Climat : il peut basculer en une décennie...

[florent76]

CLIMAT : DES À-COUPS INSOUPÇONNÉS

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Robert Matthews, chroniqueur scientifique du Sunday Telegraph, Londres.

Les changements climatiques ne sont pas nécessairement lents. De récentes études prouvent que des «basculements» se sont déjà produits en moins d’une décennie...

Fin de la glaciation : les mystères du méthane

Les phénomènes auxquels les scientifiques attribuent aujourd’hui le pouvoir de déterminer le climat de la Terre sont d’une subtilité étonnante. L’un des plus étranges est le lien entre les périodes glaciaires, les tremblements de terre et la boue. En 1998, une équipe du centre océanographique de Southampton (Royaume-Uni) a annoncé dans la revue Nature la découverte d’un dépôt de 450 milliards de mètres cubes sur le fond marin au large des côtes de la Sardaigne, effet d’une coulée de boue vraiment énorme: elle aurait pu recouvrir la France entière sous un mètre d’épaisseur.

La datation au carbone du plancton au-dessus et au-dessous du lit de boue suggère que cette coulée a eu lieu il y a environ 20 000 ans, à l’apogée de la dernière période glaciaire. A cette époque, tant d’eau s’était muée en glace que le niveau de la mer se trouvait 120 mètres plus bas qu’aujourd’hui. Une situation qui, supposent les chercheurs, a dû jouer un rôle crucial dans ce gigantesque glissement de terrain.

Constituée de milliers d’années de dépôts fluviaux, la boue devait être riche en matières organiques qui, en pourrissant, produisent d’immenses quantités de méthane. Ce gaz devait être retenu dans la boue par l’énorme pression de l’eau de mer sur les sédiments submergés mais, quand la glaciation a progressé et que le niveau de la mer a chuté, les dépôts se sont trouvés à l’air libre, donc en situation de libérer le méthane qu’ils contenaient.

Le méthane est un facteur important du réchauffement de la planète et sa soudaine émission en énormes quantités a peut-être contribué à sortir la Terre de la période glaciaire. «Le moment de la coulée de boue sarde – l’apogée de la dernière période glaciaire – intrigue, déclare un membre de l’équipe, le professeur Euan Nisbet du Royal Holloway College de Londres. Peut-être un grand glissement a-t-il libéré assez de méthane pour donner le coup d’envoi du réchauffement.»

L’idée a été confortée par une découverte récente de chercheurs de l’Université Duke (Caroline du Nord). D’après leur article, également publié dans Nature en 1998, le poids des glaces, en faisant pression sur la croûte terrestre, a pu déclencher de gigantesques tremblements de terre pendant la période glaciaire. Ceux-ci ont-ils pu provoquer de massives coulées de boue sous-marines, libérant ainsi du méthane qui a mis fin à la période glaciaire? Nul ne le sait encore. Mais on voit là se dessiner un autre de ces liens subtils entre l’environnement, le climat… et nous.

Article

La verte Irlande transformée en désert de glace. Au large des côtes françaises, des phoques du Groenland nagent entre des morceaux de banquise. Des ours polaires rôdent dans les rues d’Amsterdam... Telles sont les images qu’évoquent les toutes dernières recherches sur le réchauffement de la planète. Vous avez bien lu: réchauffement de la planète, c’est-à-dire hausse de la température moyenne à la surface du globe due à la rétention de la chaleur solaire dans l’atmosphère par la pollution.

Pis, les mêmes recherches suggèrent que ce changement radical de climat en Europe du Nord pourrait se produire en 10 ans seulement. Pas de faute de frappe: il ne manque aucun zéro à ce chiffre. Des scientifiques ont récemment mis en évidence que le réchauffement de la planète peut avoir un impact dévastateur en un temps infiniment plus court que nul ne l’aurait cru possible, qui ne se compte ni en siècles, ni en décennies mais en années: ce phénomène brusque est appellé «basculement» climatique.

Un éminent expert vient d’adresser cette mise en garde: certains pays de l’Atlantique Nord pourraient entrer dans un climat arctique en 10 ans. Autant dire en un clin d’œil à l’échelle géologique. A l’échelle humaine, une telle rapidité de changement climatique est très probablement insupportable. Une économie, une agriculture seraient-elles capables de résister à un bouleversement aussi soudain ?

Rouvrir le débat sur le réchauffement de la planète

Pourtant, les preuves s’accumulent: non seulement de tels «basculements» peuvent avoir lieu, mais ils se sont déjà produits dans le passé. Ces données rendent plus urgente la réouverture d’un débat sur le réchauffement de la planète, qui a perdu beaucoup en vigueur ces dernières années.

En matière de changement climatique, l’attention s’est en gros concentrée sur un seul point: la quantité croissante, dans l’atmosphère terrestre, de gaz à effet de serre (en particulier le dioxyde de carbone dégagé par la combustion des carburants fossiles) retient toujours plus de chaleur solaire. D’immenses efforts ont été faits pour tenter de prédire la hausse de température que l’augmentation de ces gaz va provoquer sur la planète. Actuellement, les estimations les plus fiables l’évaluent à environ 1,5 degré Celsius au cours du prochain siècle.

Selon les scientifiques, un réchauffement – même aussi modeste à première vue – pourrait créer des bouleversements dans tous les domaines, allant des pratiques agricoles à la diffusion des maladies. Mais le rythme du changement ne paraît guère terrifiant: nous pourrons sûrement faire face à des évolutions étalées sur plusieurs générations. Ne l’avons-nous pas déjà fait? Ces arguments sont étayés par un autre qui semble exclure fermement tout changement rapide de climat: comme les océans ont une inertie thermique colossale, ils amortiraient sûrement un choc soudain. A égalité de poids, il faut 10 fois plus d’énergie pour chauffer de l’eau que du fer à l’état solide.

Deux failles dans les précédents raisonnements

Les chercheurs n’ont donc pas été surpris de ne trouver aucun indice de brusques changements de climat lorsqu’ils ont commencé à étudier les sédiments océaniques anciens, dont les compositions isotopiques gardent en mémoire les températures passées. Mais on sait aujourd’hui que, dans cette convergence apparemment rassurante entre la théorie et les constats, il y a deux énormes failles. La première est apparue au début des années 80, lorsqu’une mission scientifique américano-européenne au Groenland a fait une étrange découverte. Elle avait extrait une carotte de glace dans le sud de ce pays et mesuré les compositions isotopiques des gaz retenus à différentes profondeurs, afin d’estimer la température dans la région sur des milliers d’années, ce qui n’avait pu être fait avec précision jusqu’alors. Quand ils établirent leur graphique, les chercheurs découvrirent quelque chose de très curieux. Et perturbant.

La carotte montrait, comme prévu, une hausse de température correspondant à la fin de la dernière période glaciaire, il y a environ 11 000 ans. Mais elle révélait aussi que ce réchauffement s’était produit pour l’essentiel en l’espace d’une quarantaine d’années seulement. Dans un premier temps, personne ne sut que faire de ce résultat, qui contredisait radicalement tout ce que les scientifiques savaient – ou croyaient savoir – des changements climatiques. Mais d’autres carottes furent extraites et donnèrent des résultats encore plus spectaculaires: en 20 ans à peine, la température du Groenland avait augmenté de 5 à 10 degrés et les précipitations avaient doublé.

Rien dans les études antérieures sur les carottes de sédiments marins n’avait préparé les chercheurs à de telles trouvailles – et pour cause. Si les carottes de sédiments océaniques anciens n’en disaient rien, c’était seulement parce que l’image qu’elles donnaient des changements de température était très sommaire. Elles n’offraient pas, tout simplement, la vision fine des carottes de glace.

Stimulés par les découvertes du Groenland, les scientifiques ont cherché des sites où les sédiments marins s’accumulent suffisamment vite pour enregistrer les températures avec autant de précision que les carottes de glace. Et ils ont retrouvé le même passé de brusques changements de climat, dans des lieux aussi éloignés que la Californie et l’Inde.

Apporter des preuves d’un phénomène stupéfiant suffit rarement à persuader la communauté scientifique. Il faut aussi en proposer une explication convaincante. Or, l’analyse – admise depuis des années – de l’apparition et de la disparition des périodes glaciaires donnait encore plus de raisons de croire que les changements de climat devaient être lents et doux. Cette analyse reposait sur les travaux d’un chercheur serbe, Milutin Milankovitch qui, en 1920, avait lié les glaciations à des variations de l’orbite de la Terre, provoquées par l’attraction ou la répulsion des autres planètes. Ces variations modifient la concentration du rayonnement solaire qui atteint notre globe. Il s’agit d’évolutions très graduelles, étalées sur plusieurs milliers d’années: induits de cette façon, les changements de climat étaient tout sauf abrupts. Mais, là encore, il y avait une faille dans ce raisonnement rassurant: Wallace Broecker, de l’Université Columbia (Etat de New York), l’a repérée à peu près au moment où les climatologues perplexes s’interrogeaient sur la carotte de glace.

Cette faille est liée à un trait bien particulier des océans: leur système de circulation. Des courants océaniques transportent la chaleur autour du globe comme un immense tapis roulant. Dans l’Atlantique par exemple, un courant chaud parti du golfe du Mexique remonte vers le nord et transmet sur son passage sa chaleur à l’air, par évaporation. Ses eaux sont donc progressivement plus froides, plus salées et plus denses, jusqu’au moment où, près de l’Islande, elles deviennent si lourdes qu’elles sombrent, et entreprennent sur le fond océanique un long voyage de retour vers le sud.

