Modélisation du cycle du carbone et impacts climatiques

[sirius]

Tu changes d'échelle : tu passes du global (océans mondiaux) au local (une barrière de corail).

N'étant pas bien porté vers la chimie, je n'interviendrai pas directement dans le débat.

Cependant, j'ai un doute quant aux conclusions de Pierre Ernest: ça me semble un peu trop simple.

En outre, c'est en contradiction avec tout ce que j'ai lu ou entendu sur le sujet depuis pas mal de temps. Il pourrait donc bien y avoir un os.

Voyez cette référence et , vous les chimistes, dîtes ce que vous en pensez SVP

http://www.geosc.psu.edu/~dbice/DaveSTELLA...esses.htm#ocean

[sirius]

En particulier, que concluez vous de ces figures?

D'une façon générale, vous trouverez un cours qui me semble fort bien fait sur le cycle du carbone et bien plus encore

[david3]

D'une façon générale, vous trouverez un cours qui me semble fort bien fait sur le cycle du carbone et bien plus encore

Merci beaucoup pour ce lien éducatif. C'est très complet et richement illustré. http://www.geosc.psu.edu/~dbice/DaveSTELLA...ycle_models.htm

[charles.muller]

Merci pour tous les pauvres types qui n'ont pas encore commencé

A propos des récifs coraliens :

Je suis assez surpris sur cette info concernant la grande barrière de corail d'Australie. De mémoire, elle avait déjà récupéré en 2004 80% du blanchissement consécutif à El Nino 1998. A-t-on des sources récentes autres qu'un communiqué sur un communiqué à la conférence de Nairobi ?

Pendant les phases de pH relativement élevé, on peut penser que les organismes peuvent reconstituer ce qu'ils ont perdu pendant les phases à pH plus faible. Jusqu'à quelle variation globale de pH cela fonctionne ? O,1 ; O,2 ; 0,3 ; 0,4 unités de pH ? Quel est le seuil ?

Les fossiles de porites de l'étude en question ne montrent pas le phénomène de "yo-yo" (en fonction du taux de saturation d'aragonite et du pH) auquel tu sembles penser :"Despite such marked changes, skeletal extension and calcification rates for the Flinders Reef coral (Fig. 2E) fall within the normal range for Porites (38) and are not correlated with {Omega}arag or pH. Therefore, the Porites coral at Flinders Reef seems well adapted to relatively large fluctuations in seawater pH and {Omega}arag."

Sur le seuil, la question est mal posée. Le problème de la vie n'est pas celui d'un seuil tout/rien, mais celui de la rapidité des changements rapportés à l'adaptabilité des organismes. Comme tu le sais, les ancêtres de pas mal de lignées actuelles sont apparues au cours du Cénozoïque. Cette ère a débuté avec des concentrations de CO2 atm. d'environ 2000 ppm, et un pH océanique estimé à 7,4 environ. (Cette donnée empirique peut aider nos amis chimistes dans leurs débats : voir Pearson 2000 pour ces chiffres). En soi, des coraux ou des planctons à tests calcaires peuvent très bien vivre dans des environnements bien moins alcalins. Ce qui est incertain, c'est la dynamique à venir de leurs populations.

[david3]

Le problème de la vie n'est pas celui ...la question est mal posée...

Merci Charles : je n'ai pas vraiment besoin de leçon sur le sujet Tu devrais utiliser les êtres vivants de l'Ordovicien pour les besoins ta leçon de choses

Question : Quel est le seuil à ne pas dépasser (seuil dangereux) au niveau de l'acidification et du réchauffement des océans ? (seuil au delà duquel les éco-systèmes marins seront profondément perturbés, à échelle humaine - Notion de crise biologique).

NB :

1 - Chacun sait qu'une variation de 0,4 unités de pH sur 20, 40 ou 60 millions d'années, ce n'est pas tout à fait la même chose que cette même variation en un siècle; il n'y a aucun doute là dessus : le facteur temps est fondamental. C'est la rapidité des changements actuels (température <-> climat, acidification océanique) qui pose problème, ce que nient en permanence les sceptiques convaincus. A propos de la remarque de Charles à ce sujet : c'est l'hôpital qui se moque de la charité...

2 -

Cette ère a débuté avec des concentrations de CO2 atm. d'environ 2000 ppm, et un pH océanique estimé à 7,4 environ

Le Tertiaire a débuté avec un concentration en CO2 atmosphérique d'environ 800 ppm (380ppm aujourd'hui - Charles confond sans doute Cénozoïque et Mésozoïque). Que les organismes marins de cette époque étaient adaptés à ces conditions, cela ne fait aucun doute : la preuve ils vivaient Ceci dit, ils ont eu le temps d'évoluer depuis 65 (ou 250) millions d'années... /emoticons/wink@2x.png 2x" width="20" height="20">

Plus sérieusement : vers 2100, le pH des eaux océaniques de surface aura selon les modèles chuté de 0,4 unités de pH par rapport à l'ère pré-industrielle, soit le niveau le plus acide depuis 20 millions d'années...En environ deux siècles et demi !

3 -

Les fossiles de porites de l'étude en question

Le genre Porites avec un P majuscule stp...

