Dépôts de poussière sur les calottes glaciaires: un mécanisme de terminaison des âges glaciaires ?

Ganoplski et Brovkin (2015) ont analysé les quatre derniers Âges Glaciaires avec leur modèle. Cependant, au lieu d’entrer dans le modèle les données réelles de poussière Antarctique, ils ont utilisé leur propre modèle de poussière, étrangement différent avec des niveaux de poussière généralement inférieurs aux valeurs mesurées. Même si leur article mentionne :

… le modèle de cycle de poussière simule la charge et le rythme de dépôt de poussière. Ce dernier affecte l’albédo de surface de la neige et l’effet de la fertilisation ferrugineuse dans l’Océan Méridional.

A travers le travail de Ganopolski et ses associés de 2010 à 2014, le dépôt de poussière est inclus dans le modèle comme un facteur au milieu d’autres données, mais ne fait pas généralement ressortir l’importance relative du chargement de poussière dans les terminaisons, bien qu’ils soulignent que les terminaisons ne pourraient avoir lieu en l’absence de dépôt de poussière.

A l’évidence, ces modèles impliquent une relation étroite entre le dépôt de poussière sur les calottes de glace et la fin des Âges Glaciaires. Cependant, d’autres études n’ont pas nécessairement parlé de la poussière dans les terminaisons. Par exemple, Claquin et al. (2003) étaient d’un avis opposé :

Bien que l’effet net de la poussière sur les calottes de glace constitue un forçage positif (réchauffement), la plupart de la poussière n’était pas sur la glace mais sur les régions libres de glaces proches de la source de poussière étendue de la région d’Asie Centrale.

En 2012 fut publié un livre intitulé « Conclusions sur le Changement Climatique d’après des Aspects Paléo climatiques et Régionaux » avec des articles de quelques éminents paléo climatologues (Berger et al. 2012). Plusieurs articles de ce livre nient l’importance du rôle du dépôt de poussière dans les terminaisons.

Dans le même volume, un article de Hansen et Sato tentait d’estimer la sensibilité climatique de la Terre en comparant les conditions du dernier maximum glaciaire (DMG) avec l’époque moderne préindustrielle. A l’aide de différences connues et estimées en température, concentration de CO2 et d’autres paramètres, ils ont calculé différents forçages impliqués dans la transition du DMG vers les temps modernes. Ils ne semblent pas avoir inclus le dépôt de poussière sur les calottes de glace en tant que forçage majeur ; cependant, comme le montrent les Figures 1 et 2, il y a une hausse remarquable de la poussière atmosphérique modélisée avant la terminaison du DMG.

Une lecture rapide de Zweck et Huybrechts (2005) et Roche et al. (2012) montre que les mots « poussière » et « terminaison » ne figurent pas dans leurs articles. Clark et al. (2012) ne contient pas le mot « poussière » bien que son titre soit « Evolution du Climat Global durant la dernière Déglaciation ».

Heinemann et al. (2014) ont tenté de modéliser la fin du dernier Âge Glaciaire. Ils disent :

Les données paléo climatiques et les modélisations indiquent que l’atmosphère durant le DMG transportait plus de poussière qu’à l’heure actuelle (Mahowald et al. 1999, et références). La poussière, lorsqu’elle est présente dans l’atmosphère, peut augmenter l’albédo de la planète, ce qui produit un refroidissement. Le dépôt de poussière sur la neige réduit son albédo, ce qui produit un réchauffement. Aucun de ces processus n’est pris en compte dans la présente étude. (souligné par nous).

Donc, la grande importance attribuée au dépôt de poussière pour les terminaisons par Gaonpolski et al. n’était pas universellement partagée par d’autres chercheurs.

Le concept d’Ellis et Palmer (2016)

En 2016, Ellis et Palmer ont publié un article qui pourrait s’avérer important. Dans cet article ils soulignent l’importance du dépôt de poussière en tant que déclencheur initiant la terminaison des Âges Glaciaires.