Wallace Broecker a compris que ce processus délicat et complexe – qu’il a baptisé le «Tapis roulant» – pourrait être le talon d’Achille du climat terrestre: il rend possible la transformation de légères modifications en bouleversements colossaux. Sans avoir à changer la masse entière des océans, une petite variation de température pourrait suffire à altérer le comportement du Tapis roulant – et à déclencher sur une zone immense un changement climatique rapide et radical.

En fondant peu à peu, les glaces de l’Arctique pourraient, par exemple, diluer la salinité du Tapis roulant jusqu’à un seuil de densité critique où il ne coule plus, et ne repart plus vers le sud se recharger en chaleur. En pratique, le Tapis serait arrêté, et l’Atlantique Nord isolé des eaux tropicales de plus en plus chaudes. Le résultat serait alors tout à fait paradoxal: un léger réchauffement de l’Arctique ferait chuter les températures des pays nord-atlantiques.

L’existence du «Tapis roulant» est menacée

On est aujourd’hui largement convaincu que l’explication de Broecker est au cœur des brusques changements climatiques du passé. L’inquiétant est qu’on prévoit que le réchauffement de la planète aura précisément sur les glaces de l’Arctique le type d’impact qui menace l’existence du Tapis roulant. Les projections informatiques des effets de la pollution sur les températures du globe laissent entrevoir un afflux d’eaux douces et froides dans l’Atlantique Nord, qui pourraient diluer suffisamment le Tapis pour le bloquer. Si cela se produisait, estime Wallace Broecker, les températures hivernales de l’Atlantique Nord chuteraient d’environ 10 degrés en 10 ans, donnant à une ville comme Dublin le climat du Spitzberg (400 kilomètres au nord du cercle polaire arctique). «Les conséquences seraient dévastatrices», dit-il.

Les informations que livrent les carottes de glace renforcent la crédibilité de ce scénario, estime le climatologue Kendrick Taylor, de l’Institut de recherche sur le désert de Reno (Nevada). De nombreuses carottes suggèrent qu’il y a environ 8 000 ans, s’est produit un soudain retour à une «mini-période glaciaire», qui a duré environ 400 ans. Le déversement dans l’Atlantique d’eaux de fonte venues de lacs canadiens en est, selon Taylor, la cause la plus probable: elles ont interrompu le Tapis roulant qui transportait la chaleur. «L’accroissement des flux d’eau douce en direction des océans était important, mais pas si différent de celui que l’effet de serre pourrait provoquer, écrit-il dans un article récent de la revue American Scientist. Paradoxalement, le réchauffement de la planète pourrait refroidir brutalement l’Est de l’Amérique du Nord, l’Europe et la Scandinavie.»

Alors, à quand un nouvel arrêt du Tapis roulant? Nous n’en savons rien. Les modèles informatisés n’ont toujours pas déterminé quel seuil critique de densité de l’eau de mer interromprait le Tapis, ni quelles concentrations de gaz à effet de serre seraient nécessaires pour libérer les quantités requises d’eau de fonte.

Sahara: nouvelles explications

Ce que ces modèles ont montré, souligne Taylor, c’est que réduire les émissions polluantes fait gagner du temps – en ralentissant le rythme du réchauffement de la planète, mais aussi en faisant évoluer le climat de façon plus lente. Mais, tandis que les scientifiques s’efforcent de saisir sur leurs superordinateurs toutes les complexités du climat, d’autres causes de changements climatiques radicaux commencent à être évoquées.

En juillet 1999, le professeur Martin Claussen et ses collègues de l’Institut climatologique de Potsdam (Allemagne) ont publié des données tendant à prouver que l’actuel désert du Sahara a été créé il y a 5 500 ans seulement: un basculement du climat a transformé de vastes étendues de verts pâturages en terres arides et détruit d’antiques civilisations. A l’aide d’un modèle informatique sophistiqué de la terre, de la mer et de l’atmosphère, ces chercheurs ont vu à quel point peuvent être subtils certains des phénomènes susceptibles de transformer des variations du type de celles relevées par Milutin Milankovitch (dans l’orbite de la Terre) en bouleversements climatiques majeurs. Ils ont déterminé qu’au cours des 9 000 dernières années, l’attraction gravitationnelle des planètes a modifié l’inclinaison de l’axe de la Terre d’environ un demi-degré, et déplacé d’environ cinq mois le moment où elle est le plus près du Soleil.

En eux-mêmes, des changements aussi limités n’auraient pas dû avoir d’effets climatiques importants. Mais, quand Martin Claussen et ses collègues ont inclus l’effet végétation dans leur modèle informatique, ils ont découvert qu’il provoquait l’effondrement des précipitations sur la région du Sahara. Ils ont expliqué ce phénomène par une «boucle de rétroaction»: une légère diminution de la végétation permet à la surface de la terre de refléter légèrement mieux la lumière du soleil, ce qui diminue la pluviosité, ce qui réduit davantage la végétation, etc. Selon Martin Claussen, c’est cette boucle qui a fait de l’immense Sahara verdoyant une étendue désolée en quelque 300 ans: «Ce fut le plus grand changement du couvert terrestre dans les 6 000 dernières années», estime-t-il.

Cette découverte va probablement contraindre les historiens à repenser leurs analyses du passé de cette région. Pour Martin Claussen, elle contredit l’idée reçue selon laquelle l’agriculture s’est effondrée parce que les paysans antiques avaient épuisé le sol: «Des hommes ont certes vécu au Sahara et exploité la terre jusqu’à un certain point, mais nous pensons que cette activité n’a joué qu’un rôle négligeable».

Ces résultats sont également reçus comme un nouvel avertissement sur l’instabilité potentielle de notre propre climat. «Il pourrait changer très abruptement, affirme le climatologue Andrew Goudie de l’Université d’Oxford. Nous savions que la superficie du Sahara n’a cessé d’osciller comme un yoyo pendant des millions d’années, et qu’il y a 8 000 ans, il était bien plus humide qu’aujourd’hui, avec de grands fleuves qui se jetaient dans le Nil. Mais je n’avais pas compris à quel point le changement avait été rapide. C’est salutaire.»

Basculements au Nord

En ce même mois de juillet 1999, une équipe de chercheurs des Universités d’Illinois et du Minnesota annonçait la découverte d’un autre basculement climatique dans l’hémisphère Nord: il a temporairement replongé la région dans une période glaciaire il y a environ 9 000 ans. Travaillant sur des sédiments lacustres du Minnesota, cette équipe a confirmé l’existence du refroidissement d’il y a environ 8 200 ans, qu’avaient révélé les carottes de glace. Mais elle a aussi trouvé la preuve d’une autre chute des températures il y a 8 300 à 8 900 ans. Elle pense que ce premier coup de froid est lié au déversement des glaces fondues des lacs dans l’Atlantique, qui pourrait avoir interrompu le Tapis roulant. Les chercheurs estiment à présent que le second a très probablement une autre cause – inconnue à ce jour.

Une chose est claire: tant que nous n’en saurons pas davantage sur les complexités des changements climatiques, toute estimation du temps qu’il nous reste pour prendre des mesures est exclue. Mais il ressort toujours plus nettement des données dont nous disposons qu’il pourrait être infiniment plus court que nous le pensions. «Je croyais que les changements climatiques étaient lents et ne m’affecteraient jamais personnellement, avoue Kendrick Taylor. Aujourd’hui, je sais que notre climat pourrait changer sensiblement de mon vivant.»

Source : http://www.unesco.org/courier/1999_11/fr/planete/txt1.htm

Florent.

[marco_p]

Comme je le dis sur l'autre post identique que tu as fait, ce n'est pas un article de première jeunesse (1999 dans le courrier de l'Unesco). Ca ne veut pas dire que ce n'est pas intéressant, mais il serait plus intéressant de connaitre les développements récents sur ce sujet.

[florent76]

Comme je le dis sur l'autre post identique que tu as fait, ce n'est pas un article de première jeunesse (1999 dans le courrier de l'Unesco). Ca ne veut pas dire que ce n'est pas intéressant, mais il serait plus intéressant de connaitre les développements récents sur ce sujet.

Justement, celui qui a des éléments pourrait-il les publier, car c'est un sujet qui m'intéresse beaucoup et sur lesquels les recherches contrairement à l'article, sont récentes : 5 à 10 ans, c'est très peu...Florent.

[Mantis]

Bref, ce serait le film "Le Jour d'Après" mais en vrai quoi...

[grecale2b]

Bref, ce serait le film "Le Jour d'Après" mais en vrai quoi...

à la différence près que dans "le jour d'après" c'est pas en dix ans mais en dix jours que le changement se fait.

[Mantis]

à la différence près que dans "le jour d'après" c'est pas en dix ans mais en dix jours que le changement se fait.

Bien vu, exact...