4 - pH océanique :

" Ainsi, à cause de l’acidification des océans, les organismes calcificateurs se développent plus lentement et leur squelette externe est moins dense (processus comparable à celui de l’ostéoporose chez les humains). D’après certains modèles, le taux de calcification des coraux pourrait décroître de 40 % d’ici à 2100. Au bout du compte, ce sont les récifs tout entiers qui sont menacés " (Août 2006)

http://www.ecologie.gouv.fr/emeddiat/artic...mp;date=2006-08

[Invité]

En particulier, que concluez vous de ces figures?

D'une façon générale, vous trouverez un cours qui me semble fort bien fait sur le cycle du carbone et bien plus encore

oui j'ai vu.

çà a l'air intéressant.

la courbe en bas montre comment, à alcalinité constante, le puits diminue avec l'augmentation de la pression partielle de CO2.(c'est normal on bouffe du carbonate au fur et à mesure et il y en a moins pour absorber les Gt de CO2 )

La courbe en haut à gauche montre que lorsque la température augmente la pression part de CO2 augmente aussi (loi de Henry)

Ces deux courbes illustrent bien le fait que le puits de CO2 va baisser avec l'augmentation du CO2 et son corrolaire l'augmentation de température.

Bon c'est tout à fait normal mais c'est bien mis en évidence et bien quantifié surtout.

[charles.muller]

Pour info, je rappelle au passage l'estimation du modèle de Caldeira 2003 (qui sert de base à IPCC 2007).

a, Atmospheric CO2 emissions, historical atmospheric CO2 levels and predicted CO2 concentrations from this emissions scenario, together with changes in ocean pH based on horizontally averaged chemistry. b, Estimated maximum change in surface ocean pH as a function of final atmospheric CO2 pressure, and the transition time over which this CO2 pressure is linearly approached from 280 p.p.m. A, glacial−interglacial CO2 changes13; B, slow changes over the past 300 Myr; C, historical changes1 in ocean surface waters; D, unabated fossil-fuel burning over the next few centuries.

[david3]

Pour info, je rappelle au passage l'estimation du modèle de Caldeira 2003 (qui sert de base à IPCC 2007).

Merci pour ta confirmation : on a bien une chute de 0,4 unités de pH vers 2100 dans l'océan superficiel (voir même 0,5 unités)

[charles.muller]

Merci Charles : je n'ai pas vraiment besoin de leçon sur le sujet

(...)

2 - Le Tertiaire a débuté avec un concentration en CO2 atmosphérique d'environ 800 ppm (380ppm aujourd'hui - Charles confond sans doute Cénozoïque et Mésozoïque). Que les organismes marins de cette époque étaient adaptés à ces conditions, cela ne fait aucun doute : la preuve ils vivaient :!:

Ceci dit, ils ont eu le temps d'évoluer depuis 65 (ou 250) millions d'années... :!:

Ben apparemment si, tu confonds un peu les ères géologiques.

Le Cénozoïque (anciennement ère Tertiaire) a commencé voici 65,5 millions d'années. Et avec des pCO2 estimées à 2000 ppm (ci-dessous).

Paul N. Pearsonn, Martin R. Palmer :

Knowledge of the evolution of atmospheric carbon dioxide concentrations throughout the Earth's history is important for a reconstruction of the links between climate and radiative forcing of the Earth's surface temperatures. Although atmospheric carbon dioxide concentrations in the early Cenozoic era (about 60 Myr ago) are widely believed to have been higher than at present, there is disagreement regarding the exact carbon dioxide levels, the timing of the decline and the mechanisms that are most important for the control of CO2 concentrations over geological timescales. Here we use the boron-isotope ratios of ancient planktonic foraminifer shells to estimate the pH of surface-layer sea water throughout the past 60 million years, which can be used to reconstruct atmospheric CO2 concentrations. We estimate CO2 concentrations of more than 2,000 p.p.m. for the late Palaeocene and earliest Eocene periods (from about 60 to 52 Myr ago), and find an erratic decline between 55 and 40 Myr ago that may have been caused by reduced CO2 outgassing from ocean ridges, volcanoes and metamorphic belts and increased carbon burial. Since the early Miocene (about 24 Myr ago), atmospheric CO2 concentrations appear to have remained below 500 p.p.m. and were more stable than before, although transient intervals of CO2 reduction may have occurred during periods of rapid cooling approximately 15 and 3 Myr ago.

Nature 406, 695-699(17 August 2000) | doi:10.1038/35021000; Received 2 November 1999; Accepted 22 June 2000

Atmospheric carbon dioxide concentrations over the past 60 million years

[david3]

Ben apparemment si, tu confonds un peu les ères géologiques. Le Cénozoïque (anciennement ère Tertiaire) a commencé voici 65,5 millions d'années. Et avec des pCO2 estimées à 2000 ppm (ci-dessous). . We estimate CO2 concentrations of more than 2,000 p.p.m. for the late Palaeocene and earliest Eocene periods (from about 60 to 52 Myr ago),

C'est faux Charles. Il s'agit dans ta référence du Paléocène supérieur (lors d'un épisode d'acidification catastrophique suite à des dégagements massifs de CO2, ce qui a conduit à l'extinction de nombreuses espèces marines il y a environ 55 Ma - Paleocene Eocene Thermal Maximum, PETM). Je te parle du début du Tertaire...Regarde la courbe GEOCARB pour t'en convaincre.

