Les paléoclimatologues utilisent des sédiments anciens pour explorer le climat futur en Afrique


En septembre 2023, des pluies extrêmes ont frappé la province sud-africaine du Cap-Occidental, inondant les villages et laissant derrière elles une traînée de destruction. Cette dévastation catastrophique n’est qu’un exemple récent d’une série d’événements météorologiques extrêmes de plus en plus fréquents dans le monde. Alimentées par la hausse des températures de la surface de la mer due au réchauffement climatique, les tempêtes torrentielles augmentent à la fois en fréquence et en ampleur. Parallèlement, le réchauffement climatique produit également l’effet inverse dans d’autres cas, puisqu’une méga-sécheresse a récemment menacé l’approvisionnement en eau de Cape Town, dans le sud-ouest de l’Afrique, au point que les habitants risquaient de manquer d’eau. Ces deux phénomènes météorologiques extrêmes dévastent les habitats, les écosystèmes et les infrastructures humaines.

Alors que le réchauffement climatique semble être là pour durer, une équipe de paléoclimatologues de l’Université de Syracuse, de l’Université George Mason et de l’Université du Connecticut étudient une source ancienne pour déterminer les futurs régimes de précipitations et de sécheresse : des plantes fossilisées qui vivaient sur Terre il y a des millions d’années.

Dans une étude dirigée par Claire Rubbelke, titulaire d’un doctorat. candidat en sciences de la terre et de l’environnement au Collège des arts et des sciences (A&S) de l’Université de Syracuse, et Tripti Bhattacharya, professeur de la famille Thonis en sciences de la terre et de l’environnement en A&S, les chercheurs se sont concentrés sur l’époque du Pliocène (il y a environ 3 millions d’années) – une époque où les conditions étaient très similaires à celles d’aujourd’hui. Malgré des températures plus chaudes, de nombreuses régions du monde, y compris le sud-ouest de l’Afrique, ont connu une augmentation spectaculaire des précipitations sur terre, probablement causée par des températures de surface de la mer plus chaudes que la normale. Cela imite un événement moderne appelé Benguela Niño, où les chercheurs pensent que les vents changeants provoquent le déplacement des eaux chaudes vers le sud le long de la côte africaine, provoquant une augmentation des précipitations sur des régions typiquement arides.

“De nos jours, l’intensité et la localisation des précipitations extrêmes provoquées par les événements de Benguela Niño semblent être influencées par les températures de surface de la mer de l’Atlantique et de l’océan Indien”, explique Rubbelke, membre du laboratoire de dynamique paléoclimatique de Bhattacharya. “Au cours du Pliocène, il semble que ces conditions semblables à celles de Benguela Niño auraient pu être une caractéristique permanente.”

Le travail de l’équipe a été inspiré par la collaboratrice et co-auteure de l’étude Natalie Burls, professeure agrégée au Département des sciences atmosphériques, océaniques et de la Terre de l’Université George Mason. Burls, océanographe et climatologue sud-africain titulaire d’un doctorat. à l’Université du Cap, est depuis longtemps intrigué par la manière dont les preuves géologiques des climats chauds passés de l’histoire de la Terre peuvent aider les chercheurs à donner un sens aux futures conditions de précipitations et de sécheresse.

“Cette étude, qui a exploré comment les climats chauds passés peuvent nous informer sur ce à quoi nous attendre dans le futur à mesure que notre planète se réchauffe, met en évidence le rôle important des modèles de réchauffement des océans”, explique Burls. “Il est important de comprendre comment ces modèles déterminent la réponse du cycle hydrologique du sud-ouest de l’Afrique au réchauffement climatique.”

Pour étudier l’impact du réchauffement climatique sur les précipitations d’il y a des millions d’années, l’équipe a analysé des « fossiles moléculaires » sous la forme de cires de feuilles anciennes. “Ce sont des composés produits par les feuilles pour se protéger du dessèchement”, explique Bhattacharya. “Ils sont excrétés à la surface des feuilles et se dirigent vers les sédiments océaniques, où nous pouvons les extraire et étudier leur composition chimique.”

Les plantes utilisent l’hydrogène de l’eau de pluie pour produire la couche externe cireuse de leurs feuilles, qui survit dans les sédiments océaniques pendant des millions d’années. La cire des feuilles fonctionne comme une capsule temporelle conservée dans les sédiments océaniques.