[Torrent]

à la différence près que dans "le jour d'après" c'est pas en dix ans mais en dix jours que le changement se fait. /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20">

Oui et ca ce n'est pas réaliste, mais pour Hollywood il ne pouvait être question d'etaler un film se déroulant sur 10 ans, d'ou une maximisation du changement et une augmentation exponentielle de la violence des phenomènes de tornadocanes géantes multiples et autres raz de marée, assez peu vraissemblables pour ce dernier d'ailleurs puisqu'une entrée en glaciation abaisse et ne peut elever le niveau des mers à priori, sauf à supposer une debacle massive et immédiate de l'ensemble de l'Inlandsis Groenlandais je ne vois pas comment cela pourrait se produire, or ceci est exclu même en quelques années.

Par contre je pense qu'il y a des choses qui sont sous estimées, c'est vrai que le volume de l'Inlandsis actuel ne pourrait pas egaler ce qui s'est passé lors de la fonte de l'episode Laurentis, donc l'apport d'eau douce de fonte serait insuffisant.

Mais il ne faut pas non plus oublier des precipitations accrues sur l'Atlantique Nord qui pourraient amener un adoucissement supplémentaire mais surtout je pense à ce qui s'est passé cet hiver, des precipitations trés importantes sur la Siberie et qui lors de la fonte des neiges vont alimenter les grands fleuves comme l'Ob et l'Inisseï qui se deversent dans l'Arctique.

On peut chiffrer assez facilement ce que cela peut représenter, 50 cm de neige sur 10 millions de km2 cela représente 5000 m3 de neige soit 500 km3 d'eau environ issues de la fonte dont une bonne partie se deversera dans l'Arctique, à comparer aux 100 km3 que deverse chaque année le Groenland par les Icebergs qui s'en detachent.

Il a ete signalé une augmentation du débit des fleuves Siberiens de 30 à 50% sur 100 ans, les volumes d'eau provenant eux de la fonte des glaciers Groenlandais est passé de 50 km3 à 100 km3 en quelques années, le radoucissement amenant plus de précipitations sur la Siberie on pourrait avoir une croissance rapide des volumes d'eau douce qui se deversent dans l'Arctique, assez sans doute pour faire monter le niveau, formant un barrage à la montée de la DNA.

Ce que nous ne savons pas c'est à combien se situe le point d'équilibre, on peut estimer qu'entre Siberie, Alaska et Grand Nord Canadien les surfaces sont à peu prés equivalentes à celle de l'Arctique, une quinzaine de millions de km2 au bas mot, les hauteurs de precipitations annuelles se retrouvent sans doute à 50% dans l'Ocean Arctique, si la moyenne est de 200 mm sous ces latitudes, on a un apport annuel actuel de 10 cm d'eau douce dans l'Arctique, peu en fait comparé aux 1000 m de profondeur moyenne de cet océan, mais significatif en termes de niveau et non negligeable en terme d'adoucissement moyen des eaux de surface.

1m d'eau douce en plus tous les 10 ans cela peut sembler peu, mais supposons que le cycle suivant s'etablisse des hivers trés neigeux comme celui que nous connaissons suivi d'étés pourris amenant de fortes pluies autour de la zone Arctique, les changements peuvent alors devenir tellement significatifs que l'on assiste à une reprise de l'avancée des glaces.

[Lolox]

Justement, celui qui a des éléments pourrait-il les publier, car c'est un sujet qui m'intéresse beaucoup et sur lesquels les recherches contrairement à l'article, sont récentes : 5 à 10 ans, c'est très peu...

Florent.

Très intéressant cet article, le sujet avait bouleversé le petit monde de la géographie physique à l'époque où je terminais mes études et je me souviens de débats contradictoires entre les enseignants de l'époque . Ca commence à dater!

Cependant, je ne suis pas au courant des récentes publications et évolutions sur ce thème. En revanche, je me souviens qu'à l'époque ces hypothèses d'évolutions allaient de paire avec l'évocation des nombreuses et brutales variations climatiques au cours d'une même ère glaciaire.

Reste plus qu'à faire nos propres recherches les amis !

[Lolox]

J'ai trouvé une publication du CNRS en rapport (plus ou moins éloigné) avec ce topic sur le lien suivant :

http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosclim/bib...variabilite.htm

Et puis, si cet article ne répond pas précisément à vos interrogations, vous aurez quand même de quoi faire sur l'ensemble du site internet

[JBR]

Dans un article paru dans Nature le 12 janvier dernier (auquel il est fait également allusion dans le dernier numéro de Sciences et Avenir et de La Recherche), l'équipe de Franck Keppler de l'Institut Max Planck d'Heidelberg (Allemagne) a montré que la capacité des végétaux à émettre du méthane a été sous-estimée et que le mécanisme de la photosynthèse est finalement bien moins connu que ce que l'on croyait...

Ces chercheurs allemands ont estimé que la végétation terrestre émettrait dans l'atmosphère 100 millions de tonnes de méthane en moyenne chaque année, ce qui en ferait le deuxième plus gros émetteur de ce gaz à effet de serre, derrière les terres humides (145 millions de t).

Que doit-on en penser ?...

[tonio]

"Que doit-on en penser ?..."

que le climat est d'une complexité déconcertante...

si je poursuis le rasionnement au niveau des plantes, alors cela signifie que si la terre se réchauffe, celles-ci expulseront encore plus de CH4 dans l'atmosphère, donc on aurait une rétroaction positive.

[Lolox]

"Que doit-on en penser ?..."

que le climat est d'une complexité déconcertante...

si je poursuis le rasionnement au niveau des plantes, alors cela signifie que si la terre se réchauffe, celles-ci expulseront encore plus de CH4 dans l'atmosphère, donc on aurait une rétroaction positive.

C'est vrai que ces récentes découvertes posent un certain nombre de problèmes dans les différentes approches que l'on pouvait avoir à propos du réchauffement climatique...

Mais, et cela semble être le cas, si les émissions de méthane lors de la photosynthèse sont avérées, il doit bien exister un élément qui nous échappe encore et qui réduit le bilan de ces émissions, non?!

En effet, la photosynthèse n'est pas un phénomène récent à l'échelle de l'évolution, bien au contraire, on peut faire remonter les origines de ce processus à l'apparition du phytoplancton dans les Océans qui couvrent depuis toujours la majorité du globe... Ce ne sont d'ailleurs pas les fôrets (primaires ou non) qui sont les poumons de la planète, mais là, on sort du sujet!

Enfin, si l'on prend en compte la contribution des plantes aux émissions de méthane, on devrait se trouver dans une situation extrême d'effet de serre, il doit bien y avoir un élément dont on ignore (ou sous estime) dans les bilans climatiques!

Alors, à ce rythme, vue la complexité des processus en jeu, on peut croire à des changements brutaux dans le climat mondial... Reste à trouver le pourquoi de la chose!

[elessar]

La verte Irlande transformée en désert de glace. Au large des côtes françaises, des phoques du Groenland nagent entre des morceaux de banquise. Des ours polaires rôdent dans les rues d’Amsterdam... Telles sont les images qu’évoquent les toutes dernières recherches sur le réchauffement de la planète. Vous avez bien lu: réchauffement de la planète, c’est-à-dire hausse de la température moyenne à la surface du globe due à la rétention de la chaleur solaire dans l’atmosphère par la pollution.

Pis, les mêmes recherches suggèrent que ce changement radical de climat en Europe du Nord pourrait se produire en 10 ans seulement. Pas de faute de frappe: il ne manque aucun zéro à ce chiffre. Des scientifiques ont récemment mis en évidence que le réchauffement de la planète peut avoir un impact dévastateur en un temps infiniment plus court que nul ne l’aurait cru possible, qui ne se compte ni en siècles, ni en décennies mais en années: ce phénomène brusque est appellé «basculement» climatique.

Un éminent expert vient d’adresser cette mise en garde: certains pays de l’Atlantique Nord pourraient entrer dans un climat arctique en 10 ans. Autant dire en un clin d’œil à l’échelle géologique. A l’échelle humaine, une telle rapidité de changement climatique est très probablement insupportable. Une économie, une agriculture seraient-elles capables de résister à un bouleversement aussi soudain ?

Je reste tout de même sceptique quant à la venue d'une variation climatique de courte durée en une dizaine d'années. Quant on sait que le Dryas Récent s'est mis en place en un demi-siècle (et encore, si on prend en compte les difficultés à synchroniser des datations diverses), dans un contexte glaciologique fondamentalement différent de l'actuel, cela pousse à remettre en question ce chiffre

Elessar

[williams]

La verte Irlande transformée en désert de glace. Au large des côtes françaises, des phoques du Groenland nagent entre des morceaux de banquise. Des ours polaires rôdent dans les rues d’Amsterdam... Telles sont les images qu’évoquent les toutes dernières recherches sur le réchauffement de la planète. Vous avez bien lu: réchauffement de la planète, c’est-à-dire hausse de la température moyenne à la surface du globe due à la rétention de la chaleur solaire dans l’atmosphère par la pollution.

Pis, les mêmes recherches suggèrent que ce changement radical de climat en Europe du Nord pourrait se produire en 10 ans seulement. Pas de faute de frappe: il ne manque aucun zéro à ce chiffre. Des scientifiques ont récemment mis en évidence que le réchauffement de la planète peut avoir un impact dévastateur en un temps infiniment plus court que nul ne l’aurait cru possible, qui ne se compte ni en siècles, ni en décennies mais en années: ce phénomène brusque est appellé «basculement» climatique.