Ref :

- Rapid Acidification of the Ocean During the Paleocene-Eocene Thermal Maximum http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/308/5728/1611

- Transient Floral Change and Rapid Global Warming at the Paleocene-Eocene Boundary

http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/310/5750/993

Cénozoïque

[charles.muller]

Question : Quel est le seuil à ne pas dépasser (seuil dangereux) au niveau de l'acidification et du réchauffement des océans ? (seuil au delà duquel les éco-systèmes marins seront profondément perturbés, à échelle humaine - Notion de crise biologique).

1 - Chacun sait qu'une variation de 0,4 unités de pH sur 20, 40 ou 60 millions d'années, ce n'est pas tout à fait la même chose que cette même variation en un siècle; il n'y a aucun doute là dessus : le facteur temps est fondamental. C'est la rapidité des changements actuels (température <-> climat, acidification océanique) qui pose problème, ce que nient en permanence les sceptiques convaincus. A propos de la remarque de Charles à ce sujet : c'est l'hôpital qui se moque de la charité...

J'essaie plus simplement d'expliquer la nature du problème un peu au-delà des slogans dont tu es coutumier. Tu persistes à chercher ton "seuil dangereux" : ce seuil n'est pas le même selon le taux de reproduction de l'espèce, la taille de la population concernée, sa capacité migratoire, sa diversité génétique des allèles de biominéralisation, la vitesse du changement pH, les variations locales de pH avant le changement, les variations de pH dans les zones d'accès migratoire, etc.

Otes-toi de la tête l'idée que la modélisation biologique répond aux mêmes critères que la modélisation physique. Une molécule de CO2 en 2000 et en 2100, cela ne change pas fondamentalement de propriété. Un ADN en 2000 et en 2100, cela peut changer de propriété face à une pression sélective forte.

[david3]

J'essaie plus simplement d'expliquer...Otes-toi de la tête l'idée que

Désolé Charles, mais tu n'as pas compris : je n'ai pas besoin de tes leçons en biologie évolutive, et encore moins en biologie moléculaire Ce qui es sûr (pour moi) c'est que même après une crise biologique majeure provoquée par l'homme, de nouvelles radiations évolutives auront lieu à partir des survivants...Mais on ne parle plus aux mêmes échelles de temps. Et ce qui m'intéresse dans ce débat, c'est l'échelle humaine.

[charles.muller]

C'est faux Charles. Il s'agit dans ta référence du Paléocène supérieur (lors d'un épisode d'acidification catastrophique suite à des dégagements massifs de CO2, ce qui a conduit à l'extinction de nombreuses espèces marines il y a environ 55 Ma - Paleocene Eocene Thermal Maximum, PETM). Je te parle du début du Tertaire...Regarde la courbe GEOCARB pour t'en convaincre.

Le Paléocène est le première époque du Cénozoïque. Et le Cénozoïque est le nom que l'on donne aujourd'hui au Tertiaire. Donc, le Paléocène est le début du Tertiaire.

Un rappel :

L’ère Cénozoïque a débuté il y a 65 millions d’années, immédiatement après la crise de la fin du Crétacé et les boulversements faunistiques qui lui sont liés.

Le Cénozoïque, la plus courte de toutes les ères géologiques, englobe le Tertiaire et le Quaternaire...

Page du Muséum :

http://www.mnhn.fr/mnhn/geo/cenozoique.html

[david3]

Ben apparemment si, tu confonds un peu les ères géologiques. Le Cénozoïque (anciennement ère Tertiaire) a commencé voici 65,5 millions d'années. Et avec des pCO2 estimées à 2000 ppm (ci-dessous). .

We estimate CO2 concentrations of more than 2,000 p.p.m. for the late Palaeocene and earliest Eocene periods (from about 60 to 52 Myr ago),

Tu te plantes. Point. Si t'es pas capable de t'en rendre compte, c'est triste pour toi.La concentration en C02 atmosphérique au début du Cénozoïque est estimée entre 400ppm (bas de la fourchette - concentration actuelle : 380ppm) et 800ppm (haut de la fourchette), que cela te plaises ou non.

Des émissions massives de CO2 ont eu lieu à la fin du Paléocène (hypothèse la plus probable), ce qui a conduit à une acidification des océans, à un réchauffement global et à l'extinction de nombreuses espèces. Bref, ta référence au PETM est complètement inappropriée pour ce que tu voulais montrer /index.php?s=&showtopic=17404&view=findpost&p=347385'>ici :

Sur le seuil, la question est mal posée. Le problème de la vie n'est pas celui d'un seuil tout/rien, mais celui de la rapidité des changements rapportés à l'adaptabilité des organismes. Comme tu le sais, les ancêtres de pas mal de lignées actuelles sont apparues au cours du Cénozoïque. Cette ère a débuté avec des concentrations de CO2 atm. d'environ 2000 ppm, et un pH océanique estimé à 7,4 environ. (Cette donnée empirique peut aider nos amis chimistes dans leurs débats : voir Pearson 2000 pour ces chiffres). En soi, des coraux ou des planctons à tests calcaires peuvent très bien vivre dans des environnements bien moins alcalins. Ce qui est incertain, c'est la dynamique à venir de leurs populations.

