Le réchauffement climatique actuel : une évolution thermique naturelle au forçage oublié

par Brigitte Lanoë.

Le forçage climatique principal est l’énergie apportée par le soleil sous la forme primaire de rayonnement visible et UV, l’insolation. Son lieu de stockage principal est l’océan, le thermostat de notre planète. Le gaz le plus abondant à côté de l’azote et de l’oxygène est la vapeur d’eau dont la teneur est éminemment variable dans l’atmosphère (de 0,2 % à 7,6 %). John Tyndall conclut dès 1861 que l’effet de serre est dû essentiellement à cette dernière. Il faut rappeler que le potentiel diffusif thermique induit par la vapeur d’eau est 8 fois supérieur à celui du CO₂ à concentration égale (0,04 %). L’immense majorité des articles traitant du changement climatique ne prennent en compte que l’hémisphère nord et l’Antarctique. Or, dans l’hémisphère sud, la surface océanique est maximale, plus particulièrement dans la zone intertropicale, celle qui capte et emmagasine le plus la chaleur apportée par le rayonnement solaire et permet en conséquence une vaporisation intense à la surface de l’océan.

Figure 1 : Evolution de l’insolation totale comparée de l’hémisphère sud et de l’hémisphère nord à l’Holocène et à l’Eémien (à 65 ° nord et sud ; 20). Evolution thermique de l’hémisphère nord .

Le maximum de l’insolation reçue dans l’hémisphère nord à l’Holocène a été atteint vers 8000 BP (8 ka BP) en raison du forçage orbital, c’est-à-dire des paramètres qui régissent la rotation de la terre autours du soleil. Cet épisode chaud a permis le développement de l’agriculture en raison de températures environ 2°C plus chaudes qu’aujourd’hui et par conséquent de précipitations plus élevées. Or, actuellement, toujours en raison de ce même forçage orbital, en décalage de 3 ka (Fig.1), l’hémisphère sud vient seulement de recevoir son maximum d’insolation interglaciaire. Ce décalage important a aussi été responsable du démarrage de la dernière déglaciation dans l’hémisphère sud, il y a 21,5 ka, enregistré mondialement par les accélérations du relèvement du niveau marin ou « Meltwaterpulses » (Fig.2 MWP 1A0), puis suivi, en décalage de 2 ka, par la remontée de la concentration du CO₂ dans l’atmosphère (Fig.2).

Même si l’hémisphère nord, pour des raisons orbitales, est en période de refroidissement depuis 6000 ans, nous sommes donc en droit de nous demander si ce décalage inter-hemisphérique n’est pas le déclencheur de l’Optimum actuel des Gratte-ciels.

Figure 2 : évolution du niveau marin au Tardiglaciaire et à l’Holocène.(6) comparée b) l’évolution des températures (d’après (11) et du CO₂ (gris clair) sur la période 22-8 ka (15)

Pour prendre un peu de recul, il est intéressant d’analyser l’interglaciaire précédent et son enregistrement dans une zone au centre de l’océan Atlantique, l’Islande. Cette zone reçoit de plein fouet l’apport énergétique de l’hémisphère sud via la circulation océanique mondiale, la circulation thermohaline et surtout, un bras du Gulf Stream, le courant d’Irminger (Fig 3). Tout épisode de refroidissement modifie le parcours de ce courant : il passe au Nord-Ouest de l’Islande en période chaude, favorisant une fonte glaciaire le long de la côte Sud-Est du Groenland. Par contre en conditions froides, il rebrousse son chemin vers le Sud-Ouest face à la puissance de la dérive froide est-groenlandaise : c’est un très bon traceur de la chaleur véhiculée par la circulation thermique mondiale. L’Islande est donc aussi un excellent enregistreur de l’évolution thermique de l’hémisphère nord. Les précipitations y sont clairement forcées par l’oscillation atmosphérique nord-atlantique ou NAO (cycles de 10-11 ans) et surtout l’Oscillation multi-décennale Atlantique (cycles d’environ 60 ans ; 8), et confortées par l’importance du courant d’Irminger.

	1883
	1943

 Figure 3 : carte des courants marins de l’Atlantique Nord et du bassin arctiques. NAD : dérive nord atlantique ; LC : courant du Labrador, IR : courant d’Irminger. EEC : courant est-groenlandais ; D.Fram : détroit de Fram. Etoiles : zones de plongement des eaux profondes. A droite : circulation nord atlantique en 1883 (d’après Mohn, 1887) et en, 1943 (carte marine US Army).

