En analysant les carottes de glace de l’Antarctique, les scientifiques de CU Boulder et une équipe internationale de collaborateurs ont révélé le regard le plus détaillé à ce jour sur l’histoire climatique récente de la planète, y compris les températures estivales et hivernales remontant à 11 000 ans jusqu’au début de ce que l’on appelle l’Holocène.
Publié aujourd’hui dans La naturel’étude est le tout premier enregistrement de température saisonnière de ce type, de n’importe où dans le monde.
« L’objectif de l’équipe de recherche était de repousser les limites de ce qui est possible avec les interprétations climatiques passées, et pour nous, cela signifiait essayer de comprendre le climat aux échelles de temps les plus courtes, dans ce cas de façon saisonnière, de l’été à l’hiver, année par année. , pendant plusieurs milliers d’années », a déclaré Tyler Jones, auteur principal de l’étude, professeur de recherche adjoint et chercheur à l’Institut de recherche arctique et alpine (INSTAAR).
L’étude valide également un aspect d’une théorie de longue date sur le climat de la Terre qui n’a pas encore été prouvée : comment les températures saisonnières dans les régions polaires réagissent aux cycles de Milankovitch. Le scientifique serbe Milutin Milankovitch a émis l’hypothèse il y a un siècle que les effets collectifs des changements de position de la Terre par rapport au soleil – dus aux variations lentes de son orbite et de son axe – sont un puissant moteur du climat à long terme de la Terre, y compris le début et la fin des périodes glaciaires (avant toute influence humaine significative sur le climat).
« Je suis particulièrement ravi que notre résultat confirme une prédiction fondamentale de la théorie utilisée pour expliquer les cycles climatiques de la période glaciaire de la Terre : que l’intensité de la lumière solaire contrôle les températures estivales dans les régions polaires, et donc la fonte des glaces également », a déclaré Kurt Cuffey. , co-auteur de l’étude et professeur à l’Université de Californie à Berkeley.
Ces données plus détaillées sur les modèles climatiques à long terme du passé fournissent également une base de référence importante pour d’autres scientifiques, qui étudient les impacts des émissions de gaz à effet de serre d’origine humaine sur notre climat actuel et futur. En sachant quels cycles planétaires se produisent naturellement et pourquoi, les chercheurs peuvent mieux identifier l’influence humaine sur le changement climatique et ses impacts sur les températures mondiales.
« Cette recherche est quelque chose à laquelle les humains peuvent vraiment s’identifier parce que nous vivons en partie le monde à travers les saisons changeantes – documenter comment la température estivale et hivernale a varié dans le temps se traduit par la façon dont nous comprenons le climat », a déclaré Jones.
Définition plus fine au milieu de la diffusion
Les scientifiques du monde entier étudient depuis longtemps le climat passé de la Terre à l’aide de carottes de glace recueillies aux pôles. Ces colonnes de glace minces et cylindriques, forées à partir d’anciennes calottes glaciaires (principalement en Antarctique et au Groenland), fournissent de précieuses données à long terme piégées dans le temps sur tout, des concentrations atmosphériques passées de gaz à effet de serre aux températures passées de l’air et des océans.
La carotte de glace West Antarctic Ice Sheet (WAIS) Divide, la plus longue carotte de glace jamais forée par des chercheurs américains, mesure 11 171 pieds (ou plus de 2 miles) de long et 4,8 pouces de diamètre – contenant des données datant d’il y a 68 000 ans. Les carottes de glace comme celle-ci sont ensuite soigneusement découpées en sections plus petites qui peuvent être transportées et stockées en toute sécurité ou analysées dans des laboratoires de carottes de glace à travers le pays – comme le Stable Isotope Lab à CU Boulder.
Pour cette étude, les chercheurs ont analysé un enregistrement continu des rapports eau-isotopes de la carotte de glace WAIS. Les rapports entre la concentration de ces isotopes (éléments avec le même nombre de protons mais différents nombres de neutrons) révèlent des données sur les températures passées et la circulation atmosphérique, y compris les transitions entre les périodes glaciaires et les périodes chaudes du passé de la Terre.
Cependant, mesurer les changements saisonniers de l’histoire de notre planète à partir de carottes de glace est particulièrement difficile en raison des détails fins requis pour leurs échelles de temps plus courtes. Un processus au sein des calottes glaciaires connu sous le nom de diffusion, ou lissage naturel, peut brouiller ce détail nécessaire.
Ces isotopes de l’eau ont tendance à ne pas rester au même endroit dans la calotte glaciaire supérieure, mais à se déplacer dans des voies interconnectées (similaires aux poches d’air dans le polystyrène) lorsqu’ils changent d’état entre la vapeur et la glace, au fil des décennies ou des siècles, avant de se solidifier suffisamment. Ce processus peut « brouiller » les données que les chercheurs tentent d’examiner. Mais en utilisant les carottes de glace de haute qualité de l’inlandsis de l’Antarctique occidental, des mesures à très haute résolution et les progrès de l’analyse des carottes de glace au cours des 15 dernières années, l’équipe a pu corriger la diffusion présente dans les données et compléter l’étude. .
« Même au-delà de cela, nous avons dû développer entièrement de nouvelles méthodes pour traiter ces données, car personne ne les avait jamais vues auparavant. Nous avons dû aller au-delà de ce que n’importe qui avait fait dans le passé », a déclaré Jones.
Étudier les isotopes stables
Alors que l’étude détaille l’histoire du climat de la Terre, le travail derrière elle a sa propre histoire.
Depuis plus de trois décennies, les chercheurs du laboratoire d’isotopes stables de l’INSTAAR étudient une variété d’isotopes stables – des formes non radioactives d’atomes avec des signatures moléculaires uniques – que l’on trouve partout, depuis les noyaux de glace intérieurs et le carbone du pergélisol jusqu’à l’air de notre atmosphère. . Jones a rejoint le laboratoire en 2007 en tant qu’étudiant à la maîtrise et n’a jamais quitté.
« J’ai ce souvenir précis d’être entré dans le bureau de mon conseiller, Jim White, vers 2013, et de lui avoir montré que nous serions en mesure d’extraire les valeurs d’été et d’hiver de ce record pour les 11 000 dernières années, ce qui est extrêmement rare. notre compréhension, personne n’avait jamais fait cela auparavant », a déclaré Jones. « On s’est regardés et on s’est dit : ‘Wow, ça va être très important.' »
Il a ensuite fallu près d’une décennie pour trouver la bonne façon d’interpréter les données, à partir de carottes de glace forées de nombreuses années avant cette réunion.
Bruce Vaughn, co-auteur et scientifique en chef du projet, et responsable du Stable Isotope Lab, et Bradley Markle, co-auteur de l’étude et professeur adjoint à l’INSTAAR et au Département de géologie, étaient là pour collecter la glace dans Antarctique occidental qui a été renvoyé et analysé.
La prochaine étape de l’équipe consiste à tenter d’interpréter des carottes de glace à haute résolution dans d’autres endroits, tels que le pôle Sud et le nord-est du Groenland, où des carottes ont déjà été forées, afin de mieux comprendre la variabilité climatique de notre planète.
« Les humains ont une curiosité fondamentale sur la façon dont le monde fonctionne et sur ce qui s’est passé dans le passé, car cela peut également éclairer notre compréhension de ce qui pourrait se passer dans le futur », a déclaré Jones.
