Par Sarah Kaplan
et
Simon Ducroquet
19 septembre 2024 à 14 h 01 HAE
Un effort ambitieux visant à comprendre le climat de la Terre au cours des 485 millions d'années écoulées a révélé une histoire de changements sauvages et de températures bien plus élevées que ce que les scientifiques pensaient auparavant - rappelant l'ampleur des changements que la planète a déjà subis et un avertissement sur le rythme sans précédent de la planète. réchauffement causé par l’homme.
La chronologie, publiée jeudi dans la revue Science, est la reconstruction la plus rigoureuse des températures passées de la Terre jamais réalisée, affirment les auteurs. Créé en combinant plus de 150 000 éléments de preuves fossiles avec des modèles climatiques de pointe, il montre le lien intime entre le dioxyde de carbone et les températures mondiales et révèle que le monde a été dans un état beaucoup plus chaud pendant la majeure partie de l'histoire complexe. la vie animale.
Au plus chaud, suggère l'étude, la température moyenne de la Terre a atteint 96,8 degrés Fahrenheit (36 degrés Celsius), soit bien plus que les 58,96 F (14,98 C) historiques que la planète a atteints l'année dernière .
Les révélations sur le passé torride de la Terre sont une raison supplémentaire de s'inquiéter du changement climatique moderne, a déclaré Emily Judd, chercheuse à l'Université d'Arizona et au Smithsonian spécialisée dans les climats anciens et auteur principal de l'étude. La chronologie illustre à quel point les changements de température rapides et dramatiques ont été associés à bon nombre des pires moments de la planète, notamment une extinction massive qui a anéanti environ 90 % de toutes les espèces et la frappe d'un astéroïde qui a tué les dinosaures.
«Nous savons que ces événements catastrophiques… modifient le paysage de la vie», a déclaré Judd. "Lorsque l'environnement se réchauffe aussi rapidement, les animaux et les plantes ne peuvent pas suivre le rythme."
À aucun moment au cours des près d’un demi-milliard d’années analysées par Judd et ses collègues, la Terre n’a changé aussi vite qu’aujourd’hui, a-t-elle ajouté :
"Tout comme un énorme astéroïde frappant la Terre, ce que nous faisons actuellement est sans précédent."
485 millions d'années de bouleversements thermiques
La chronologie englobe presque tout le Phanérozoïque – l’éon géologique qui a commencé avec l’ émergence d’organismes multicellulaires non microscopiques et qui se poursuit aujourd’hui.
Il dépeint un climat mondial plus dynamique et extrême que ce que les chercheurs avaient imaginé, a déclaré Jess Tierney, climatologue à l'Université de l'Arizona et co-auteur de l'étude. Comparée aux graphiques basés uniquement sur des modèles climatiques , qui ont tendance à représenter des variations de températures plus faibles et plus lentes, la nouvelle chronologie est pleine de pics soudains et de changements brusques.
Mais, conformément à des décennies de recherches passées sur le climat, le graphique suit de près les estimations de dioxyde de carbone dans l'atmosphère , les températures augmentant proportionnellement aux concentrations de gaz piégeant la chaleur.
"Le dioxyde de carbone est vraiment ce cadran principal", a déclaré Tierney. "C'est un message important… pour comprendre pourquoi les émissions provenant des combustibles fossiles constituent un problème aujourd'hui."
Au début de la chronologie, il y a environ 485 millions d'années, la Terre vivait dans ce que l'on appelle un climat de serre, sans calotte glaciaire polaire et avec des températures moyennes supérieures à 86 F (30 C). Les océans regorgeaient de mollusques et d’arthropodes, et les toutes premières plantes commençaient tout juste à prendre pied sur la terre ferme.
Les températures ont commencé à baisser lentement au cours des 30 millions d’années suivantes, à mesure que le dioxyde de carbone atmosphérique était extrait de l’air, avant de plonger dans ce que les scientifiques appellent un état de chambre froide il y a environ 444 millions d’années. Les calottes glaciaires se sont étendues à travers les pôles et les températures mondiales ont chuté de plus de 18 degrés Fahrenheit (10 degrés Celsius). On pense que ce refroidissement rapide a déclenché la première des « cinq grandes » extinctions massives de la Terre : environ 85 % des espèces marines ont disparu avec la baisse du niveau de la mer et la modification de la chimie des océans.