Pendant le Dernier Interglaciaire (l’Eémien), le réchauffement de l’océan et du climat ont été très rapides. La déglaciation de l’hémisphère nord est quasiment terminée 129 ka BP (7) : les glaciers ont disparus en Islande (23), tout comme pendant l’Optimum Holocène (4). Le niveau marin mondiale atteint son altitude actuelle vers 128 ka, puis monte progressivement ensuite, avec une pente similaire avec la pente de la transgression marine holocène après la fin de la déglaciation (Fig.4), en compensation de la déformation isostatique résiduelle imposée par les des grandes calottes disparues de l’hémisphère nord (le bouchon remonte avec la décharge glaciaire !). En Islande, englacée sur toute sa surface, le signal est directement amplifié par la déglaciation et son rebond (fig.5).

Figure 4 : Evolution comparative du niveau marin lors des deux dernières déglaciations Eemien en rouge, Holocène en bleu) en comparaison avec les évènements froids de l’HN et l’évolution de l’insolation. Noter l’évolution des tempêtes.

Figure 5 :Evolution du niveau marin relatif éémien en Islande méridionale en relation deux épisodes de déglaciations ,les phases froides marines et de North GRIP comparé à l’évolution des glaciers enregistrée par l’estuaire éémien (23).

Ensuite le climat se refroidit en relation avec un forçage orbital nettement plus puissant que celui de l’Holocène (+ 30%). Il se marque comme une dégradation continue enregistré au Groenland (évènement GS 26 des carottes de glace du Groenland à NGRIP) ou un refroidissement pulsé par des évènements chauds Dansgaerd-Oeschger (DO) de 124 à 116 ka (carottes marines régionales 13,19) en zone centre Atlantique, tout comme pendant l’Holocène, de 6000 a BP au Petit Age glaciaire inclus (Fig.1). En Islande, cette période amène aussi bien à l’Holocène qu’à l’Eémien, une reconstruction des édifices glaciaires et une augmentation de la force des tempêtes avec des dépôts de poussières, le loess (23). Cette péjoration climatique se ressent également dans le SE du Groenland et en Europe, avec une aridification notoire, observée dans l’enregistrement du paléolac des Echets (Lyon).

Ensuite, vers 116 ka, le climat se réchauffe en moins de 500 ans en Islande (23), au Groenland (GI 25 ; Fig. 1) et en Scandinavie, mais, le phénomène passe inaperçu sur le Nord-Est du continent nord-américain déjà en glaciation (13,19): il s’agit d’un réchauffement lié à une reprise de la circulation thermohaline induite par le décalage inter-hémisphérique de 3 ka des maxima d’insolation orbitaux. Les glaciers régressent très fortement et, l’Est du Vatnajökull a complètement disparu. Ce phénomène est également enregistré en Europe. En Islande, cet évènement chaud (GI 25) est enregistré par une seconde transgression forcée vers 116 ka, 9 ka après la première (Fig.5). Ensuite le climat se refroidit fortement vers 113 ka : c’est le démarrage de la dernière glaciation. Le niveau marin global éémien est au plus haut (+ 7 m), souvent surélevé par des dépôts de tempêtes (Fig.5). Cela correspond parfaitement à un contexte d’englaciation (5).

Figure 6 :“Normaal Amsterdams Peil” (NAP) ou évolution du niveau marin à Amsterdam d’après l’enregistrement du marégraphe ( corrigé de la subsidence et du rebond glacio-isostatique).

 

Il faut constater que cette succession d’évènements ressemble étonnamment à ce qui se passe actuellement. Pour l’Holocène, cette « seconde » transgression « forcée » par la « déglaciation » du Changement Climatique démarre vers 1850 avec la fin du Petit Age Glaciaire (Fig ;6). Jamais le stockage thermique dans l’océan n’a été aussi élevé. Il faut compter environ 1000 à 1500 ans pour que la chaleur de la masse océanique de l’Hémisphère Sud soit transférée vers le Nord via la circulation océanique. Le retrait actuel des glaciers n’a pas encore atteint celui d’un évènement Dansgaerd-Oeschger (DO) comme l’Optimum thermique du Moyen Age ou celui de l’époque romaine. Par contre, l’océan Pacifique sud et l’océan Indien sont très chauds, ce qui amène évidement une déglaciation dans les Andes ou en Himalaya. Ce schéma ne prend pas en compte les évènements DO forcés par une activité solaire anormale mais cyclique (3), évènements qui en plus peuvent se superposer sur cette tendance au réchauffement.