Après avoir transporté les sédiments vieux de plusieurs millions d’années d’Afrique jusqu’à leur laboratoire de Syracuse, Rubbelke et Bhattacharya ont utilisé la chaleur et la pression pour extraire les lipides (par exemple les molécules de graisse), puis ont utilisé divers solvants pour isoler la classe exacte de molécules qu’ils étaient. cherche à mesurer. À partir de ces molécules, ils ont déterminé le nombre de différents types d’hydrogène présents.

Les chercheurs diluent les carottes de sédiments avec divers solvants. Les échantillons sont forcés à travers une colonne de gel de silice, qui piège les produits chimiques indésirables et laisse les alcanes qu’ils souhaitent mesurer. La ligne sombre au fond du liquide dans les trois colonnes du milieu est l’endroit où certains produits chimiques supplémentaires restent coincés, tandis que d’autres produits chimiques peuvent traverser le gel pour s’égoutter dans les flacons au fond.

“Lorsque nous mesurons la quantité d’isotopes lourds et légers de l’hydrogène dans les cires, cela révèle différents processus physiques comme l’augmentation des précipitations ou la distance parcourue par la vapeur d’eau”, explique Rubbelke. “Nous pouvons donc identifier les changements dans ces processus en examinant les changements à long terme de l’hydrogène.”

En comparant leurs données aux modèles climatiques, ils vérifient dans quelle mesure ces modèles capturent les changements climatiques passés, ce qui peut à son tour améliorer la précision de ces modèles pour prédire les précipitations futures. Comme le souligne Bhattacharya, cela est crucial car les modèles climatiques sont souvent en désaccord sur la question de savoir si certaines régions deviendront plus humides ou plus sèches en réponse au réchauffement climatique.

“Nous utilisons des données réelles du passé géologique ancien pour améliorer notre capacité à modéliser les changements de précipitations à mesure que la planète se réchauffe”, dit-elle.

Le troisième auteur de l’étude, Ran Feng, professeur adjoint de sciences de la Terre à l’Université du Connecticut, a aidé à analyser les données de comparaison et a spécifiquement examiné le mécanisme proposé qui explique les conditions humides du Pliocène dans le sud-ouest de l’Afrique. Elle affirme que de nombreux aspects du changement climatique en cours sont des réincarnations des climats chauds du passé.

“Dans notre cas, nous avons montré que la configuration de la température de la surface de la mer autour de l’Afrique du Sud est essentielle pour expliquer les conditions hydroclimatiques passées de cette région”, note Feng. “En regardant vers l’avenir, la façon dont ce modèle de température de surface de la mer pourrait évoluer a de profondes implications sur les changements environnementaux en Afrique du Sud.”

Rubbelke, dont l’intérêt pour la recherche sur le paléoclimat a commencé au lycée alors qu’il étudiait les carottes de glace et les isotopes de l’oxygène, affirme que le travail qu’elle effectue aux côtés de Bhattacharya à Syracuse est particulièrement enrichissant car ils apportent des données précieuses dans un domaine où il existe actuellement un manque de connaissances.

“Cette recherche est vraiment intéressante car il n’existe pas beaucoup d’enregistrements paléoclimatiques de l’hémisphère sud, du moins par rapport à l’hémisphère nord”, explique Rubbelke. “J’ai l’impression de vraiment contribuer à un effort de recherche international pour remédier à cela.”

Quant à savoir si l’avenir sera plus humide ou plus sec dans le sud-ouest de l’Afrique, les résultats de l’équipe suggèrent que les deux sont possibles, selon l’endroit où se produisent les températures extrêmes de la surface de la mer.

Même s’il n’est pas possible de faire grand-chose pour inverser le réchauffement climatique, à moins de réduire complètement l’utilisation des combustibles fossiles, les chercheurs affirment que cette étude met en lumière la nécessité pour les communautés vulnérables de disposer des outils et des ressources nécessaires pour s’adapter à ces phénomènes météorologiques extrêmes apparemment plus fréquents.

“Un aspect clé de l’aide aux communautés vulnérables consiste à améliorer notre capacité à prédire les extrêmes hydroclimatiques”, explique Bhattacharya. “Notre étude répond directement à ce besoin, car nous montrons que les modèles de température de surface de la mer influencent fortement la capacité des modèles climatiques à prédire les changements de précipitations dans le sud-ouest de l’Afrique.”

Les recherches de Bhattacharya et Rubbelke sur ce projet ont été financées par des subventions de la National Science Foundation : OCE-1903148, OCE-2103015 et EAR-2018078.

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