Anticiper le changement climatique en étudiant des fossiles de plancton et leur photosynthèse
Pour comprendre comment le climat de la Terre réagira à l’augmentation des quantités de dioxyde de carbone dans l’atmosphère future, il convient de se tourner vers le passé, lorsque le monde a été confronté à des situations similaires. Il est nécessaire d’améliorer la précision des indicateurs concernant les niveaux de dioxyde de carbone et la température de surface des mers, en particulier dans les océans tropicaux. Les scientifiques ont non seulement besoin d’informations concernant les tendances fluctuantes des températures des océans, mais il leur faut également des estimations précises des valeurs absolues remontant à un passé lointain. Les indicateurs actuels présentent certaines limites qui nuisent à leur fiabilité. L’objectif du projet EPISODE, financé par l’UE, consistait à tester un nouvel indicateur des températures passées de la surface des océans, en se concentrant sur l’ère géologique du Cénozoïque, qui a débuté il y a 66 millions d’années et s’étend jusqu’à nos jours. Cette étude a été entreprise avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie. Les coccolithophores constituent l’une des principales formes de phytoplancton présentes dans l’océan. Ils sont responsables de la moitié de la production de carbonates dans les océans actuels, ce qui en fait des modulateurs climatiques essentiels. C’est par le biais de la photosynthèse, un processus nécessitant de la lumière, qu’ils fixent le dioxyde de carbone dans la matière organique. Leur habitat se limite donc à la partie superficielle des océans. «Étudier la géochimie des coccolithes fossiles fournit donc des informations sur la surface des océans dans le passé, ce qui est crucial pour les modèles climatiques», explique Luz María Mejía, postdoctorante à l’ETH Zürich et chercheuse principale du projet EPISODE.
Un exosquelette de calcite
Les coccolithophores produisent des plaques de calcite appelées coccolithes qui leur servent d’exosquelette. Le projet a analysé ces exosquelettes à l’aide d’une technique relativement nouvelle connue sous le nom de thermométrie basée sur les isotopes lourds agglomérés des carbonates. Cette technique permet aux chercheurs d’estimer les températures de surface des océans en mesurant l’excès de liaisons 13C-18O dans les carbonates des coccolithes exosquelettiques par rapport à une distribution aléatoire. Comme ces liaisons sont plus stables à des températures plus froides, la mesure de la quantité de liaisons présentes dans les coccolithes fossiles donne des renseignements sur les températures auxquelles les organismes ont été confrontés. «Le point crucial, c’est que cela est entièrement indépendant de la composition isotopique et de la chimie de l’eau de mer, contrairement à d’autres indicateurs de température fréquemment utilisés», ajoute Luz María Mejía.
Des résultats prometteurs
«Au cours de ce projet, nous avons montré que les isotopes agglomérés des coccolithes présentaient un énorme potentiel pour reconstituer les températures de la couche de mélange océanique», explique Luz María Mejía. L’équipe a relevé des températures similaires pour différentes tailles de coccolithes, confortant ainsi la confiance accordée à la fiabilité de la technique appliquée. Les comparaisons entre les températures dérivées des coccolithes dans la mer d’Islande moderne et les températures relevées par satellite ont confirmé la précision de cette méthode d’estimation. «Le plus important, c’est que les isotopes des coccolithes suggèrent que les températures de l’Atlantique Nord étaient plus chaudes il y a 15 millions d’années qu’aujourd’hui, mais nettement moins chaudes que celles suggérées par d’autres indicateurs. Cela semble indiquer que l’amplification polaire était moins forte pendant les périodes climatiques chaudes, et que la future réponse au CO2 anthropique, en termes de réchauffement des hautes latitudes, pourrait ne pas être aussi extrême que certaines estimations précédentes le laissaient entendre», fait remarquer Luz María Mejía. Luz María Mejía va maintenant poursuivre ses recherches à l’université de Brême. «En appliquant cette méthode d’estimation aux coccolithes rencontrées à la fois aux hautes et basses latitudes pour des époques encore plus anciennes, on devrait obtenir davantage d’informations sur les températures des couches de mélange océanique des périodes passées plus chaudes, et sur la sensibilité avec laquelle le climat de la Terre répond au forçage du CO2 pendant les épisodes climatiques plus chauds», explique-t-elle.
Mots‑clés
ÉPISODE, coccolithe, exosquelette, isotope, changement climatique, indicateur