Pendant la période glaciaire, les évènements DO sont très marqués, le plus souvent associés à une reprise de la circulation thermohaline (18). Pendant l’Eémien, les évènements froids qui les séparent (évènements froids des carottes marines C27-C26-C25, Fig.4 & 5) sont assez marqués dans un contexte d’insolation nettement plus variable en amplitude (+ 30%) qu’à l’Holocène. A côté de ces évènements, les optima holocènes sont très modestes. Il faut noter que le réchauffement du GI25, il y a 116 ka, est accompagné d’un évènement chaud DO et d’une reprise de la circulation thermohaline alimentée par le maximum thermique de l’océan austral (voir flèche verte, Fig.1) (18,19). La remontée modeste du niveau marin digère actuellement la déglaciation encore modeste en cours, dans un contexte hémisphère nord censé se refroidir sous forçage orbital (Fig.1). Nous sommes également depuis le milieu du XIXieme siècle devant un évènement DO (21), similaire à celui du second réchauffement éémien. Les zones continentales comme la Mongolie attestent de ce refroidissement orbital marqué. Par contre, l’Himalaya reçoit de l’Océan Indien une mousson plus chaude et plus abondante : la mousson d’été regagne en latitude, de même que le verdissement partiel du Sud Sahara, encore incapable de remplir le lac Tchad.

Il est curieux de constater le quasi-parallélisme entre le niveau marin éémien (courbe brute sur datations effectives des récifs coralliens, altitudes réelles) et la courbe eustatique holocène actuellement reconnue (Fig.4). Apparemment les évènements DO ne génèrent pas de perturbations importantes du niveau marin. Il existe beaucoup d’autres courbes pour l’Eémien, nettement moins objectives, issues de modélisations basées sur les courbes isotopiques de l’oxygène 18. Les excursions anormales du δ¹⁸O des autres courbes du niveau marin sont surtout le résultat d’extensions de la banquise en relation avec l’activité solaire (9,10). La banquise a même disparu en Atlantique nord ente 14.8 et 14.6 cal ka BP, pendant le Bölling, l’évènement le plus chaud du Tardiglaciaire (16,22).

Le relèvement actuel du niveau marin reste dans la norme des DO holocènes vu l’amplitude du forçage orbital moins ample que celui de l’Eémien et n’excèdera probablement pas les 50 cm, comme le montre la jauge marégraphique d’Amsterdam (Fig.6). Le second réchauffement de l’Holocène va donc rester dans la moyenne des DO holocènes : au vu de l’évolution de l’insolation globale pour le prochain millénaire, nous avons droit apparemment à un répit proche du millénaire avant le prochain vrai refroidissement. L’hémisphère nord est plus chaud que le sud et réagit plus rapidement à un réchauffement issu de l’insolation directe en raison de sa plus forte continentalité par rapport à l’hémisphère Sud. Nous intervenons plus sur l’albédo terrestre de l’hémisphère nord via les défrichements, la perte de matière organique des sols, l’érosion des sols et le déficit d’infiltration des précipitations que ne le peut le 0,04% de CO₂ face à un effet de serre contrôlé pour l’essentiel par la vapeur d’eau. Par contre, dans un contexte en refroidissement issu d’un forçage orbital naturel, le réchauffement de la dérive nord Atlantique via l’apport thermique de l’océan austral global a très certainement augmenté l’intensité des tempêtes depuis 6000 ans (Fig.4). Ceci s’est bien vu lors des tempêtes monstrueuses du Petit Age Glaciaire (surtout XVIIe et XVIIIe siècles). De plus ce réchauffement océanique les a fait remonter jusqu’en Arctique…pour disloquer la banquise comme pendant l’été 2004. C’est d’ailleurs ce qui détruit la flèche littorale récente (1000 AD) sur laquelle est construit le village de Shismareff (Nord de l’Alaska), destruction imputé à tort à la fonte du permafrost (12).

Ce réchauffement naturel en couplage avec un évènement Dansgaerd-Oeschger temporaire ne nous met pas non plus à l’abri d’un refroidissement géré directement par l’activité solaire. Le réchauffement actuel est bien une réalité, mais nous nous sommes trompé sur son mécanisme de forçage, finalement relativement simple. Nous ne sommes ni la veille d’un cataclysme thermique exacerbé par le CO₂ ni à celle d’un refroidissement de rang glaciaire. L’humanité a de la chance : un petit réchauffement, tout comme le relèvement artificiel du taux de CO₂ atmosphérique ne font pas de tort à l’agriculture pour nourrir des milliards d’êtres humains, surtout en période de mutation sociétale globale et robotisée. Les Islandais profitent de ses bienfaits, après le coup de froid réel de l’après-guerre et une famine passée sous silence dans les années soixantes.