Ton propos est non seulement faux mais en plus en parfaite contradiction avec :Paleocene-Eocene Thermal Maximum - " The end of the Paleocene (55.5/54.8 Ma) was marked by one of the most significant periods of global change during the Cenozoic, a sudden global climate change, the Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM), which upset oceanic and atmospheric circulation

and led to the extinction of numerous deep-sea benthic foraminifera and on land, a major turnover in mammals

...."

Plus d'infos sur l'acidification des océans à cette période : http://en.wikipedia.org/wiki/Paleocene-Eoc...Thermal_Maximum

Zoom sur ton PETM (le petit pic vert) :

Le réchauffement extrême et rapide de la Terre au passage Paléocène/Eocène (réchauffement estimé entre 4 et 8°C) et l' acidification des eaux océaniques suite à des émissions massives de C02, a provoqué une extinction en masse des micro-organismes benthiques et est à l'origine de la révolution mammalienne à l'Eocène inférieur au niveau des environnements continentaux.

http://umr5143.snv.jussieu.fr/equipe5fr.htm

Conséquence de la catastrophe climatique du passage paléocène-éocène pour les mammifères.

[charles.muller]

Tu te plantes. Point. Si t'es pas capable de t'en rendre compte, c'est triste pour toi.

La concentration en C02 atmosphérique au début du Cénozoïque est estimée entre 400ppm (bas de la fourchette - concentration actuelle : 380ppm) et 800ppm (haut de la fourchette) , que cela te plaises ou non.

Inutile d'être agressif, David. Je suis prêt à te croire, mais donne-moi des références autres que Wikipedia ou des courbes d'isotope O18.

Mes niveaux de CO2 au début du Cénozoïque, je ne les ai pas inventés, j'ai cité ma source. Pearson et Palmer 2000. Leur propos est très clair : après avoir étudié le pH océanique, ils estiment à plus de 2000 ppm le pCO2 pendant les 8 premiers millions d'années de cette ère géologique :

"We estimate CO2 concentrations of more than 2,000 p.p.m. for the late Palaeocene and earliest Eocene periods (from about 60 to 52 Myr ago), and find an erratic decline between 55 and 40 Myr ago that may have been caused by reduced CO2 outgassing from ocean ridges, volcanoes and metamorphic belts and increased carbon burial."

Par ailleurs, Pearson et Palmer ne sont pas spécialement isolés. Sur ce schéma, je ne vois pas que le début du Cénozoïque soit entre 400 et 800 ppm (échelle log). Et il n'est nulle question d'un "petit pic vert" à un court instant de l'Eocène (ou alors c'est un pic qui dure entre 6 et 8 millions d'années, ce qui n'est pas rien même sur les temps géologiques).

Figure 6. Estimates of Cenozoic atmospheric pCO2 based on two independent proxies as measured in sub-tropical deep-sea sediment cores from the Pacific. The first curve spanning most of the Cenozoic is estimated from surface ocean pH as derived from the boron isotope ratios of planktonic foraminifers (7). The second pCO2 curve spanning the Miocene is based on the delta 13C values of phytoplankton organic compounds known as alkenones (100). Both approaches assume chemical equilibrium between the ocean and atmosphere. In the intervals of overlap, both proxies provide nearly identical estimates of paleo-pCO2.

Science 27 April 2001: Vol. 292. no. 5517, pp. 686 - 693 DOI: 10.1126/science.1059412

Trends, Rhythms, and Aberrations in Global Climate 65 Ma to Present

James Zachos,1* Mark Pagani,1 Lisa Sloan,1 Ellen Thomas,2, 3 Katharina Billups

***

Je te pose donc une question simple et sans agression aucune : penses-tu toujours que les concentrations de CO2 au début de l'ère Cénozoïque (ex Tertiaire) sont comprises entre 400 et 800 ppm et quelles sont les références te permettant de le penser ?

[charles.muller]

La papier de Orr et al. 2005 figure parmi les plus cités dans les articles sur l'acidification des océans et son impact sur les organismes calcificateurs.

Sa lecture est intéressante. Je laisse de côté la question des modèles de pH océanique, en espérant que nos amis chimistes continuent d'échanger leurs vues à ce sujet.

Pour ce qui est de la biologie, le papier de Orr et al. se penche sur les ptéropodes. Ces organismes planctoniques sont très abondants dans les hautes latitudes (plusieurs centaines de milliers d'individus par m3), où ils forment l'une des bases de la chaîne alimentaire. On ne compte que quatre à cinq espèces dominantes dans les eaux froides, dont Clio pyramidata, qui est analysé par l'équipe de Orr et al. Il existe au moins quatre sous-espèces en faune planctonique (et d'autres je crois en faune benthique), la population concernée n'est pas précisée dans le papier.