Un changement encore plus spectaculaire s'est produit à la fin du Permien , il y a environ 251 millions d'années. Des éruptions volcaniques massives ont libéré des milliards de tonnes de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, provoquant une augmentation de la température de la planète d'environ 18 F (10 C) en environ 50 000 ans. Des pluies acides sont tombées sur les continents ; Les écosystèmes marins se sont effondrés à mesure que les océans devenaient bouillants et appauvris en oxygène.
"Nous savons qu'il s'agit de la pire extinction du Phanérozoïque", a déclaré Tierney. « Par analogie, nous devrions nous inquiéter du réchauffement humain car il est très rapide. Nous modifions la température de la Terre à un rythme qui dépasse tout ce que nous connaissons.
L'étude montre également clairement que les conditions auxquelles les humains sont habitués sont très différentes de celles qui ont dominé l'histoire de notre planète. Pour la majeure partie du Phanérozoïque, la recherche suggère que les températures moyennes ont dépassé 71,6 F (22 C), avec peu ou pas de glace aux pôles. Les climats froids – y compris le climat actuel – n’ont prévalu que 13 % du temps.
Il s’agit de l’une des révélations les plus inquiétantes de la recherche, a déclaré Judd. La vie sur Terre a enduré des climats bien plus chauds que celui que les humains créent actuellement à cause des émissions qui contribuent au réchauffement de la planète. Mais les humains ont évolué à l’époque la plus froide du Phanérozoïque, lorsque les températures moyennes mondiales étaient aussi basses que 51,8 F (11 C).
Sans une action rapide pour réduire les émissions de gaz à effet de serre , affirment les scientifiques, les températures mondiales pourraient atteindre près de 62,6 F (17 C) d'ici la fin du siècle – un niveau jamais vu depuis le Miocène, il y a plus de 5 millions d'années.
"Nous avons construit notre civilisation autour de ces paysages géologiques d'une glacière", a déclaré Judd. "Ainsi, même si le climat a été plus chaud, les humains n'ont pas vécu dans un climat plus chaud, et les humains sont confrontés à de nombreuses conséquences pendant cette période."
Un casse-tête paléontologique
Le projet a débuté il y a près de dix ans, lorsque les scientifiques du Smithsonian développaient une nouvelle salle des fossiles pour le Musée national d'histoire naturelle. Contrairement à la plupart des autres expositions de paléontologie, qui tendent à mettre en lumière l'étrangeté des dinosaures et d'autres créatures anciennes, la nouvelle salle a cherché à établir des parallèles entre le passé de la Terre et les changements climatiques qui se produisent aujourd'hui .
Mais lorsque les conservateurs ont décidé d'installer un graphique de la température de la Terre au Phanérozoïque, ils ont réalisé qu'il n'existait pas de chronologie unique. Bien que les scientifiques aient pu concocter des estimations tirées d’ensembles de données disparates et des reconstructions sur des intervalles de temps plus courts, l’approche laissait beaucoup de place aux incertitudes et aux erreurs.
"Ce n'était pas très satisfaisant sur le plan scientifique", a déclaré Scott Wing, conservateur des plantes fossiles du musée et l'un des auteurs de la nouvelle étude. Lui et ses collègues voulaient créer une estimation des climats passés « d’une manière statistiquement rigoureuse ».
La première tâche consistait à créer une base de données de proxys climatiques – des éléments de preuves fossiles qui suggèrent comment était le monde autrefois. Par exemple, la variété d’oxygène trouvée dans les dents de créatures disparues ressemblant à des anguilles, connues sous le nom de conodontes, reflète la température de l’eau des océans où elles vivaient. La composition chimique des graisses d’algues anciennes indique comment elles ont construit leurs parois cellulaires pour résister à la chaleur.
Pourtant, la base de données se limitait aux preuves provenant des océans, qui ne couvrent que 70 % de la surface de la planète. Et chaque proxy ne pourrait révéler la température qu’à un endroit particulier à un moment donné. Même avec 150 000 points de données, a déclaré Judd, c'était comme essayer d'assembler un puzzle avec seulement 1 pour cent des pièces.