Un éminent expert vient d’adresser cette mise en garde: certains pays de l’Atlantique Nord pourraient entrer dans un climat arctique en 10 ans. Autant dire en un clin d’œil à l’échelle géologique. A l’échelle humaine, une telle rapidité de changement climatique est très probablement insupportable. Une économie, une agriculture seraient-elles capables de résister à un bouleversement aussi soudain ?

Je reste tout de même sceptique quant à la venue d'une variation climatique de courte durée en une dizaine d'années. Quant on sait que le Dryas Récent s'est mis en place en un demi-siècle (et encore, si on prend en compte les difficultés à synchroniser des datations diverses), dans un contexte glaciologique fondamentalement différent de l'actuel, cela pousse à remettre en question ce chiffre

Elessar

Que la temperature baisse assez vite et devient comme vers l'an 1810 soit une mini glaciation la c'est acceptable mais jusqu'a une glaciation la il fait tout de meme plus de temps d'apres moi /emoticons/smile@2x.png 2x" width="20" height="20">

Aucun etre vivants ne pourraient survivre et donc s'habituer mis a part quelque poissons !

Williams

[chris68]

Je crois qu'avec une perturbation suffisante du GS (je ne crois pas vraiment à un arrêt brutal en 20 ans) pour influencer le climat de l'Europe de l'Ouest, nous verrions plutôt des températures comparables au petit age glaciaire du Moyen Age, avec des hivers particulièrement longs et rigoureux du style 1962-63 et ce dans les délais cités.

Après tout reste à démontrer que cela peut vraiment se produire aujourd'hui ou plutot demain!

[olivier13]

il ne faut pas croire mais montrer. quelq'un pourrait il me donner les références des articles de "référence" justement sur la mise en evidence de ces refroidissements brutaux. etand donné la difficulté de dater des evenement aussi violents et court, il faut peut etre se focaliser sur les methodes de datation utilisées . pour moi il y a 2 possibilitées. soi on travaille sur des carrotes de glace et il est alors théoriquement possible d'avoir une resolution quasi annuelle car on peut differencier les niveaux été/hiver. hélas il y a des problemes de diffusion (les estimations de T° sont faites a partir de mesures des isotopes de l' Hydrogene ou de l'oxygene) qui vont avoir tendance à diminuer le signal en amplitude et à allonger son occurence.

si l'on travaille sur des carrotesde sédiment alors on peut dater au carbone 14(la précision est de l'ordre de la 100aine d'années pour cette période 8000BP) ou bien en comptant les couches dans le cas des sédiments varvées(comme poour la glace).probleme, en cas de variation rapide du taux de sedimentation, la précision va fortement diminuer car la datation est faite par interpolation entre differents points. on peut donc manquer ces variations rapides du taux de sedimentation et donc fausser la datation. s'ajoute à ca encore des phénomenes de diffusion et la Bioturbation. la Bioturbation c est le mélange des sédiments par les organismes benthiques(posees sur le fond) qui entraine un lissage du signal ainsi qu'un déphasage (le signal tend a remonter dans le carrote).

bref la datation semble primordiale pour pouvoir évaluer ces variations rapide du signal et à mon sens, je ne croit pas que l'on soit capable d'atteindre la précision necessaire pour evaluer précisement la durée et l'intensité de ces événement.

[Lolox]

il ne faut pas croire mais montrer. quelq'un pourrait il me donner les références des articles de "référence" justement sur la mise en evidence de ces refroidissements brutaux. etand donné la difficulté de dater des evenement aussi violents et court, il faut peut etre se focaliser sur les methodes de datation utilisées . pour moi il y a 2 possibilitées. soi on travaille sur des carrotes de glace et il est alors théoriquement possible d'avoir une resolution quasi annuelle car on peut differencier les niveaux été/hiver. hélas il y a des problemes de diffusion (les estimations de T° sont faites a partir de mesures des isotopes de l' Hydrogene ou de l'oxygene) qui vont avoir tendance à diminuer le signal en amplitude et à allonger son occurence.

si l'on travaille sur des carrotesde sédiment alors on peut dater au carbone 14(la précision est de l'ordre de la 100aine d'années pour cette période 8000BP) ou bien en comptant les couches dans le cas des sédiments varvées(comme poour la glace).probleme, en cas de variation rapide du taux de sedimentation, la précision va fortement diminuer car la datation est faite par interpolation entre differents points. on peut donc manquer ces variations rapides du taux de sedimentation et donc fausser la datation. s'ajoute à ca encore des phénomenes de diffusion et la Bioturbation. la Bioturbation c est le mélange des sédiments par les organismes benthiques(posees sur le fond) qui entraine un lissage du signal ainsi qu'un déphasage (le signal tend a remonter dans le carrote).

bref la datation semble primordiale pour pouvoir évaluer ces variations rapide du signal et à mon sens, je ne croit pas que l'on soit capable d'atteindre la précision necessaire pour evaluer précisement la durée et l'intensité de ces événement.

Te citer les réfrences des études en question, je n'en suis pas capable actuellement. Désolé! (En même temps, je ne les ai pas mise en évidence dans ce sujet).

Cependant, je note que tu théorises sur les datations comme si il s'agissait de connaître à l'année près la survenue d'un basculement climatique. Ce serait très intéressant et instructif, mais je crois qu'en l'état actuel des méthodes de datation, personne ne peux se vanter d'une telle précision. Certainement que de grands progrès restent à faire dans ce domaine...

Or, il me semble que l'on peut, pourtant, mettre en avant un changement brutal, quelque soit le support que l'on utilise (glace, sédiments, ...). En effet, le faciès des séries (ou strates) étudiées doit changer de manière très sensible d'un contexte climatique à l'autre et cela doit se retrouver dans les prélèvements malgré les sources de pollution que tu évoquais dans ton post.

Mais bon, il existe quand même pas mal d'indices qui coïncident pour nous permettre d'affirmer que des changements brutaux ont déjà eu lieu.

[seb56]

Est-il vrai que la salinité de l'atlantique nord est un des principaux indice permettant d'évaluer la situation???

Je m'explique, si la terre se réchauffe, la glace des glaciers fond et tombe dans la mer. Donc logiquement cet apport d'eau douce en Atlantique Nord devrait tendre à diminuer la concentration saline, donc à diminuer la densité de l'eau. Au final l'eau chaude ne descendrait plus et l'eau froide ne pourrait plus aller se réchauffer à l'équateur.

MAIS, comment savoir si ce phénomne est enclenché et surtout existe t-il des études réalisées en ce moment sur le Gulf Stream permettant de connaitre sa "santé" ???

[charles.muller]

Pour les anglophones, je me permets de copier-coller cette "review" de Science un peu plus récente (2003), sans les images (cinq figures). Les courageux pourront aller chercher dans les 70 références citées.

***

Science 28 March 2003:

Vol. 299. no. 5615, pp. 2005 - 2010

DOI: 10.1126/science.1081056

Review

Abrupt Climate Change

R. B. Alley,1 J. Marotzke,2 W. D. Nordhaus,3 J. T. Overpeck,4 D. M. Peteet,5 R. A. Pielke Jr.,6 R. T. Pierrehumbert,7 P. B. Rhines,89 T. F. Stocker,10 L. D. Talley,11 J. M. Wallace8

Large, abrupt, and widespread climate changes with major impacts have occurred repeatedly in the past, when the Earth system was forced across thresholds. Although abrupt climate changes can occur for many reasons, it is conceivable that human forcing of climate change is increasing the probability of large, abrupt events. Were such an event to recur, the economic and ecological impacts could be large and potentially serious. Unpredictability exhibited near climate thresholds in simple models shows that some uncertainty will always be associated with projections. In light of these uncertainties, policy-makers should consider expanding research into abrupt climate change, improving monitoring systems, and taking actions designed to enhance the adaptability and resilience of ecosystems and economies.

1 Department of Geosciences and EMS Environment Institute, Pennsylvania State University, University Park, PA 16802, USA.

2 Southampton Oceanography Centre, University of Southampton, Southampton SO14 3ZH, UK.

3 Department of Economics, Yale University, New Haven, CT 06520, USA.

4 Institute for the Study of Planet Earth, University of Arizona, Tucson, AZ 85721, USA.

5 Lamont Doherty Earth Observatory of Columbia University, Palisades, NY 10964, USA, and NASA Goddard Institute for Space Studies, New York, NY 10025, USA.

6 Center for Science and Technology Policy Research, Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences (CIRES), University of Colorado, Boulder, CO 80309, USA.

7 Department of the Geophysical Sciences, University of Chicago, Chicago, IL 60637, USA.

8 Department of Atmospheric Sciences and

9 Department of Oceanography, University of Washington, Seattle, WA 98195, USA.

10 Climate and Environmental Physics, Physics Institute, University of Bern, 3012 Bern, Switzerland.

11 The Scripps Institution of Oceanography, University of California-San Diego, La Jolla, CA 92093, USA.

Climatic records show that large, widespread, abrupt climate changes have occurred repeatedly throughout the geological record. Some mechanisms have been identified that could account for these changes, and model simulations of them are improving, but the models that are currently being used to assess human impacts on climate do not yet simulate the past changes with great accuracy. Although public debate regarding climate change has focused on the climatic consequences of greenhouse-gas emissions and their impacts on the planet and on human societies, scientists and policy-makers have given less attention to the possibility that large climate changes could occur quickly. Such abrupt climate changes could have natural causes, or could be triggered by humans and be among the "dangerous anthropogenic interferences" referred to in the U.N. Framework Convention on Climate Change (FCCC) (1). Thus, abrupt climate change is relevant to, but broader than, the FCCC and consequently requires a broader scientific and policy foundation. Here we describe the scientific foundation for a research agenda focused on abrupt climate change, as developed in a recent study by an international panel of the U.S. National Research Council (2), and identify areas in which the possibility of abrupt climate change has a bearing on the current policy debate about human-induced climate change.