Les chercheurs ont exposé quatorze individus à une solution sous-saturée en aragonite (forme métastable du carbonate de calcium utilisée pour la construction des tests par précipitation biologique), selon un taux conforme à leurs prévisions 2100. L'image ci-dessous donne le résultat : on voit qu'il ne s'agit pas d'une dissolution complète, mais d'une atteinte partielle des marges du test (images b, c, d, comparé à d un test normal). "[Les quatorze individus] sont restés en vie", nous précise d'ailleurs l'étude.

a–d, Shell from a live pteropod, Clio pyramidata, collected from the subarctic Pacific and kept in water undersaturated with respect to aragonite for 48 h. The whole shell (a) has superimposed white rectangles that indicate three magnified areas: the shell surface (b-), which reveals etch pits from dissolution and resulting exposure of aragonitic rods; the prismatic layer ©, which has begun to peel back, increasing the surface area over which dissolution occurs; and the aperture region (d), which reveals advanced shell dissolution when compared to a typical C. pyramidata shell not exposed to undersaturated conditions (e).

Ce travail pose plusieurs questions :

- pourquoi la durée complète de l'expérience n'est pas mentionnée (on signale un début de dissolution après 48 heures, mais rien d'autre, et pas plus dans les supp. info. de l'article) ?

- pourquoi ne pas avoir attendu une génération afin de vérifier l'effet sur les capacités reproductives ?

- pourquoi ne trouve-t-on pas de quantification exacte des pertes de calcification, mais une simple photo à l'échelle micrométrique, assez peu parlante ?

- en quoi la réponse de 14 individus exposés brutalement à un nouvel environnement pendant une durée inconnue nous éclaire-t-elle sur l'évolution durant un siècle d'une espèce très abondante, qui a une reproduction continue pendant ses 12 mois (voire plus) de vie ?

Ce travail, comme d'autres, n'est pas vraiment concluant en l'état. Certainement pas de quoi crier à la sixième extinction.

Ref. :

Nature 437, 681-686 (29 September 2005) | doi:10.1038/nature04095

Anthropogenic ocean acidification over the twenty-first century and its impact on calcifying organisms

James C. Orr et al.

[charles.muller]

A titre d'info., voici un tableau de synthèse de quelques résultats récents sur la calcification (en situation expérimentale), extrait d'une présentation de R.A. Feely (auteur d'un autre papier très débattu dans Science 2004).

On voit que même en condition défavorable - sans le temps d'adaptation territoriale ou génétique sur 50 à 100 ans -, le déclin du taux de calcification de la première génération est le plus souvent en-dessous de 20%. Par ailleurs, la baisse du taux de calcification ne renseigne pas sur la viabilité et la fertilité finale des organismes concernés (les pourcentages ne doivent donc pas être confondus des pertes de population). Enfin, ces expériences ne tiennent pas compte des échanges océaniques verticaux et des variations locales saisonnières de pH dans le cycle de vie des espèces.

[david3]

Je suis prêt à te croire

C'est réciproque.

penses-tu toujours que les concentrations de CO2 au début de l'ère Cénozoïque sont comprises entre 400 et 800 ppm et quelles sont les références te permettant de le penser ?

- GEOCARB III: A REVISED MODEL OF ATMOSPHERIC CO2 OVER PHANEROZOIC TIMEAmerican Journal of Science, Vol. 301, February, 2001, P. 182–204]

http://www.geology.yale.edu/~ajs/2001/Feb/qn020100182.pdf

Fig. 13 page 20 - Comparison of standard curves of RCO2 vs time for GEOCARB II and III. The outer lines represent an estimate of errors in the present GEOCARB III model.

Avec les réserves suivantes :

This type of modeling is incapable of delimiting shorter term CO2 fluctuations (Paleocene-Eocene boundary, late Ordovician glaciation) because of the nature of the input data which is added to the model as 10 my or longer averages. Thus, exact values of CO2, as shown by the standard curve, should not be taken literally and are always susceptible to modification. Nevertheless, the overall trend remains. This means that over the long term there is indeed a correlation between CO2 and paleotemperature, as manifested by the atmospheric greenhouse effect.

Bilan : les évènements courts et brutaux (comme le PETM) ne sont pas représentés sur cette courbe. Cela ne veut pas dire qu'ils ne se sont pas produits. Mais l'accent est mis ici sur les tendances d'ensemble : cette courbe GEOCARB III est parfaitement appropriée quand on souhaite connaître l'évolution de la teneur en C02 durant le Cénozoïque. Se réfèrer aux niveaux de C02 durant le PETM n'est pas approprié pour cela.

Il y a eu des émissions massives de C02 à la fin du Paléocène, d'où une élévation brutale de la concentration en C02 atmosphérique conduisant à un réchauffement (PETM) et à une acidification des océans ayant entraîné un bouleversement des écosytèmes océaniques et continentaux (nombreuses extinctions etc...).

A propos de la crise biologique du PETM (T°C + acidification des océans) :

- Rapid Acidification of the Ocean During the Paleocene-Eocene Thermal Maximum

http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/308/5728/1611

- Transient Floral Change and Rapid Global Warming at the Paleocene-Eocene Boundary

http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/310/5750/993

donne-moi des références autres que Wikipedia ou des courbes d'isotope O18.

- La synthèse wikipédia est très bonne : http://en.wikipedia.org/wiki/Paleocene-Eoc...Thermal_Maximum

The end of the Paleocene (55.5/54.8 Ma) was marked by one of the most significant periods of global change during the Cenozoic, a sudden global climate change, the Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM), which upset oceanic and atmospheric circulation and led to the extinction of numerous deep-sea benthic foraminifera and on land, a major turnover in mammals.

