Une nouvelle histoire de 66 millions d'années du dioxyde de carbone ne donne que peu de réconfort pour aujourd'hui.

7 décembre 2023

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par l'École du climat de Columbia

Un nouvel examen massif des niveaux anciens de dioxyde de carbone atmosphérique et des températures correspondantes dresse un tableau inquiétant de ce à quoi le climat de la Terre pourrait être confronté. L'étude couvre des enregistrements géologiques couvrant les 66 derniers millions d'années, plaçant les concentrations actuelles dans le contexte du temps profond.

Entre autres choses, elle indique que la dernière fois que le dioxyde de carbone atmosphérique a atteint de manière cohérente les niveaux actuels causés par l'activité humaine remonte à 14 millions d'années, bien plus longtemps que ne le suggèrent certaines évaluations existantes. Elle affirme que le climat à long terme est très sensible aux gaz à effet de serre, avec des effets en cascade qui peuvent évoluer sur de nombreux millénaires.

L'étude a été réalisée sur une période de sept ans par un consortium de plus de 80 chercheurs provenant de 16 pays. Elle est publiée dans la revue Science.

« Nous savons depuis longtemps que l'ajout de CO2 à notre atmosphère élève la température », déclare Bärbel Hönisch, géochimiste à l'Observatoire de la Terre Lamont-Doherty de l'Université de Columbia, qui a coordonné le consortium. « Cette étude nous donne une idée beaucoup plus solide de la sensibilité du climat sur de longues échelles de temps. »

Les estimations courantes indiquent qu'à l'échelle de plusieurs dizaines à plusieurs centaines d'années, chaque doublement du CO2 atmosphérique fera augmenter les températures mondiales moyennes de 1,5 à 4,5°C. Cependant, au moins une étude récente largement lue affirme que le consensus actuel sous-estime la sensibilité planétaire, l'estimant à une hausse de 3,6 à 6°C par doublement.

Quoi qu'il en soit, compte tenu des tendances actuelles, toutes les estimations placent la planète dangereusement proche ou au-delà du réchauffement de 2°C qui pourrait être atteint d'ici ce siècle, ce que de nombreux scientifiques s'accordent à dire que nous devons éviter autant que possible.

Au XVIIIe siècle, l'air contenait environ 280 parties par million (ppm) de CO2. Nous en sommes maintenant à 420 ppm, soit une augmentation d'environ 50 % ; d'ici la fin du siècle, nous pourrions atteindre 600 ppm ou plus. Par conséquent, nous sommes déjà quelque part le long de la courbe d'incertitude du réchauffement, avec une hausse d'environ 1,2 °C depuis la fin du XIXe siècle.

Quelles que soient les températures qui se manifesteront finalement, la plupart des estimations du réchauffement futur s'appuient sur des études sur la façon dont les températures ont suivi les niveaux de CO2 dans le passé. Pour cela, les scientifiques analysent des matériaux tels que les bulles d'air piégées dans les carottes de glace, la chimie des sols anciens et des sédiments océaniques, ainsi que l'anatomie des feuilles de plantes fossiles.

Les membres du consortium n'ont pas recueilli de nouvelles données ; ils se sont plutôt réunis pour passer en revue des études publiées afin d'évaluer leur fiabilité, sur la base des connaissances en évolution. Ils en ont exclu certaines qu'ils ont jugées obsolètes ou incomplètes à la lumière de nouvelles découvertes, et ont recalibré d'autres en tenant compte des dernières techniques analytiques. Ensuite, ils ont calculé une nouvelle courbe de 66 millions d'années de CO2 par rapport aux températures en se basant sur toutes les preuves disponibles jusqu'à présent, parvenant à un consensus sur ce qu'ils appellent la « sensibilité du système Terre ». Selon cette mesure, ils affirment qu'un doublement du CO2 est prévu pour réchauffer la planète de 5 à 8°C de manière spectaculaire.

La grande réserve : la sensibilité du système Terre décrit les changements climatiques sur des centaines de milliers d'années, pas sur les décennies et les siècles qui sont immédiatement pertinents pour les êtres humains. Les auteurs affirment que sur de longues périodes, l'augmentation de la température peut résulter de processus terrestres interconnectés qui vont au-delà de l'effet de serre immédiat créé par le CO2 dans l'air. Cela comprend la fonte des calottes glaciaires, qui réduirait la capacité de réflexion de l'énergie solaire de la Terre ; les changements dans la couverture végétale terrestre ; et les changements dans les nuages et les aérosols atmosphériques qui pourraient soit augmenter soit abaisser les températures.

« Si vous voulez que nous vous disions quelle sera la température en l'an 2100, cela ne vous le dit pas. Mais cela a une incidence sur la politique climatique actuelle », explique co-auteur Dana Royer, paléoclimatologue à l'université Wesleyan. « Cela renforce ce que nous pensions déjà savoir. Cela nous indique également qu'il existe des effets en cascade lents qui dureront des milliers d'années. »

Hönisch a déclaré que l'étude serait utile aux modélisateurs climatiques qui essaient de prédire ce qui se passera dans les décennies à venir, car ils pourront intégrer les observations nouvellement solides dans leurs études, et distinguer les processus qui opèrent à court terme par rapport à ceux qui opèrent à long terme. Elle a noté que toutes les données du projet sont disponibles dans une base de données ouverte et seront mises à jour de manière continue.

The new study, covering the so-called Cenozoic era, does not radically revise the generally accepted relationship between CO2 and temperature, but it does strengthen the understanding of certain time periods, and refines measurements of others.

The most distant period, from about 66 million to 56 million years ago, has been something of an enigma, because the Earth was largely ice free, yet some studies had suggested CO2 concentrations were relatively low. This cast some doubt on the relationship between CO2 and temperature. However once the consortium excluded estimates they deemed the least dependable, they determined that CO2 was actually quite high—around 600 to 700 parts per million, comparable to what could be reached by the end of this century.

The researchers confirmed the long-held belief that the hottest period was about 50 million years ago, when CO2 spiked to as much as 1,600 ppm, and temperatures were as much as 12°C higher than today. But by around 34 million years ago, CO2 had dropped enough that the present-day Antarctic ice sheet began developing.

With some ups and downs, this was followed by a further long-term CO2 decline, during which the ancestors of many modern-day plants and animals evolved. This suggests, the paper's authors say, that variations in CO2 affect not only climate, but ecosystems.

The new assessment says that about 16 million years ago was the last time CO2 was consistently higher than now, at about 480 ppm; and by 14 million years ago it had sunk to today's human-induced level of 420 ppm. The decline continued, and by about 2.5 million years ago, CO2 reached about 270 or 280 ppm, kicking off a series of ice ages. It was at or below that when modern humans came into being about 400,000 years ago, and persisted there until we started messing with the atmosphere on a grand scale about 250 years ago.

'Regardless of exactly how many degrees the temperature changes, it's clear we have already brought the planet into a range of conditions never seen by our species,' said study co-author Gabriel Bowen, a professor at the University of Utah. 'It should make us stop and question what is the right path forward.'

The consortium has now evolved into a larger project that aims to chart how CO2 and climate have evolved over the entire Phanerozoic eon, from 540 million years ago to present.

Journal information: Science

Provided by Columbia Climate School