Exposition à la Cité des Sciences de la Villette & livre aux éditions Le Pommier

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Renée Jacques
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2 Exposition à la Cité des Sciences de la Villette & livre aux éditions Le Pommier

3 L océan est un compartiment majeur du système climatique

4 Anomalies des températures de l océan de surface Source: Hadley Centre Met Office, Climate Research Unit (HadCRU3) 1 C Années A.D. Brohan et al JGR

5 Le réchauffement se propage en profondeur par diffusion de la chaleur et advection par les courants marins Levitus et al Science

6 Evolution du niveau marin moyen (marégraphes) 20 cm Taux moyen ~ 1,8 mm/yr Church & White 2006 GRL

7 Circulation des masses d eau en surface et en profondeur Kuhlbrodt et al Rev. Geophys.

8 L océan participe au transport méridien de la chaleur W Total O+A Atmosphère S+L Vers le Nord Chaleur Latente (L) Air Sec (S) Océan Total Atlantique Pacifique Indien Vers le Sud d après Fasullo & Trenberth 2008 J. Clim.

9 Estimation du flux de chaleur méridien pour l Océan Atlantique Température C m 3 /s à 20 C Profondeur (m) m 3 /s à 4 C S Latitude N F chaleur = c.!. dv dt.(t N " T S ) # 1, W Courtesy T. Stocker

10 Signatures en salinité des masses d eaux profondes de l océan Atlantique Profondeur (m) Eau Profonde Nord Atlantique Latitude

11 Variations systématiques de la salinité entre les années 60 et 90 Profondeur (m) Latitude Latitude Curry et al Science

12 Variations récentes (sur 20 ans) des flux d eau, de sel et de chaleur au niveau du Courant des Aiguilles et de sa «fuite» vers l Atlantique Afrique du Sud Rouault et al GRL

13 Diminution systématique du flux d Eau Profonde Nord Atlantique (NADW) au cours des dernières décennies? Bryden et al Nature

14 En fait la variabilité temporelle et spatiale est extrême (projet RAPID de section instrumentée à 26,5 N) 10 6 m 3 /s Cunningham et al Nature

15 L océan stocke environ un tiers du CO 2 anthropique inventaire en mol/m 2 en 1994 Sabine et al Science

16 Les trois «longues» séries de ph du rapport du GIEC de 2007 Atlantique Subtropical Est Hawaii Bermudes Années A.D. IPCC AR4 2007

17 Diminution de l oxygène des eaux intermédiaires au cours des 50 dernières années (ex. du Pacifique équatorial) O 2 à 400m en mmol/kg Stramma et al Science

18 Des carottes de sédiments marins pour remonter dans le temps et reconstituer des séries (paléo-)océanographiques longues (10 0 à 10 7 années) Navire de recherche Marion Dufresne Carottier géant du Marion Dufresne!

19 Exemple d indicateur paléocéanographique: le gradient de fractionnement isotopique du carbone 13 par rapport au 12 C! 13 C ( ) = 1000.[( 13 C/ 12 C) m /( 13 C/ 12 C) st -1]

20 Exemple complémentaire des gradients de 14 C/ 12 C liés à la décroissance radioactive du carbone 14 pendant l advection des masses d eau Atmosphère

21 Traceurs de ventilation profonde: 14 C et 13 C du "CO 2 vs. O âge des eaux profondes Age Apparent ( 14 C) 400 ans 900 a données GEOSECS > 3000m C/ 12 C a -150 ( ) a a O 2 (micromole/kg) 3000 a C/ 12 C ( ) De nombreux autres indicateurs paléocéanographiques: Cd/Ca, Ba/Ca, 18 O/ 16 O, 15 N/ 14 N, 11 B/ 10 B, 231 Pa/ 230 Th, 143 Nd/ 144 Nd, U auth, Mo auth, biomarqueurs