In an event marking the start of the Eocene, the planet heated up in one of the most rapid and extreme global warming events recorded in geologic history, currently being identified as the 'Paleocene-Eocene Thermal Maximum' or the 'Initial Eocene Thermal Maximum' (PETM or IETM). Sea surface temperatures rose between 5 and 8°C over a period of a few thousand years, but in the high Arctic, sea surface temperatures rose to a sub-tropical ~23°C/73°F.[1] In 1990, marine scientists James Kennett and Lowell Stott, both then at the University of California, Santa Barbara, reported analysis of marine sediments showing that, not only had the surface of the Antarctic ocean heated up about 10 degrees at the beginning of the Eocene, but that the entire depth of the ocean had warmed, and its chemistry changed disastrously. There was severely reduced oxygen in deep sea waters, and 30 to 40% of deep sea foraminifera suddenly went extinct. Geologist Jim Zachos of the University of California, Santa Cruz has connected the Eocene heat wave to drastic changes in ocean chemistry that caused the massive worldwide die-off. More recently a synchronous drop in carbon isotope ratios has been identified in many terrestrial environments.

What unleashed the PETM is unclear. Most evidence points to volcanic eruptions that disgorged gigatonnes of carbon dioxide

, or coastal reservoirs of methane

gas, sealed by icy soil, that were breached by warmer temperatures or receding seas.

Tracking the ratio of carbon isotopes in marine calcium carbonate sediments, Kennett and Stott found a sharp decrease in the amount of heavy carbon in 55-million-year-old marine fossils, a decline that caused the relative ratio of 13C to 12C to plunge. A gas with very low amounts of heavy 13C must have literally flooded the atmosphere. In 1995, Gerry Dickens, University of Michigan, argued that only methane gas had enough light carbon to produce the early Eocene plunge. He proposed that a belch of methane escaped from ice in seafloor sediments as the Earth warmed during the latest Paleocene. The methane escaped from submarine clathrates, ice crystals that trap methane hydrate, a form of methane 'ice' that forms in cold bottom water under great pressures and is widely distributed and plentiful in sediments on the outer edges of continental margins. Methane has a global warming potential (GWP) over a 100 year period of 23[1], meaning per kilogram it is estimated to be 23 times as effective as carbon dioxide as a greenhouse gas. The massive sublimation and release of sedimentary methane hydrates into the ocean-atmosphere reservoir upset the global carbon cycle and led to runaway global warming.

Scientists Flavia Nunes and Richard Norris of the Scripps Institution of Oceanography in California explored how these warmer temperatures might have affected ocean currents. They measured carbon-13 isotopes from 14 cores that had been drilled into the deep floor in four different ocean basins, taking samples from sediment layers deposited before, during and after the PETM. These isotopes are considered to be an indicator of the nutrients deposited by the water at the time. The higher the isotope value, the likelier that the source came from the deep ocean, the prime source for nutrients. With a in-depth reconstruction, Nunes and Norris found that the world's ocean current system changed during the PETM ultimately reversing itself. Before the PETM, deep water upwelled in the southern hemisphere; over about 40,000 years, the source of this upwelling shifted to the northern hemisphere; it took another 100,000 years before recovering completely.

In the atmosphere, methane breaks down and releases carbon dioxide. According to Zachos and Dickens, methane combined with oxygen in the air and water, forming carbon dioxide and essentially suffocating marine life. But whether volcanic activity or a methane belch was the culprit, the greenhouse gas locked in the sun's warmth, sending global temperatures soaring.

Dissolved in the oceans, the added carbon dioxide also increased the overall acidity of seawater. This, in turn, would increase the dissolution of calcite shells of microplankton, which are the dominant component of seafloor sediments, leaving behind only nonsoluble clays. A documented change in colors of the sediment, from bright white carbonate to deep red clays, marks the Paleocene-Eocene event. Normal deposition of microscopic carbonate foram shells on the deeper reaches of the seafloor did not resume for at least 50,000 years, and the total recovery time to a "normal state" took as long as 100,000 years.

At the start of the Eocene, the Earth remained warm for about 80,000 to 200,000 years. On land, there was a massive turnover of mammals, as most of the primitive mammals that had developed since the end of the Cretaceous were suddenly replaced by the ancestors of most of the surviving modern mammal groups, all of them in small versions, adapted to Eocene heat. Plant life was characterised by the boreotropical flora, with extensive high-latitude forests composed of large, fast-growing trees such as Dawn Redwood as far north as 80°N. In 2005, the Arctic Coring Expedition found fossilized algae characteristic of subtropical waters averaging about 20C (the current average: -1.5C) in sediment cores taken on the Lomonosov Ridge between Siberia and Greenland. Atmospheric carbon levels then are thought to have been about 2-3,000 parts per million (ppm), compared with almost 380 ppm today.

Sudden release of methane hydrate has also been hypothesized as a cause of the Permian-Triassic extinction event.

[david3]

....

Science 27 April 2001: Vol. 292. no. 5517, pp. 686 - 693 DOI: 10.1126/science.1059412

Trends, Rhythms, and Aberrations in Global Climate 65 Ma to Present

James Zachos

,1* Mark Pagani,1 Lisa Sloan,1 Ellen Thomas,2, 3 Katharina Billups

A propos de la crise biologique du Paléocène-Eocène Thermal Maximum :

Sur la voie rapide du réchauffement

(Agence Science-Presse) - Si vous n'aviez pas encore assez de données décourageantes sur le réchauffement, voici un chiffre de plus: les gaz à effet de serre seraient actuellement émis 30 fois plus vite que lors de la dernière période de réchauffement extrême qu'a connu la Terre

.