What Climate Has Done

Long-term stabilizing feedbacks have maintained Earth-surface conditions within the narrow liquid-water window conducive to life for about 4 billion years (3); however, data indicate that over times of 1 year to 1 million years, the dominant feedbacks in the climate system have amplified climate perturbations. For example, global-mean temperature changes of perhaps 5° to 6°C over ice-age cycles (4) are generally believed to have resulted from small, globally averaged net forcing (5). More surprisingly, regional changes over ~10 years without major external forcing were in many cases one-third to one-half as large as changes over the ~100,000-year ice-age cycles (4, 6).

"Technically, an abrupt climate change occurs when the climate system is forced to cross some threshold, triggering a transition to a new state at a rate determined by the climate system itself and faster than the cause" (2, p. 14). Even a slow forcing can trigger an abrupt change, and the forcing may be chaotic and thus undetectably small. For human concerns, attention is especially focused on persistent changes that affect subcontinental or larger regions, and for which ecosystems and economies are unprepared or are incapable of adapting.

Instrumental records reveal detailed, global information on abrupt, often societally disruptive, climate shifts. For example, the warming that occurred during the 20th century in many northern regions was concentrated in two rapid steps, suggestive of a juxtaposition of human-induced secular trend and interdecadal variability due to natural causes (7). The warming on the Atlantic side of the Arctic during the 1920s was 4°C or more in places (8) (Fig. 1). During the following decade, an extended drought often called the Dust Bowl had a lasting impact on the United States (9, 10). Such abrupt-onset, severe regional drought regimes have been infrequent in the United States during the instrumental period but more common elsewhere, including in the Sahel (11). The strong links in many regions between drought or flood and the El Niño-Southern Oscillation (ENSO) system (12) focus attention on ENSO regime shifts (13).

An abrupt Pacific shift in 1976-1977, perhaps related to ENSO, involved enhancement of the dominant pattern of atmospheric circulation (including a deepening of the Aleutian Low), an oceanwide change of surface temperature (warmer in the tropics and along the coast of the Americas, colder to the west at temperate latitudes) (14), and warming-induced shifts in ecosystems along the coast of the Americas (15). On the Atlantic side, the past 30 years have witnessed an invasion of low-salinity deep waters that spread over the entire subpolar North Atlantic Ocean and the seas between Greenland and Europe (16) in just the regions critical for abrupt shifts in the thermohaline circulation, which has been implicated in many abrupt climate-change events of the past (see below).

The instrumental record is becoming more valuable as it is lengthened, but is insufficient to have sampled the full range of climatic behavior. Paleoclimatic records from the Holocene (the current, 10,000-year interglacial warm period) show larger abrupt changes in regional climate than recorded instrumentally. These include apparently abrupt shifts in past hurricane frequency (17), changes in flood regimes, and especially prominent droughts (10) (Fig. 2). Examples include episodic desiccation of lakes in African (18) and Asian (19) monsoonal areas, remobilization of dunes on the U.S. high plains, the multidecadal drought implicated in the collapse of classic Mayan civilization (20), and the multicentennial drought associated with the fall of the Akkadian empire (21). Shifts in drought regimes appear to have often been abrupt (10).

Many paleoclimatic records, and especially those from high latitudes, show that ice-age events were even larger and more widespread than those of the Holocene or of previous interglacials (6). Regional climate changes of as much as 8° to 16°C (6, 22) occurred repeatedly in as little as a decade or less (Fig. 3). The data do not yet exist to draw quantitatively reliable, global anomaly maps of any major climate variables for these changes, but effects were clearly hemispheric to global (4) and included changes in tropical wetlands (23) and the Asian monsoon (24). Cold, dry, and windy conditions generally occurred together, although antiphase behavior occurred in parts of the Southern Ocean and Antarctica (6). These jumps associated with the Dansgaard-Oeschger (DO) oscillation (25) were especially prominent during the cooling into and warming out of ice ages, but persisted into the early part of the current Holocene warm period (Fig. 3).

Why Climate Changed Abruptly

Systems exhibiting threshold behavior are familiar. For example, leaning slightly over the side of a canoe will cause only a small tilt, but leaning slightly more may roll you and the craft into the lake. Such large and rapid threshold transitions between distinct states are exhibited by many climate models, including simplified models of the oceanic thermohaline circulation (26), atmospheric energy-balance models (27), and atmospheric dynamical models exhibiting spontaneous regime changes (28).

An abrupt change, of a canoe or the climate, requires a trigger, such as you leaning out of a canoe; an amplifier and globalizer, such as the friction between you and the canoe that causes the boat to flip with you; and a source of persistence, such as the resistance of the upside-down canoe to being flipped back over.

Many triggers have been identified in the climate system. For example, the drying of the Sahara during the latter part of the Holocene, and the ice-age DO oscillations, are linked in time and mechanistically to orbital forcing. The Sahara dried as the African monsoon weakened in response to reduction in summertime incoming solar radiation (29). The DO oscillations were especially prominent during the orbitally mediated cooling into and warming out of the ice age. Triggers may be fast (e.g., outburst floods from glacier-dammed lakes), slow (continental drift, orbital forcing), or somewhere between (human-produced greenhouse gases), and may even be chaotic; multiple triggers also may contribute.

Amplifiers are abundant in the climate system and can produce large changes with minimal forcing. For example, drying causing vegetation dormancy or death reduces the evapotranspiration that supplies moisture for a sizable fraction of the precipitation in many continental regions, further reducing rainfall and reinforcing drought (29). In cold regions, cooling increases surface coverage by snow and ice, increasing reflection of incoming solar radiation and causing even further cooling in an ice-albedo feedback.

These positive feedbacks may include their own sources of persistence. Loss of vegetation reduces the ability of roots to capture water and allows subsequent precipitation to run off to streams and the oceans, perhaps leading to desertification (30). If snowfall on land persists long enough, an ice sheet may grow sufficiently thick that its surface becomes high enough and cold enough that melting is unlikely. Persistence also may arise from the wind-driven circulation of the oceans, stratospheric circulation and related chemistry (31), or other processes.

For the DO oscillations, the thermohaline circulation of the oceans is implicated in the persistence. In the presently most likely hypothesis, warm, salty water flowing into the North Atlantic densifies as it cools and then sinks. However, precipitation and runoff from surrounding land masses supply more fresh water to the North Atlantic than is removed by evaporation. Failure of sinking would allow freshening to decrease surface density, preventing further sinking and the associated inflow of warm waters [e.g. (4, 6)].

Whereas triggers, amplifiers, and sources of persistence are easily identified, globalizers that spread anomalies across large regions or even the whole Earth are less obvious. General circulation models (GCMs) forced by hypothesized causes of abrupt climate changes often simulate some regional changes rather well, underestimate others, and fail to generate sufficiently widespread anomaly patterns [e.g. (2, 29, 32, 33)]. The high quality and numerous cross-checks in at least some paleoclimatic data sets indicate that the data-model mismatch is unlikely to result from misinterpretation of the data. Either some natural forcings have been omitted from the numerical experiments, or the GCMs used in these experiments have tended to underestimate the size and extent of climate response to threshold crossings (34).

There is no shortage of hypotheses to explain model underestimation of abrupt climate changes. In considering DO oscillations, for example, if the trigger were in the tropics or elsewhere with the North Atlantic serving only as an amplifier and source of persistence, then errors might be expected from models testing only North Atlantic triggers. Strong evidence for such tropical or other triggers is still lacking, however.

Attention has recently focused on the possibility of solar forcing contributing to abrupt climate change. Moderate climate oscillations during the Holocene, such as the Little Ice Age, exhibit somewhat the same spacing in time as the higher amplitude DO oscillations (35, 36), and the Holocene oscillations may be linked to solar forcing (35). It has been hypothesized that the DO oscillations were caused by interaction between a weak solar periodicity and noise in the climate system linked at least in part to North Atlantic processes (37).

Interdecadal climate change is greatly influenced by preferred modes of variability of the climate system, and especially by the ENSO and the southern and northern annular modes (38). Strong evidence links regional abrupt climate changes to shifts in preferred modes, such as dependence of droughts and floods on ENSO processes (13), or dependence of large Arctic changes on trends in the northern annular mode (16, 38). The prominence of such climate-mode shifts in recent climate changes suggests an important role further in the past, and in the future. Better representation of modes in climate models thus may improve simulations of abrupt climate changes.

Other model improvements also may help in simulating abrupt climate change. Using a simple Stommel (26)-type box model of the ocean circulation, Marotzke (39) found abrupt shifts between qualitatively different, persistent states akin to those implicated in the DO oscillation; however, progressively increasing the strength of mixing processes weakened and then removed this behavior (Fig. 4). Observations have recently indicated a complex spatial structure of mixing in the oceans (40); however, GCMs often have represented these complex processes simply as uniform, strong mixing, which may have contributed to reduced model sensitivity to threshold crossings compared to observed responses.

