenlandaise à partir de la reconstruction du CO2 atmosphérique. Or, il se trouve que la reconstruction de la teneur en CO2 de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) est, grâce aux bulles piégées dans les glaces, très précisément connue. Par contre, au-delà de cette limite on reconstruit cette longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de...) à partir de différents indicateurs (stomates des plantes, isotopes du Bord, alkénone...). Cette nouvelle méthode permet de tester les différentes reconstructions qui existent pour la période Plio-Pléistocène (3.0-2.5 Ma).


Simulations de l'épaisseur de la calotte groenlandaise. Ces simulations sont forcées par les reconstructions de pCO2 issues de Martinez-Boti et al. (scénarios moyens) pour les périodes suivantes: 2,9 Ma (a), 2,8 Ma (b), 2,72 Ma (c) et 2,6 Ma (d).

Les résultats montrent que la glaciation (Une glaciation ou période glaciaire est à la fois une phase paléoclimatique froide et une période géologique de la Terre durant laquelle une part importante des...) de l'hémisphère Nord n'a été possible que dans un contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu...) où le CO2 atmosphérique avait atteint des valeurs au moins deux fois plus basses que celles correspondant à l'englacement antarctique (autour de 300 ppmv pour l'englacement du Groenland contre environ 800 ppmv pour celui de l'Antarctique).

Le long déclin du CO2 atmosphérique au cours des 40 derniers millions d'années (passant de plus de 1000 ppmv à 300 ppmv) a ainsi permis l'installation d'une calotte dans l'hémisphère Nord dans des conditions nettement moins favorables que pour l'Antarctique. En effet, le continent (Le mot continent vient du latin continere pour « tenir ensemble », ou continens terra, les « terres continues ». Au sens propre, ce terme désigne une...) Antarctique est directement en position polaire, il est de plus entouré d'un courant circumpolaire très puissant qui l'isole, ce qui constitue un très fort pôle froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.).

Comme pour les simulations climatiques futures, plusieurs scénarios d'évolution du CO2 ont été testés. Cela a permis de montrer toute l'importance de l'évolution du CO2 pour maintenir une calotte groenlandaise pendant cette période. Il s'agit ici d'un basculement (Le basculement, dans le domaine de l'astronautique, est l'inclinaison progressive d'un véhicule spatial autour d'un axe quelconque. Le basculement peut être utilisé pour modifier la direction du vecteur poussée.) vers un climat froid et de l'établissement d'une calotte de glace pérenne au Groenland, deux phénomènes qui vont favoriser les oscillations glaciaires-interglaciaires du Quaternaire.

Ce projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration...) est issu de longues années de collaboration franco-norvégienne dans le cadre du projet OCCP (Ocean controls on high-latitude climate sensitivity - a Pliocene case study). Il a également bénéficié d'un financement du projet LEFE "ComprendrE" (How and why glaciation/interglacial cycles were triggered at the Plio-Pleistocene boundary) de l'INSU et fait partie du projet ANR HADOC (Human ancestors dispersal: the role of climate) soutenu par l'Agence Nationale de Recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) ANR-17-CE31-0010.

Ces simulations ont pu être menées en utilisant les ressources HPC de GENCI-TGCC.

Références:
Ladant, J.-B., Donnadieu, Y., Lefebvre, V. & Dumas, C. The respective role of atmospheric carbon dioxide and orbital parameters on ice sheet evolution at the Eocene-Oligocene transition. Paleoceanography 29, 810-823 (2014).
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