Il s'agit d'un réchauffement survenu il y a 55 millions d'années, au cours duquel des gaz à effet de serre se seraient échappé du sous-sol terrestre à un rythme ultra-rapide: 10 000 ans (eh oui, à l'échelle géologique, c'est ultra-rapide).

Cet épisode est marqué par une hausse de 5 degrés Celsius: les géologues l'appellent le Maximum thermique du paléocène-éocène

. On peut se rendre compte que des gaz à effet de serre ont été soudain plus abondants en analysant la composition chimique des sédiments du sous-sol océanique.

Et selon l'équipe qui a mené cette analyse, dirigée par le géologue James Zachos

, de l'Université de Californie à Santa Cruz, ce sont 4500 milliards de tonnes de dioxyde de carbone qui sont "entrés" dans l'atmosphère pendant une période d'environ 10 000 ans. Or, si la tendance se maintient, la même quantité, émise par nos carburants fossiles, aura été expédiée dans notre atmosphère en... 300 ans!

Ces savants calculs ont été présentés lors du dernier congrès de l'Association américaine pour l'avancement des sciences (AAAS), qui prenait fin le 20 février à Saint-Louis, Missouri.

http://www.sciencepresse.qc.ca/archives/2006/cap2002066.html

Liste des publications de James Zachos ici :

http://www.es.ucsc.edu/~jzachos/Publications.html

[charles.muller]

Merci de ces liens, David.

Nous sommes finalement à peu près d'accord, la résolution GeoCarb III de 10 millions d'années n'excluant pas forcément des phases de 6-7 millions d'années à 2000 ppm. Ce que je ne saisis toujours pas très bien à ce stade, c'est que la hausse semble attribuée à l'épisode P/E, alors que les reconstructions par le bore donne des valeurs déjà élevées dès le début du Paléocène (dès 62 Ma), en suite assez logique du Mésozoïque. A creuser.

Pour ce qui nous concerne ici, le papier de Zachos et al dans Science est assez intéressant. La crise du PETM a été brutale (à l'échelle géologique) :

During the Paleocene-Eocene thermal maximum (PETM), sea surface temperature (SST) rose by 5°C in the tropics and as much as 9°C at high latitudes (1–3), whereas bottom-water temperatures increased by 4° to 5°C (4). The initial SST rise was rapid, on the order of ~10^3 years, although the full extent of warming was not reached until some ~30,000 years (30 ky) later (5).

Pour cette raison, les chercheurs de cette étude suspectent le méthane plus que le CO2 (déstabilisation massive des hydrates, sans précision de la cause. Tectonique ?). Mais d'autres travaux insistent sur le rôle du volcanisme.

L'extinction P/E a été beaucoup plus marquée pour la faune benthique que la faune planctonique :

Excessive carbonate undersaturation of the deep ocean would likely impede calcification by marine organisms and therefore is a potential contributing factor to the mass extinction of benthic foraminifera at the P-E boundary. Although most plankton species survived, carbonate ion changes in the surface ocean might have contributed to the brief appearance of weakly calcified planktonic foraminifera (6) and the dominance of heavily calcified forms of calcareous algae (37). What, if any, implications might this have for the future? If combustion of the entire fossil fuel reservoir (~4500 GtC) is assumed, the impacts on deep-sea pH and biota will likely be similar to those in the PETM. However, because the anthropogenic carbon input will occur within just 300 years, which is less than the mixing time of the ocean (38), the impacts on surface ocean pH and biota will probably be more severe.

Les chercheurs soulignent (ci-dessus toujours) que la consommation totale des réserves fossiles estimées (4500 Gt) auraient un effet similaire, et même aggravé (en 300 ans au lieu de 1000 à 10 000 ans).

Il est à noter aussi (je prends cette fois le lien wikipedia) que le dépôts normaux de carbonates en sédiment (témoignant de l'activité biologique au-dessus) auraient repris en 60.000 ans, ce qui est relativement court à nouveau pour des temps géologiques et pour les valeurs de hausse concernées.

Normal deposition of microscopic carbonate foram shells on the deeper reaches of the seafloor did not resume for at least 50,000 years, and the total recovery time to a "normal state" took as long as 100,000 years.

La conclusion provisoire est que l'acidification des océans est un dossier à suivre de près (pas très original je l'admets /emoticons/sleep@2x.png 2x" width="20" height="20"> ). Je vais faire quelques recherches sur la généalogie de certaines espèces actuelles à calcification, pour voir dans quel contexte alcalin on suppose qu'elles ont émergé. Je pense que c'est beaucoup pus tardif au cours du Cénozoïque. Un dossier de Futura sciences signalait que les lignées les plus ancestrales apparaissent au Mésozoïque (en période encore plus acide donc), mais de l'eau a coulé sous les ponts depuis cette époque, bien sûr. Il me semble qu'un ptéropode benthique a été récemment et intégralement séquencé, il y a peut-être des travaux sur l'arbre phylétique moléculaire.