Impacts of Abrupt Climate Change on Ecological and Economic Systems

Although there is a substantial body of research on the ecological and societal impacts of climate change, virtually all research has relied on scenarios with slow and gradual changes [e.g. (41)]. In part, this focus reflects how recently the existence of abrupt climate changes gained widespread recognition, and how difficult it has been to generate appropriate scenarios of abrupt climate change for impacts assessments. In addition, the FCCC (1) has focused attention on anthropogenic forcing, whereas abrupt climate change is a broader subject covering natural as well as human causes.

Most ecological and economic systems have the ability to adapt to a changing environment. Slower changes allow response with less disruption in both ecosystems and economies [e.g. (42)]. Abrupt changes are particularly harmful where the individual entities have long lifetimes or are relatively immobile; damages also increase with the abruptness and unpredictability of the climate change and are likely to be larger if the system is unmanaged. Long-lived and relatively immobile unmanaged ecosystems such as mature forests and coral reefs thus are likely to be especially sensitive to climate change, and specific attention to vulnerable sectors such as these is warranted.

In the ecological sphere, biological records (pollen, macrofossils) in sediment are useful in reconstructing abrupt climate changes because their effects often were so large [e.g. (43)]. Local extinctions and extensive ecosystem disruptions occurred in regions including the northeastern and central-Appalachian United States in fewer than 50 years following the end of the Younger Dryas cold event (43), which was a prominent return to colder conditions during the most recent deglaciation, with an abrupt onset and especially abrupt termination, probably linked to the DO oscillations (6) (Fig. 3). Large ecosystem shifts required fewer than 20 years in central Europe during the abrupt cooling about 8200 years ago (44). During this event, fallout of materials from upwind fires became more frequent in central Greenland almost synchronously with climate changes, reflecting rapid response probably in North America (45).

The extinctions of numerous large North American mammals occurred very close in time to the abrupt shift into the Younger Dryas. The climate change is unlikely to have been solely responsible, because the fauna previously survived many similar shifts. However, stress from abrupt climate change may have combined with human hunting pressure to cause the extinctions (46). Similarly, while extant biota have survived previous abrupt climate changes through extensive and rapid migrations, human-caused habitat fragmentation and other anthropogenic influences may impede migrations and thereby increase vulnerability of certain ecological systems to any future abrupt climate changes (47, 48). Major and abrupt changes in fisheries and other ecosystems have been caused by climate shifts during the 20th century, such as the North Atlantic warming during the 1920s or the ENSO regime shift during the 1970s (13, 49). Sensitive regions such as coastal oceans may have been especially impacted, with effects on the occurrence and abundance of diseases (50).

Economic studies indicate that many sectors of the economy can adapt to gradual climate changes over the coming decades. But this research sheds little light on the impacts of abrupt climate changes, particularly where these involve major changes in precipitation and water availability over periods as short as a decade. Among produced capital stocks, buildings and infrastructure specific to particular locations and adapted to particular climates, with lifetimes of 50 to 100 years, are especially vulnerable to abrupt climate changes. For shorter lived or more-mobile capital stocks such as computers or health-care facilities, gradual climate change over decades may have only small economic impacts, but abrupt climate change might have larger impacts (51). The few available studies comparing no-adaptation to adaptation strategies indicate that faster and less-anticipated climate changes are much more costly (52, 53).

Research coupling economic and climate models has progressed over the past decade, but there is virtually no linked research on abrupt climate change. For gradual climate change, economic estimates indicate that efficient economic response involves modest but increasing emissions reductions and carbon taxes to slow climate change (51). However, efficiently avoiding abrupt change may involve much larger abatement costs (54).

Outlook

Past abrupt changes were especially prominent while the climate was being forced to change from one state to another. This is consistent with models showing that forcing increases the probability of a threshold crossing. If human activities are driving the climate system toward one of these thresholds, it will increase the likelihood of an abrupt climate change in the next hundred years or beyond (55).

Thresholds may exist in many parts of the climate system. Model projections of global warming often include increased global precipitation, enhanced variability in precipitation, and summertime drying in many continental interiors, including "grain belt" regions (49, 56). We may see simultaneously both gradual and abrupt increases in floods and droughts. Abrupt changes are possible in ice sheets affecting sea level and ocean circulation, in permafrost affecting land-surface processes and greenhouse-gas fluxes, and in sea ice and other parts of the climate system. Shifts in the coupled modes, such as ENSO (13) or the annular modes (31), may be important. One cannot exclude the possibility of abrupt change to warm-climate modes that have not been visited recently but may have occurred further back in time (57).

For the ice-age events, surface freshening of the North Atlantic is implicated in abrupt coolings, with return of salty waters tied to abrupt warmings [e.g. (4)]. Many models of global warming project future North Atlantic freshening from increased precipitation and runoff (56), increasing buoyancy of surface waters and slowing the thermohaline circulation, consistent with recently observed trends (16, 58). The likely impacts have not been studied carefully but may be substantial (54, 59). In contrast, global-warming results from one model (60) showed changes in ENSO frequency and amplitude that increased Atlantic salinity, compensating for enhanced high-latitude precipitation to maintain a vigorous thermohaline circulation. This finding emphasizes the potential role of mode changes in natural climate variability, as well as associated stabilizing feedbacks that are poorly understood.

Not only the magnitude, but also the rates of human forcing of the climate system, are crucial issues for abrupt climate change. For example, model results indicate that faster warming would weaken the thermohaline circulation more by producing stronger vertical density gradients opposing sinking in the North Atlantic (61). Both faster warming and weakening of the thermohaline flow (62) render the thermohaline circulation less stable against perturbations by moving closer to thresholds. Very close to a threshold, the thermohaline circulation may lose predictability, as shown by recent model simulations (Fig. 5) (63). Thus, although the climate around the North Atlantic and in many other regions has been more stable during the warmer Holocene than during the ice age, additional, rapid global warming could serve to increase the likelihood of large, abrupt, persistent, and to some extent unpredictable, changes.

On the basis of current understanding, events such as the collapse of the West Antarctic ice sheet (56) or a switch to some unanticipated warm climate mode (57) are considered to have low probability, but if they occurred rapidly, they would have large and damaging impacts. Improved understanding of the full range of possible abrupt climate changes, through sustained collection and study of instrumental and paleoclimatic data, improved statistical techniques, simulations with a hierarchy of models, and impacts assessments, could be of considerable value to policy-makers seeking to promulgate effective responses (2).

The difficulty of identifying and quantifying all possible causes of abrupt climate change, and the lack of predictability near thresholds, imply that abrupt climate change will always be accompanied by more uncertainty than will gradual climate change. Given the deep uncertainty about the nature and speed of future climate changes, policy-making thus might focus on reducing vulnerability of systems to impacts by enhancing ecological and societal resiliency and adaptability. Failure of the Viking settlements in Greenland but persistence of the neighboring Inuit during Little Ice Age cooling [e.g. (64)] underscores the value of developing effective strategies that are favorable in the face of unanticipated abrupt climate change. Research that contributes to identification and evaluation of "no-regrets" policies--those actions that are otherwise sensible and will improve resiliency and adaptability--may be especially useful (2). Slowing the rate of human forcing of the climate system may delay or even avoid crossing of thresholds (61).

Overall, instrumental and paleoclimatic data indicate that large, rapid, widespread climate changes with persistent impacts have occurred repeatedly in the past. Although they probably had the largest effects on land-surface moisture and high-latitude temperatures, the climatic effects were often global. Simple models confirm the possibility of future abrupt climate changes and suggest that the rapid increase in human-induced forcings increases the probability of crossing a threshold and triggering an abrupt climate change. The methodology used by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) (56) to project the future has emphasized the use of complex atmospheric models with simplified representations of other elements of the climate system to simulate the forced response to increasing concentrations of greenhouse gases over the course of the next century. Such climate models are improving rapidly but have not yet reached the level of sophistication that will enable them to be used to simulate the likelihood of occurrence of the more abrupt and possibly spontaneous climate shifts described in this paper.

Any future abrupt climate change might have large and unanticipated impacts. Improved understanding of the processes may increase the lead time for mitigation and adaptation. More-precise estimates of impacts of abrupt climate change could make response strategies more effective. The persistence of some uncertainty regarding future abrupt climate changes argues in favor of actions to improve resiliency and adaptability in economies and ecosystems. Much fruitful work remains to be done to improve our understanding of the history, mechanisms, policy, and social implications of abrupt climate change.

REFERENCES AND NOTES

1. The United Nations Framework Convention on Climate Change can be viewed at http://unfccc.int/resource/conv/index.html.

2. The National Research Council (NRC) report Abrupt Climate Change: Inevitable Surprises (65) provides a more comprehensive treatment of abrupt climate change, with over 650 references. The members of the Panel on Abrupt Climate Change, which prepared the NRC report, are the authors of this review. The recommendations of the NRC report: Improve the fundamental knowledge base, modeling, instrumental and paleoclimatic data, and statistical approaches related to abrupt climate change, and investigate "no- regrets" strategies to reduce vulnerability. The report is available at http://books.nap.edu/books/0309074347/html/1.html#pagetop.