Les chercheurs pourraient obtenir une image meilleure et plus large en utilisant un modèle climatique, mais ces simulations pourraient varier considérablement en fonction des hypothèses qu'ils ont formulées sur le comportement de la Terre, et les scientifiques n'auraient aucun moyen de savoir quel résultat était le bon. L’équipe s’est donc tournée vers une technique appelée assimilation de données, qui combine des preuves du monde réel avec des modèles climatiques pour produire des résultats plus rigoureux et plus précis.
"C'est une manière d'intégrer mathématiquement ces quelques pièces de puzzle avec ces images possibles et de découvrir à quelle image appartiennent ces pièces ?" » dit Judd.
Bien que l’assimilation de données soit largement utilisée pour les prévisions météorologiques modernes et ait été utilisée pour créer des reconstructions de température sur des périodes plus courtes, la chronologie publiée jeudi est la plus longue et la plus détaillée jamais produite par les scientifiques.
Elle est également plus précise que d'autres estimations, a déclaré Benjamin Mills, chercheur en paléoclimat à l'Université de Leeds en Angleterre qui n'a pas participé à l'étude, car elle utilise l'approche d'assimilation de données.
"Cela contribuera à évaluer les processus à l'origine des changements de température à long terme et les mécanismes naturels de stabilisation ou de déstabilisation du climat terrestre", a écrit Mills dans une analyse publiée parallèlement à la chronologie.
"Toutes les choses que nous ne savons pas"
La nouvelle chronologie des températures soulève autant de questions qu’elle n’en répond, a déclaré Wing. Trouver des températures moyennes mondiales supérieures à 35 degrés Celsius implique que certaines parties de la planète étaient encore plus chaudes : pendant les parties les plus chaudes du Crétacé, par exemple, les températures moyennes à l'intérieur des continents auraient pu atteindre 122 F (50 C). Même les espèces modernes les plus résistantes dépériraient dans un environnement aussi étouffant.
"C'est une indication de tout ce que nous ignorons sur le fonctionnement des climats à effet de serre", a déclaré Wing.
Peut-être que les organismes qui ont évolué à l’époque des serres chaudes étaient bien mieux adaptés à la chaleur extrême que les plantes et les animaux qui vivent aujourd’hui, a-t-il ajouté. Ou peut-être que les températures mondiales étaient beaucoup plus uniformes au cours de ces périodes, avec peu de zones devenant beaucoup plus froides ou plus chaudes que la moyenne.
Michael Mann, climatologue à l'Université de Pennsylvanie , connu pour ses analyses des températures mondiales passées, s'est dit également surpris par la suggestion selon laquelle la planète s'est autant réchauffée.
Cette découverte conforte les inquiétudes de nombreux scientifiques selon lesquelles les boucles de rétroaction dans le système terrestre pourraient conduire à des températures beaucoup plus élevées que ce que prédisent la plupart des modèles climatiques, a-t-il écrit dans un courrier électronique. Mais il est également possible que l’assimilation des données suppose un réchauffement trop important et qu’il manque des facteurs susceptibles de prévenir un effet de serre incontrôlable.
"Bien que j'applaudis les auteurs pour cette étude ambitieuse et réfléchie, je suis sceptique quant aux conclusions spécifiques et quantitatives", a déclaré Mann.
Wing a reconnu qu'il y avait encore beaucoup de travail à faire. Lui et ses collègues visent à continuer d’affiner la chronologie en ajoutant des données provenant d’indicateurs terrestres, tels que des feuilles fossiles. Ils espèrent également que cela aidera les chercheurs qui tentent de modéliser le changement climatique futur en leur permettant d'examiner les périodes plus chaudes du passé de la Terre .
Et pour les milliards de personnes qui vivent actuellement les années les plus chaudes jamais enregistrées – et qui font face à un avenir encore plus chaud – Judd a déclaré que la chronologie devrait servir de sonnette d’alarme. Même dans les pires scénarios, le réchauffement provoqué par l’activité humaine ne poussera pas la Terre au-delà des limites de l’habitabilité. Mais cela créera des conditions sans précédent au cours des 300 000 ans d’existence de notre espèce – des conditions qui pourraient causer des ravages dans les écosystèmes et les communautés .
« Tant qu’un ou deux organismes survivent, il y aura toujours de la vie. Cela ne m'inquiète pas », a déclaré Judd. « Ce qui me préoccupe, c'est à quoi ressemble la vie humaine. Ce que signifie survivre.