[david3]

J'apprécie le ton constructif de ton message /emoticons/sleep@2x.png 2x" width="20" height="20">

[charles.muller]

Je reviens sur ce tableau de reconstruction du pH océanique par Pearson et Palmer. Un point intéressant est que les valeurs pH de 7,7 (baisse de 0,4) ne semblent atteintes, voire dépassées que dans les périodes les plus instables du Paléocène, là où le taux de CO2 est plutôt estimé entre 1000 et 2000 ppm justement. Avant 45 Ma, les fluctuations de 400 à 1000 ppm ne font jamais tomber le pH en dessous de 7,79, valeur minimale que l'on trouve à 45 Ma. C'est évidemment une reconstruction grossière en résolution temporelle (et j'avais lu des réserves sur l'interprétation du bore). Mais enfin, cela rappelle utilement que les modèles biogéochimiques d'estimation du pH (comme Caldeira 2003 repris par IPCC 2007) sont encore dans l'enfance.

[david3]

Pour cette raison, les chercheurs de cette étude suspectent le méthane plus que le CO2 (déstabilisation massive des hydrates, sans précision de la cause. Tectonique ?). Mais d'autres travaux insistent sur le rôle du volcanisme.

On peut très bien émettre, à partir des données géologiques, l'hypothèse suivante :Libération massive de C02 (volcanisme) ....> Augmentation de la température (+ acidification océanique) ......> libération de CH4 (rétroaction positive) ....> amplification du réchauffement.

Cela me fait penser au papier : Plus chaud, plus haut, plus acide de Stefan Rahmstorf (2006)

Cela me fait aussi penser à Alain Coustou (clathrates) /emoticons/wink@2x.png 2x" width="20" height="20">

Si les émissions actuelles sont 30 fois plus rapide que lors du PETM, il est fondé de s'en inquièter, ceci même s'il est difficile de comparer deux périodes complètement différentes.

NB - Données complémentaires à propos du Paléocène :

http://jan.ucc.nau.edu/~rcb7/Eocene.jpg

http://www.scotese.com/images/E060_zonef.jpg

[Pierre-Ernest]

En particulier, que concluez vous de ces figures?

D'une façon générale, vous trouverez un cours qui me semble fort bien fait sur le cycle du carbone et bien plus encore

J'ai analysé les courbes, et je donne mes remarques dans cet article.

Notons, que Meteor s'est un peu trompé dans son commentaire (mais ça m'arrive aussi) : "la courbe en bas montre comment, à alcalinité constante, le puits diminue avec l'augmentation de la pression partielle de CO2" C'est le contraire que la courbe montre /emoticons/smile@2x.png 2x" width="20" height="20">

"La courbe en haut à gauche montre que lorsque la température augmente la pression part de CO2 augmente aussi (loi de Henry)" : la loi de Henry s'écrit à température constante /emoticons/smile@2x.png 2x" width="20" height="20"> (c'est vrai, le coefficient de Henry varie avec la température, mais il baisse avec elle...)

(Futile vengeance : mais il m'avait cité sur un ton tellement méprisant...)

[Invité]

Notons, que Meteor s'est un peu trompé dans son commentaire (mais ça m'arrive aussi) : "la courbe en bas montre comment, à alcalinité constante, le puits diminue avec l'augmentation de la pression partielle de CO2" C'est le contraire que la courbe montre /emoticons/smile@2x.png 2x" width="20" height="20">

"La courbe en haut à gauche montre que lorsque la température augmente la pression part de CO2 augmente aussi (loi de Henry)" : la loi de Henry s'écrit à température constante /emoticons/smile@2x.png 2x" width="20" height="20"> (c'est vrai, le coefficient de Henry varie avec la température, mais il baisse avec elle...)

(Futile vengeance : mais il m'avait cité sur un ton tellement méprisant...)

attends voir.

je vais essayer d'éviter un ton méprisant.(désolé si j'ai pu donner cette impression)

la courbe du bas montre qu'en partant d'une concentration à 280 ppm dans l'atm et en montant en concentration la quantité de C totale absorbée diminue.

Quand on passe de 330 à 507 ppm (delta = 177ppm) la quantité de C absorbée est de 25Gt.

Si on prend la même augmentation de ccion en montant c'est à dire de 507à 684 ppm (delta= 177ppm) la quantité de C absorbée n'est plus que de 12.5Gt.

La quantité de C absorbée diminue bien pour une même variation de CO2, même si au total elle augmente évidemment.

Autrement dit si on excepte la captation par la végétation pour simplifier.

Si j'émets dans l'atmosphère une certaine quantité de CO2 il en restera plus dans l'atmosphère car l'océan absorbera moins.

C'est clair?

Concernant la loi de Henry c'est tout à fait exact ce n'est pas elle qu'il fallait évoquer.

Mais un peu tout de même.

Si on augmente la température le CO2 présent dans l'eau a tendance à dégazer du fait d'un plus faible coefficient de dissolution (coeff de Henry) en conséquence la pression partielle de CO2 augmente.

Bon j'ai fait de la décarbonatation de gaz de réforming par des solutions carbonatées pendant des années et, je crois /emoticons/smile@2x.png 2x" width="20" height="20"> , savoir de quoi je parle.