3. Short-term climate stability is provided by the increase in longwave radiation emitted by Earth as it warms, and reduction in emitted radiation as it cools. The large heat capacity and specific heats of water also contribute to very short term stability. Very long term stability likely occurs because the rate of production of CO2 from volcanoes is nearly independent of Earth's surface temperature, but the rate at which CO2 is removed from the atmosphere by chemical reaction with rocks increases with temperature, which increases with atmospheric CO2 (66).

4. W. S. Broecker, The Glacial World According to Wally (Eldigio, Lamont-Doherty Earth Observatory of Columbia University, Palisades, NY, ed. 3, 2002).

5. Ice-age cycles were caused by orbitally induced latitudinal and seasonal redistribution of sunlight that led to changes in the amount of sunlight reflected by Earth (through changes in snow and ice, vegetation, and probably clouds and dust), in the greenhouse-gas concentration of the atmosphere (primarily CO2 and water vapor but including CH4 and N2O), and perhaps in other factors (4).

6. T. F. Stocker, Quat. Sci. Rev. 19, 301 (2000) [CrossRef] [iSI].

7. T. Delworth and T. R. Knutson, Science 287, 2246 (2000) [Abstract/Free Full Text].

8. J. Cappelen, "Yearly mean temperature for selected meteorological stations in Denmark, the Faroe Islands and Greenland; 1873-2001" (Tech. Rep. 02-06, Danish Meteorological Institute, Copenhagen, 2002); available at www.dmi.dk/f+u/publikation/tekrap/2002/Tr02-06.pdf.

9. D. R. Hurt, An Agricultural and Social History of the Dust Bowl (Nelson Hall, Chicago, 1981).

10. C. A. Woodhouse and J. T. Overpeck, Bull. Am. Meteorol. Soc. 79, 2693 (1998) [CrossRef] [iSI].

11. S. E. Nicholson, C. J. Tucker, M. B. Ba, Bull. Am. Meteorol. Soc. 80, 815 (1998) [CrossRef].

12. S. Hastenrath and L. Heller, Q. J. R. Meteorol. Soc. 103, 77 (1997) .

13. N. J. Mantua, S. R. Hare, Y. Zhang, J. M. Wallace, R. C. Francis, Bull. Am. Meteorol. Soc. 78, 1069 (1997) [CrossRef] [iSI].

14. N. E. Graham, Clim. Dyn. 10, 135 (1994) [CrossRef] [iSI].

15. C. C. Ebbesmeier et al., in Proceedings of the Seventh Annual Pacific Climate Workshop, April 1990, J. L. Betancourt, V. L. Tharp, Eds. (California Department of Water Resources, Interagency Ecological Studies Program, Technical Report 26, 1991), pp. 115-126.

16. B. Dickson, et al., Nature 416, 832 (2002) [CrossRef] [iSI] [Medline].

17. K. B. Liu, C. M. Shen, K. S. Louie, Ann. Assoc. Am. Geogr. 91, 453 (2001) [iSI].

18. F. Gasse, Quat. Sci. Rev. 19, 189 (2000) [iSI].

19. C. T. Morrill, J. T. Overpeck, J. E. Cole, Holocene in press.

20. D. A. Hodell, J. H. Curtis, M. Brenner, Nature 375, 391 (1995) [CrossRef] [iSI].

21. H. Weiss, et al., Science 261, 995 (1993) [iSI].

22. J. P. Severinghaus, T. Sowers, E. J. Brook, R. B. Alley, M. L. Bender, Nature 391, 141 (1998) [CrossRef] [iSI].

23. E. J. Brook, S. Harder, J. Severinghaus, M. Bender, in Mechanisms of Global Climate Change at Millennial Time Scales, P. U. Clark, R. S. Webb, L. D. Keigwin, Eds. (Geophysical Monograph 112, American Geophysical Union, Washington, DC, 1999), pp. 165-176.

24. Y. J. Wang, et al., Science 294, 2345 (2001) [Abstract/Free Full Text].

25. North Atlantic records show a repeated pattern, often with ~1500-year spacing, of abrupt warming followed by gradual cooling, abrupt cooling, and a few cold centuries. Generally cold, dry, and windy conditions occurred together across much of the Earth, although with antiphase behavior in some far southern regions. The anomalously mild times following the abrupt warmings are often called Dansgaard/Oeschger (DO) events, but here we follow some workers in referring to the DO oscillation, without necessarily implying strict periodicity (6). At least some of the cold phases immediately followed floods or ice-sheet surges into the North Atlantic (4), including a centennial cold event about 8200 years ago with widespread impacts (45) that immediately followed a large outburst flood from a lake dammed by the melting ice sheet in Hudson Bay (67).

26. H. Stommel, Tellus 13, 224 (1961) [iSI].

27. W. D. Sellers, J. Appl. Meteorol. 8, 392 (1969) [CrossRef].

28. E. N. Lorenz, J. Atmos. Sci. 20, 130 (1963) [CrossRef] [iSI].

29. J. Kutzbach, G. Bonan, J. Foley, S. Harrison, Nature 384, 623 (1996) [CrossRef] [iSI].

30. M. K. Biswas, A. K. Biswas, Eds., United Nations, Desertification (Pergamon, London, 1980).

31. D. L. Hartmann, J. M. Wallace, V. Limpasuvan, D. W. J. Thompson, J. R. Holton, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 97, 1412 (2000) [Abstract/Free Full Text].

32. S. Manabe and R. J. Stouffer, Paleoceanography 12, 321 (1997) [iSI].

33. T. F. Stocker, Science 297, 1814 (2002) [Free Full Text].

34. This difficulty, lack of a globalizer, is shared with the standard explanation of global ice-age cooling by reduced Northern Hemisphere summer insolation from the relatively weak 100,000-year cyclicity of orbital forcing (4).

35. G. Bond, et al., Science 294, 2130 (2001) [Abstract/Free Full Text].

36. Except for the event about 8200 years ago, the Holocene changes differ from the DO oscillations in many ways, with Holocene changes smaller, of less clear but probably reduced spatial extent and uniformity, and lacking the global abrupt perturbations of biogeochemical cycles shown by shifts in trace gases such as CH4, N2O, and CO2 in the ice-age events (6).

37. R. B. Alley, S. Anandakrishnan, P. Jung, Paleoceanography 16, 190 (2001) [iSI].

38. J. M. Wallace and D. W. J. Thompson, Phys. Today 55, 28 (2002) .

39. J. Marotzke, thesis, Berichte aus dem Institut fur Meereskunde, Kiel, Germany (1990).

40. K. L. Polzin, J. M. Toole, J. R. Ledwell, R. W. Schmitt, Science 276, 93 (1997) [Abstract/Free Full Text].

41. D. G. Streets and M. H. Glantz, Global Environ. Change 10, 97 (2000) [CrossRef] [iSI].

42. J. Reilly and D. Schimmelpfennig, Clim. Change 45, 253 (2000) [CrossRef] [iSI].

43. D. M. Peteet, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 97, 1359 (2000) [Abstract/Free Full Text].

44. W. Tinner and A. F. Lotter, Geology 29, 551 (2001) [CrossRef] [iSI].

45. R. B. Alley, et al., Geology 25, 483 (1997) [CrossRef] [iSI].

46. D. M. Peteet, et al., Quat. Res. 33, 219 (1990) [iSI].

47. J. T. Overpeck, C. Whitlock, B. Huntley, in Paleoclimate, Global Change and the Future, K. Alverson, R. Bradley, T. Pedersen, Eds. (IGBP Synthesis Volume, Springer-Verlag, Berlin, 2003), pp. 81-111.

48. Ecosystems and economies can be forced across thresholds by gradual as well as by abrupt climate changes, causing major abrupt impacts, although faster forcing is probably more likely to cross impacts thresholds.

49. IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), Climate Change 2001: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Report of Working Group II (Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK, 2001); available at www.ipcc.ch.

50. R. Colwell, Science 274, 2025 (1996) [Free Full Text].

51. W. D. Nordhaus, J. Boyer, Warming the World: Economic Modeling of Global Warming (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, 2000).

52. J. Reilly, N. Hohmann, S. Kane, Climate Change and Agriculture: Global and Regional Effects Using an Economic Model of International Trade (MIT-CEEPR 93-012WP, Center for Energy and Environmental Policy Research, Massachusetts Institute of Technology, Boston, 1993).

53. G. W. Yohe and M. E. Schlesinger, Clim. Change 38, 337 (1998) .

54. K. Keller, K. Tan, F. M. M. Morel, D. F. Bradford, Clim. Change 47, 17 (2000) [CrossRef] [iSI].

55. W. S. Broecker, Science 278, 1582 (1997) [Abstract/Free Full Text].

56. IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), Climate Change 2001: The Science of Climate Change. Report of Working Group I (Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK, 2001); available online at www.ipcc.ch.

57. One prominent warm interval was the Paleocene-Eocene Thermal Maximum (68), which began with warming over perhaps 10,000 to 20,000 years or faster of about 4° to 8°C in high-latitude ocean surface temperatures and 4° to 6°C in bottom-water temperatures from conditions that were already warmer and with an equator-to-pole temperature gradient that was smaller than occurred recently. A change in location of deep-water formation may have led to massive destabilization of methane hydrate in sea-floor sediments. Impacts included extinction of 30 to 50% of benthic foraminifera and subtropical drying.