Réferences

1. Andersen, K.K., and NorthGRIP Members 2004. High Resolution Climate Record of the Northern Hemisphere reaching into the last Interglacial Period. Nature:doi:10.103/nature02805
2. Berger A., 1997. Long-term variations in insolation and their effects on climate, the LLN experiments. Surveys Geophys. 18: 147-161.
3. Bond, G. et al.. ,2001. Persistent solar influence on North Atlantic climate during the Holocene. Science 294, 2130–2136
4. Björnsson, H. 2017. The Glacier of Iceland, Atlantis Press, Advances in Quaternary Sciences, 611 p.
5. Broecker, W.S. & Denton, G.H., 1990 . The role of ocean-atmosphere reorganisation in glacial cycles. Sci. Rev. 9:305–341.
6. Deschamps P., et al., 2012. Ice-sheet collapse and sea-level rise at the Bølling warming 14,600 years ago. Nature, 483, 559-564
7. Govin, A. et al. 2012.Persistent influence of ice sheet melting on high northern latitude climate during the early Last Interglacial, Past, 8, 483-507, 10.5194/cp-8-483-2012
8. Hanna, E., Jonsson, T., Box, J.E. 2006. Recent changes in Icelandic Climate. Weather 61:3–9.
9. Hillaire-Marcel, C.A., de Vernal, A., 2008. Stable isotope clue to episodic sea ice formation in the glacial North Atlantica. Earth Planet.Sci. Lett.268, 43-150.
10. Lee J.-E., Shen A., Fox-Kemper B., Ming Y.. 2017 Hemispheric sea ice distribution sets the glacial tempo. Res. Let. DOI: 10.1002/2016GL071307
11. Lemieux-Dudon, B. et al., 2010. Consistent dating for Antarctic and Greenland ice cores. Quatern. Sci. Rev. 29, 8–20.
12. Mason O.K., Jordan J;W., Lestak L., Manley W F, 2012 . Chapter 5/ Narratives of Shoreline Erosion and Protection at Shishmaref, Alaska: The Anecdotal and the Analytical In J. Andrew, G. Cooper, O.H. Pilkey (eds) Pitfalls of Shoreline Stabilization COASTALRL, volume 3, 73-92
13. McManus, J.F., et al. 2002. Thermohaline circulation and prolonged interglacial warmth in the North Atlantic. Res. 58:17–21.
14. Medina-Elizalde, M., 2013. A global compilation of coral sea-level benchmarks: Implications and new challenges. Earth Planet.Sc. Lett. 362, 310-318.
15. Monnin, E. et al., 2001. Atmospheric CO2 concentrations over the last glacial termination. Science 291, 112–114
16. Müller, J., Massé G., Stein R., Belt S.T. 2009 Variability of sea-ice conditions in the Fram Strait over the past 30,000 years Nat Geo Lett.. | DOI: 10.1038/NGEO665
17. NGRIP members. 2004. Nature, 431, 147-151.
18. Rasmussen, T.L., Thomsen, E., Moros, M. 2016. North Atlantic warming during Dansgaard-Oeschger events synchronous with Antarctic warming and out-of-phase with Greenland climate. Nature Sci. Rep., 6:20535, doi: 10.1038/srep20535.
19. Rasmussen, T.L., Thomsen, E., Kuijpers, A., Wastegård, S. 2003. Late warming and early cooling of the sea surface in the Nordic seas during MIS 5e (Eemian Interglacial). Quatern. Sci. Rev. 22:809–821.
20. Schulz, K.G.& Zeebe, R.E.2006. Pleistocene glacial terminations triggered by synchronous changes in Southern and Northern Hemisphere insolation: The insolation canon hypothesis. Earth Planet. Sci.Lett. 249 – 3 326-336 – https://doi.org/10.1016/j.epsl.2006.07.004
21. Solanki, S. K; Usoskin, I.G.; Kromer, Bernd; Schüssler, Manfred; Beer, Jürg (2004), « Unusual activity of the Sun during recent decades compared to the previous 11,000 years », Nature 431: 1084–1087.
22. Strannea C Jakobsson.M Björk G. 2014 Arctic Ocean perennial sea ice breakdown during the Early Holocene Insolation Maximum. . Sci. Rev. 92, 15, 123-132
23. Van Vliet-Lanoë, B, et al, 2017. Eemian estuarine record forced by glacio-isostasy (S Iceland) – link with Greenland and deep sea records. J. Earth Sc. On line, 10.1139/cjes-2017-0126.