Comme le dit Ellis (à titre privé) :

Presque tout le monde a convenu que les cycles de Milankovitch contrôlaient les cycles glaciaires. Mais aucun ne fut capable d’expliquer pourquoi certains cycles furent incapables de produire un interglaciaire au contraire des autres, et au cours des recherches ultérieures il apparut qu’il n’y avait pas de réponse acceptable à cette question troublante mais centrale. Une théorie n’est pas une théorie, si elle est affligée d’une importante et lancinante lacune. Ceci m’a conduit vers une étude détaillée du cycle glaciaire, et la révélation que la poussière était à son maximum juste avant chaque interglaciaire.

 

Ce fut seulement lorsque Michael Palmer chercha à parfaire mon ébauche rude et rugueuse d’article, que les recherches antérieures de Mahowald et Ganopolski et beaucoup d’autres furent découvertes. Et il était surprenant que tous ces articles tournaient autour de ce que je voyais comme l’agent central de la modulation de l’âge glaciaire, sans l’identifier et l’expliquer comme tel. Ganopolski par exemple identifiait un lien entre le volume de glace et la poussière, et présumait que le volume de glace produisait la poussière – en d’autres termes que ce devait être de la poussière glaciogénique causée par l’érosion de la roche par la glace. Mais les articles précédents avaient déjà identifié la source de poussière dans les déserts de Gobi et de Takla-Makan, excluant la possibilité que la poussière ait été glaciogénique.

Ellis et Palmer (2016) ont fait une observation clé :

Lorsque le CO2 atteint un minimum et l’albédo un maximum, le monde se réchauffe rapidement vers un interglaciaire. On peut voir un effet similaire au sommet d’un interglaciaire, lorsque qu’un CO2 élevé et un faible albédo se traduit par un refroidissement. Cette réponse contre-intuitive du système climatique reste également inexpliquée, ainsi il doit exister un agent non pris en compte jusqu’à maintenant qui est assez fort pour contre et inverser les mécanismes de rétroaction classiques.

Ils proposent :

La réponse à ces deux énigmes réside dans la poussière glaciaire, qui était déposée sur les calottes de glace vers la fin de chaque maximum glaciaire… Durant le maximum glaciaire, la déplétion du CO₂ prive la vie végétale d’un nutriment vital et provoque le dépérissement des forêts et savanes de plateaux et une large désertification et érosion des sols. Les tempêtes de poussière résultantes déposent des quantités importantes sur les calottes de glace, réduisant ainsi leur albédo et permettant une bien plus grande absorption de l’ensoleillement.

Ils revendiquent que leur proposition :

…explique chaque aspect du cycle glacial, et tous les nombreux mécanismes sous-jacents qui contrôlent sa périodicité, ses excursions de température et ses limitations.

Ce qui naturellement n’est pas aussi absolu que ça, bien que la proposition possède un avantage potentiel considérable.

Ainsi l’article d’Ellis et Palmer prend la tangente pour ce qui concerne la variabilité de l’ensoleillement aux latitudes élevées, ce qui est un terrain très fréquenté dont nous n’avons pas besoin de discuter ici. Mais un point qu’ils ont soulevé mérite d’être souligné : on ne peut invoquer la hausse de l’ensoleillement aux latitudes élevées comme seule cause de la fin des Âges Glaciaires car de nombreuses hausses de ce genre ne produisent pas de terminaisons. La hausse de l’ensoleillement pourrait être nécessaire aux terminaisons mais n’est pas clairement suffisante.

L’élément principal appuyant l’hypothèse d’Ellis et Palmer est montré dans la Figure 5. L’échelle verticale n’est pas précisée mais elle n’est pas essentielle à l’argumentation à ce stade. La Partie (C) montre le chargement de poussière sur la calotte Antarctique (à l’aide d’un panier de données pour réduire la dispersion). Les lignes en tirets rouges correspondent à chaque pointe de chargement de poussière. On peut voir que ces lignes s’alignent avec les nets minimas de température Antarctique dans la partie (A) de la figure. Ces minimas précèdent des augmentations rapides de la température Antarctique avec un délai temporel entre la charge de poussière et l’élévation de température de plusieurs milliers d’années. Les moments correspondant aux rapides augmentations de température sont représentés par des lignes verticales noires pointillées dans la Partie (B), l’ensoleillement au 21juin à 65° de latitude. Ces lignes pointillées noires coïncident dans tous les cas avec la hausse de l’ensoleillement. Par conséquent, Ellis et Palmer en déduisent que les deux situations sont des précurseurs nécessaires à la terminaison d’un Âge Glaciaire :

1. Il doit y avoir un net maximum de chargement de poussière.
2. Le net maximum de poussière doit coïncider avec une hausse nette de l’ensoleillement.