58. Freshening may be arising from one or more processes, including increased high-latitude precipitation or fraction of precipitation running off the land (69), melting of sea or land ice, or changes in wind-driven or other exchange with the Arctic Ocean; the complexity is challenging for modern observations and models (16).

59. Seager et al. (70) emphasized that the relative warmth of the northeastern versus northwestern Atlantic arises only in part from the thermohaline circulation; thus, any discussions of the possible effects of a thermohaline shutdown that cite the Norway-Canada difference may be overstated. Nonetheless, the thermohaline circulation does transport much heat to, and affect the climate of, the North Atlantic (4, 70). The tendency of many models to underestimate abrupt paleoclimatic changes leaves open the possibility that other discussions have underestimated the potential effects of a thermohaline shutdown. The need for improved research to address these issues is clear.

60. M. Latif, E. Roeckner, U. Mikolajewicz, R. Voss, J. Clim. 13, 1809 (2000) [CrossRef] [iSI].

61. T. F. Stocker and A. Schmittner, Nature 388, 862 (1997) [CrossRef] [iSI].

62. J. Marotzke, in Decadal Climate Variability: Dynamics and Predictability, D. L. T. Anderson, J. Willebrand, Eds. (Springer-Verlag, Berlin, 1996).

63. R. Knutti and T. F. Stocker, J. Clim. 15, 179 (2001) [CrossRef] [iSI].

64. L. K. Barlow, et al., Holocene 7, 489 (1997) [iSI].

65. Abrupt Climate Change: Inevitable Surprises (National Research Council, National Academy Press, Washington, DC, 2002).

66. J. C. G. Walker, P. B. Hays, J. F. Kasting, J. Geophys. Res. 86, 9776 (1981) [iSI].

67. D. C. Barber, et al., Nature 400, 344 (1999) [CrossRef] [iSI].

68. K. L. Bice, J. Marotzke, Paleoceanography 17, 10.1029/2001PA000678 (2002).

69. B. J. Peterson, et al., Science 298, 2171 (2002) [Abstract/Free Full Text].

70. R. Seager et al., Q. J. R. Meteorol. Soc. (2002).

71. K. R. Laird, S. C. Fritz, K. A. Maasch, B. F. Cumming, Moon Lake Diatom Salinity-Drought Data (IGBP PAGES/World Data Center-A for Paleoclimatology Data Contribution Series #1998-015, National Oceanic and Atmospheric Administration-National Geophysical Data Center Paleoclimatology Program, Boulder, CO, 1998).

72. K. M. Cuffey and G. D. Clow, J. Geophys. Res. 102, 26383 (1997) [iSI].

73. K. A. Hughen, J. T. Overpeck, L. C. Peterson, S. Trumbore, Nature 380, 51 (1996) [CrossRef] [iSI].

74. We thank NRC staff (A. Isern, J. Dandelski, C. Elfring, M. Gopnik, M. Kelly, J. Bachim, A. Carlisle), the U.S. Global Change Research Program and the Yale National Bureau of Economic Research on International Environmental Economics for study funding, sponsors of our research (including NSF OPP 0087160 to R.B.A.), the community of researchers studying abrupt climate change who made this possible, and especially D. Bradford, W. Curry, and K. Keller for helpful comments.

10.1126/science.1081056

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[charles.muller]

il ne faut pas croire mais montrer. quelq'un pourrait il me donner les références des articles de "référence" justement sur la mise en evidence de ces refroidissements brutaux. etand donné la difficulté de dater des evenement aussi violents et court, il faut peut etre se focaliser sur les methodes de datation utilisées . pour moi il y a 2 possibilitées. soi on travaille sur des carrotes de glace et il est alors théoriquement possible d'avoir une resolution quasi annuelle car on peut differencier les niveaux été/hiver. hélas il y a des problemes de diffusion (les estimations de T° sont faites a partir de mesures des isotopes de l' Hydrogene ou de l'oxygene) qui vont avoir tendance à diminuer le signal en amplitude et à allonger son occurence.

si l'on travaille sur des carrotesde sédiment alors on peut dater au carbone 14(la précision est de l'ordre de la 100aine d'années pour cette période 8000BP) ou bien en comptant les couches dans le cas des sédiments varvées(comme poour la glace).probleme, en cas de variation rapide du taux de sedimentation, la précision va fortement diminuer car la datation est faite par interpolation entre differents points. on peut donc manquer ces variations rapides du taux de sedimentation et donc fausser la datation. s'ajoute à ca encore des phénomenes de diffusion et la Bioturbation. la Bioturbation c est le mélange des sédiments par les organismes benthiques(posees sur le fond) qui entraine un lissage du signal ainsi qu'un déphasage (le signal tend a remonter dans le carrote).

bref la datation semble primordiale pour pouvoir évaluer ces variations rapide du signal et à mon sens, je ne croit pas que l'on soit capable d'atteindre la précision necessaire pour evaluer précisement la durée et l'intensité de ces événement.

C'est un point qu'il serait intéressant de creuser, car j'avoue que les estimations de T à 10 ans près dans un passé assez lointain m'ont toujours étonné.

Par exemple, le ratio O18 / O16 est souvent utilisé en paléo. pour estimer les T. Mais quel est son degré réel de précision (en datation) dans les carottages glaciaires ou dans les analyses sédimentaires (ratio de O dans les coquillages fossiles par exemple) ? Comment isole-t-on le signal spécifique des T par rapport à d'autres (régime des vents, précipitations, etc.) quand on fait un carottage glaciaire ? Comment déduit-on l'amplitude géographique (local, régional, hémispéhrique) du ∆T identifié - ie comment vérifie-t-on que le signal de différents points est exactement synchrone, et non décalé de 10, 50 ou 100 ans ?

[Atmosphère]

Bonjour!

Je suis curieux, j'aimerais savoir comment arrive t-on au moyen de carottes de glaçes, décrypter le plus fidèlement possible, le climat des années passés??

Qu'est-ce que l'oxygène 16 et 18 (je sais que c'est des isotopes mais en quoi il permet de décrire l'ancienne atmosphère qu'il y'avait à l'époque).

Qu'est ce que l'eau lourde??? Je possède en fait la revue la météorologie qui traite dans un de ses numéros, le carotage de la glaçe pour décrire le passé du climat, et tout ceci ne m'est pas très familier.

Voilà, j'espère que mes questions ne sont pas hors sujet avec ce post..

Encore merçi pour la qualité de ces posts, même si j'ai pas tout compris lol...

[lc30]

C'est un point qu'il serait intéressant de creuser, car j'avoue que les estimations de T à 10 ans près dans un passé assez lointain m'ont toujours étonné.

Par exemple, le ratio O18 / O16 est souvent utilisé en paléo. pour estimer les T. Mais quel est son degré réel de précision (en datation) dans les carottages glaciaires ou dans les analyses sédimentaires (ratio de O dans les coquillages fossiles par exemple) ? Comment isole-t-on le signal spécifique des T par rapport à d'autres (régime des vents, précipitations, etc.) quand on fait un carottage glaciaire ? Comment déduit-on l'amplitude géographique (local, régional, hémispéhrique) du ∆T identifié - ie comment vérifie-t-on que le signal de différents points est exactement synchrone, et non décalé de 10, 50 ou 100 ans ?

1) il n' ya pas qu'un sondage mais plusieurs, faits par différentes équipes, notamment en Antarctique.

2) l'indicateur véritable est le rapport 016/018, ou son inverse ou tout critère prenant en compte ce rapport. c'est le seul qui soit scientifique, la mesure de CO2 n'est qu'un proxy avec ce que cela suppose de dérive par rapport au critère précédent.

--

lc30

[Atmosphère]

J'ai posé une question, personne pour me répondre??

[lc30]

Qu'est ce que l'eau lourde??? Je possède en fait la revue la météorologie qui traite dans un de ses numéros, le carotage de la glaçe pour décrire le passé du climat, et tout ceci ne m'est pas très familier.

l'hydrogène à deux isotopes le deutérium (symbole D) et le Tritium (symbole T, radioacti de demie-vie de 11,7 ans).l'eau lourde" classique est obtenue en remplaçant dans Hé 0 les atomes d'hydrogène par ceux de deutérium on a donc D20. on peut avoir une eau uin peu moins lourde HDO.

l'Oxygène 016 a un isotope stable 018 on peut imaginer une eau lourde plus lourde que lourde ( salut Coluche /emoticons/sad@2x.png 2x" width="20" height="20">/emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20"> ) avec D2 018 ou une eau lourde un peu moins lourde HD 018 ou une eau légère alourdie H2 O18. En fait toutes ces eaux qui existent dans la nature n'ont pas les mêmes propriétés physiques notamment vis-à-vis de la condensation ou de la congélation, et selon les températures enregistrées les proportions de H2 018 et H2 016 ne sont pas les mêmes.

j'espère ne pas avoir été trop lourd

--

lc30

[olivier13]

J'ai posé une question, personne pour me répondre??

il existe un phénomene de fractionnement isotopique lors des changements de phase( passage du liquide au solide etc). lorsque il y a changements de phase, la forme condensé(vapeur

quote

Mais bon, il existe quand même pas mal d'indices qui coïncident pour nous permettre d'affirmer que des changements brutaux ont déjà eu lieu.

je ne le conteste absolument pas mais la question est que veut dire brutal? 1 an, 10ans, 100, 1000

c'est la que le probleme que j'évoquait prend toute son importance.