22 NADW Sections N-S de l Atlantique: Périodes moderne et glaciaire (21000 ans B.P.) Kroopnick 1985 DSR Curry & Oppo 2005 Paleoceanography

23 Variations du Courant des Aiguilles, et des échanges Indien-Atlantique Temperatures authigenic uranium Chlorophylle (CZCS) Mada Afrique du Sud Overturning strength Atlantic - Pacific benthic 13 C/ 12 C gradient Bard & Rickaby 2009 Nature

24 Modulation glaciaire de la «fuite» du Courant des Aiguilles Age en milliers d années avant le présent Peeters et al Nature

25 Des perturbations rapides et intenses du flux d eau douce Calotte Laurentide icebergs forams eau douce I.R.D. sédiment détritique

26 Le climat est sensible aux instabilités du flux d eau douce vers l océan (ex. des événements de Heinrich) Température de l air ( C) Température de l Atlantique Nord ( C) Intensité de la circulation océanique profonde âge en années avant le présent (B.P.) 13 C/ 12 C benthic foraminifera Johnsen et al JQS, Bard et al Science, 2002 Phys. Today, Shackleton et al Paleoceanography

27 Des travaux récents suggèrent même une circulation atlantique inversée pendant les instabilités glaciaires âge en milliers d années avant le présent (B.P.) Negre et al Nature

28 Les instabilités glaciaires affectent la circulation des eaux intermédiaires en augmentant leur ventilation: exemple des AAIW de l Océan Indien âge en milliers d années avant le présent (B.P.) Jung et al EPSL

29 Un effet direct sur la teneur en O 2 et le ph des zones de minimum en oxygène (OMZ). Exemple de la Mer d Arabie 2 YD H1 H2 H3 H4 H Organic matter MD Océan Indien! 15 N Sr/Ca (ppm/%) CaCO 3 % Denitrification Aragonite content Carbonate content age kyr Aragonite % Pichevin et al GBC, Böning & Bard 2010 GCA

30 18 O/ 16 O ( ) Des effets drastiques sur la diversité du plancton C Température de l'air au Groenland Johnsen et al JQS -44 Température des eaux de surface en Atlantique Nord H1 H2 H3 H4 H5 Cayre et al Paleoceanography H6 Bard et al Science, Pailler & Bard 2001 Palaeo SST ( C) % G. ruber N. pachy. sen. G. ruber % N. pachyderma senestre Age en années avant le présent 0

31 Le climat glaciaire permet d étudier des variations du niveau marin de grande ampleur et parfois très rapides âge calendaire (milliers d années B.P.) Compilation et modélisation par Lambeck et al Nature à partir des données originales de Bard et al Nature, 1996 Nature, 2010 Science, Edwards et al Science, Hanebuth et al Science, Yokoyama et al Nature

32 Simulations du rebond isostatique postglaciaire par les modèles géophysiques dont les paramètres sont ajustés sur les données géologiques Milne & Shennan 2007 Encycl. Quat. Sci. Paulson et al Geophys. J. Int. Les zones rouges remontent à cause de la disparition de la glace, Les zones bleues sombres descendent rapidement à cause de la disparition du bourrelet périglaciaire et de l augmentation de la colonne d eau.

33 Quelques conclusions préliminaires au sujet de l océan et du climat! Rôle fondamental de l océan dans le stockage et le transport de chaleur et de matière (eau et CO 2 dissous),! Nombreux exemples de variations récentes de l océan (dynamique, niveau marin, température, salinité, oxygène, carbone )! Séries temporelles toujours trop courtes, d où la difficulté à en extraire les éventuelles tendances systématiques à long terme,! Complémentarité des données paléoclimatiques (aka paléocéanographiques), rapport signal/bruit équivalent,! Mécanismes physico-chimique et biologiques similaires, mais sans constituer des analogues «simples» aux variations actuelles,! Nécessité d une modélisation numérique commune aux phénomènes naturels et d origine anthropique.

34 Merci de votre attention

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