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Il y a 35 millions d’années, la circulation océanique actuelle naissait dans l’Atlantique

Crédits : NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio.

La circulation océanique atlantique telle que nous la connaissons actuellement – Gulf Stream, dérive nord-atlantique, etc. – s’est mise en marche il y a environ 35 millions d’années. Jusqu’à présent, il n’existait pas d’explication claire sur les mécanismes ayant mené à sa formation. Un mystère qui a été éclairé par une étude parue en août dernier dans la revue scientifique Nature Communications.

La circulation océanique mondiale est un élément majeur du système climatique. Elle participe au transport de chaleur des basses vers les hautes latitudes et sa configuration détermine en partie la répartition géographique des climats.

Pour la désigner, les scientifiques utilisent le terme de circulation méridienne de retournementMOC pour l’acronyme anglais. L’appellation circulation thermohaline est de moins en moins utilisée car jugée trop imprécise.

De nos jours, la partie la plus active de la MOC se situe dans le bassin Atlantique. On parle de circulation méridienne de retournement atlantique (AMOC). Elle comprend notamment le célèbre Gulf Stream et la dérive nord-atlantique qui contribuent à adoucir les hivers européens.

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Mise en route de la circulation océanique actuelle

Quand et comment ce tapis roulant océanique si familier s’est-il mis en route ? Une étude parue le 22 août 2019 traite la question sous un angle novateur et y apporte des réponses précises.

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Paléogéographie à la fin de l’Éocène. Les valeurs sont données en mètres au-dessus ou au-dessous du niveau de la mer. Crédits : David K. Hutchinson & al. 2019.

Si l’on en croit les proxys océanographiques, la configuration actuelle du mouvement général des masses d’eau a débuté il y a environ 35 millions d’années. À cette époque, le climat de la Terre est en proie à un changement drastique. En effet, il transite d’une ère chaude à une ère froide. Le taux de CO2 chute et l’Antarctique – jusqu’ici couvert de végétation – commence à s’englacer.

Jusqu’à présent, les facteurs responsables de la mise en route de l’AMOC restaient débattus. Dans la présente étude, les chercheurs ont pour la première fois testé différentes hypothèses avec un modèle de climat. Ce dernier a été forcé avec les conditions aux limites de l’époque – la paléogéographie entre autres – et est capable de simuler correctement la circulation océanique et atmosphérique globales.

Le rôle crucial des échanges d’eau entre l’Atlantique et l’Arctique

Les résultats montrent que le mécanisme essentiel de mise en route de l’AMOC est la fermeture progressive du canal reliant l’Arctique à l’Atlantique il y a environ 35 millions d’années.

Avant la fermeture, les eaux très peu salées – donc peu denses – de l’Arctique envahissaient le nord de l’Atlantique, ce qui prévenait toute plongée. Et donc toute circulation méridienne de retournement. Durant cette période, la partie active de la circulation se trouvait en fait dans le nord du Pacifique et dans l’océan Austral. Aussi, la configuration était très différente de l’actuelle.

Salinité des eaux avant (a) et après (b) la fermeture. Activité de la convection océanique en hiver avant (c) et après (d) la fermeture. L’échelle de couleurs est donnée en mètres de profondeur. Notez la disparition de la plongée du côté pacifique. Crédits : David K. Hutchinson & al. 2019.

Après la fermeture, les eaux de l’Arctique ne circulaient plus vers le sud. En conséquence, le nord de l’Atlantique est devenu notablement plus salé. Ce changement de salinité a permis la plongée des eaux dans les mers entourant le Groenland. Progressivement, l’AMOC a pris naissance et s’est développée.

Combler le fossé entre la modélisation et l’observation

Par un processus de bascule, ce démarrage a induit une baisse de salinité et une disparition de la plongée océanique dans le nord du Pacifique. Un constat qui traduit une rétroaction inter-bassins rendant difficile la présence simultanée de circulation active dans les deux océans. Sous l’effet de la nouvelle répartition des masses d’eau, le nord-atlantique s’est réchauffé et le nord-pacifique s’est refroidi.

Ainsi, la configuration océanique qui se dessine dans le modèle arbore des traits de plus en plus familiers.

Au final, les rétroactions atmosphérique et océanique ont amplifié le forçage initial et la circulation océanique atlantique s’est consolidée. Bien que la connexion arctique/atlantique ait repris une dizaine de millions d’années plus tard au Miocène, l’AMOC s’est maintenue. Cet état de fait caractérise une hystérésis.

« Notre étude contribue à combler le fossé entre la modélisation climatique et les observations géologiques. Nous espérons que cela inspirera d’autres recherches inter-communautaires sur la circulation profonde de l’océan », précise David K. Hutchinson, auteur principal de l’étude.

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