A noter en particulier que la hausse de l’ensoleillement elle-même ne conduit pas nécessairement à une terminaison. Nombre de tels lobes de hausse de l’ensoleillement ne conduisent pas à une terminaison. En outre, quelques lobes très importants de hausse de l’ensoleillement n’ont aucun effet sur la continuité des Âges Glaciaires. Par conséquent, on pourrait en déduire que la pointe de poussière est encore plus importante que l’ensoleillement dans la terminaison des Âges Glaciaires. Bien que ces déductions ne prouvent pas par elles-mêmes une relation de cause à effet, elles sont hautement suggestives.

A ce point de leur papier, Ellis et Palmer développent une discussion parallèle sur le rôle de la rétroaction du CO₂ dans les cycles glaciaires-interglaciaires. Cette discussion n’a pas de rapport avec leur thèse principale et n’est pas prise en considération ici.

Figure 5. (A) Température Antarctique. (B) Ensoleillement du 21 juin à 65°N; (C) Chargement de poussière dans un carottage en Antarctique. (Les trois graphes avec une échelle arbitraire).

Validation de l’hypothèse d’Ellis et Palmer

Après avoir établi un lien entre les niveaux de poussière et les terminaisons des Âges Glaciaires, il reste à tenter de valider quantitativement l’hypothèse selon laquelle le dépôt de poussière est la principale cause de terminaison des Âges Glaciaires, par l’estimation de la quantité de poussière déposée sur les calottes de glace, et en montrant que de tels niveaux de dépôts pourraient exercer des puissances de réchauffement suffisantes pour déclencher les terminaisons des Âges Glaciaires. Malheureusement, les données sont éparses, et on doit se satisfaire de données limitées et de modèles approximatifs pour soutenir l’hypothèse. Cependant, il est important d’examiner les données disponibles limitées pour évaluer dans la mesure du possible ma validité de l’hypothèse.

Dans la présente analyse, on désire conserver séparément deux aspects de l’hypothèse du dépôt de poussière : (1) les niveaux des dépôts, et (2) les changements d’albédo dus au dépôt de poussière à tout niveau. Ellis et Palmer (2016) tendent à discuter des deux aspects ensemble, mais je vais essayer de dissocier leurs discussions en deux sections séparées.

Niveaux de Dépôts de Poussière sur les Calottes de Glace

Ellis et Palmer (2016) signalent que les niveaux de poussière dans les carottages en Antarctique sont en moyenne de 0.8 ppm au maximum d’empoussièrement, bien qu’il ait été démontré que les effets de faibles niveaux de poussière étaient significatifs. Les niveaux de poussière à Ngrip au Groenland atteignaient environ dix fois ce niveau peu avant le DMG, comme montré par Ruth et al. (2007). Le maximum de chargement de poussière fut de 8ppm. Les données de Ruth et al. sont dans la Figure 6.

Ellis et Palmer ont fait l’hypothèse que la concentration de poussière dans la glace au flanc sud des calottes durant le DMG fut d’environ trois fois celle du Groenland à 75°N. C’est une hypothèse raisonnable. D’un autre côté, les précipitations neigeuses étaient probablement beaucoup plus importantes aux latitudes plus basses, masquant ainsi quelque peu le chargement de poussière accru. L’affirmation à propos des dépôts relatifs entre la zone des Grands Lacs et le Groenland central dépend dans une certaine mesure de la façon dont on lit les couleurs bleues dans la planche 5b de Mahowald et al. (1999). Selon cette affirmation, le chargement de poussière sur les calottes de glace pourrait avoir atteint environ 25 ppm.

Figure 6. Chargement de poussière de carottage du Groenland

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