Some Recent Developments in Paleoclimatology
Avant 1970, une grande partie de la recherche paléoclimatologique se concentrait principalement sur les reconstructions climatiques qui décrivaient ce qui s’est passé, avec des études impliquant une variété de différents types de données proxy (Wendland, 1991). Les techniques de datation radiométrique, telles que la datation au radiocarbone et au potassium-argon, ont fourni un moyen quantitatif de dater les changements climatiques passés. La recherche paléoclimatique a été stimulée par la création de nombreux centres de recherche spécialisés dans les données de substitution et les méthodes de datation. Par exemple, la dendroclimatologie, l’étude des anneaux des arbres, s’est accélérée après la création du Laboratory of Tree Ring Research à l’université d’Arizona, aux États-Unis, en 1937. Des laboratoires dendroclimatiques similaires ont été créés par la suite, notamment à l’université Columbia de New York, à l’université de l’Arkansas, à la Climatic Research Unit de l’université d’East Anglia, au Royaume-Uni, et à l’Institut fédéral suisse de recherches sur la forêt, la neige et le paysage, en Suisse. Des centres de recherche axés sur d’autres témoins, comme la palynologie, ont également vu le jour, notamment à l’Université du Minnesota aux États-Unis, à l’Université de Cambridge en Angleterre, à l’Université de Lund en Suède, à l’Université de Berne en Suisse et à l’Institut de géographie de l’Académie des sciences de Russie à Moscou. De même, d’éminents centres de recherche en paléocéanographie du Quaternaire ont vu le jour, notamment à l’Université de Cambridge, à l’Université de Brown et à l’Université de Columbia. Au fil du temps, des améliorations et de nouvelles techniques d’analyse des données ont été mises au point dans des centres de recherche de premier plan tels que le Quaternary Research Center aux États-Unis et le Xian Laboratory of Loess and Quaternary Geology de l’Académie chinoise des sciences. Les universitaires nouvellement formés qui ont obtenu leur diplôme dans ces centres de recherche ont créé leurs propres centres de recherche et constitué des bases de données paléoclimatiques.
A partir du début des années 1970, le développement des ordinateurs à grande vitesse a favorisé un nouveau type de paléoclimatologie qui se spécialise dans l’analyse de grands ensembles de données paléoclimatiques (Wright et Bartlein, 1993). Certains outils d’interprétation des analyses paléoclimatiques sont de nature qualitative, ce qui se poursuit encore aujourd’hui et peut impliquer des analyses allant de l’échelle locale à l’échelle hémisphérique (figure 1). Les études quantitatives antérieures appliquaient des fonctions de transfert de base pour convertir les variables proxy en variables climatiques, ce qui impliquait également l’étalonnage des données climatiques modernes avec les données environnementales modernes. Les relations modernes ont été appliquées aux données environnementales fossiles pour reconstruire quantitativement le climat passé (Webb et Bryson, 1972). Au fur et à mesure que les ensembles de données ont augmenté, la sophistication des outils d’interprétation quantitative pour l’analyse des ensembles de données paléoclimatiques à grande échelle s’est accrue (Mann et al., 1998 ; Prentice et al., 1991). Par exemple, l’Atlas des sécheresses en Amérique du Nord, récemment compilé, qui fournit des cartes géographiques de la gravité des sécheresses par année, est basé sur un réseau géographique de 835 sites de cercles d’arbres (figure 3 ; Cook et Krusic, 2004). De nombreux réseaux de données paléoclimatiques sont maintenant disponibles par le biais du World Data Center-A for Paleoclimatology (WDC-A) à Boulder, CO (Webb et al., 1994), et d’autres sites miroirs à travers le monde à Johannesburg en Afrique du Sud, Lanzhou en Chine, Mendoza en Argentine, Nairobi au Kenya, et Pune en Inde (Eakin et al., 2003). Ces réseaux de données vont de l’échelle régionale à l’échelle mondiale, avec comme exemples la base de données internationale sur les cernes des arbres (Grissino-Mayer et Fritts, 1997) et la base de données mondiale sur les pollens.
La révolution informatique a également créé une perspective paléoclimatique pour traiter les MCG. Ces modèles sont similaires à ceux utilisés dans les prévisions météorologiques quotidiennes, mais les principes sont plutôt appliqués pour simuler les modèles climatiques à grande échelle du passé. Les premières tentatives étaient principalement axées sur l’atmosphère, mais la modélisation paléoclimatique a évolué pour relier les modèles atmosphériques à des rétroactions détaillées en rapport avec les processus de la biosphère, de la lithosphère et de l’hydrosphère (Kohfeld et Harrison, 2000 ; Kutzbach et al., 1998). Une attention considérable a été accordée aux rétroactions océan-atmosphère. Les MCG ont été utilisés pour simuler des paléoclimats allant de quelques centaines à des millions d’années (Kutzbach, 1992), ainsi que certaines périodes et certains phénomènes d’intérêt dans le passé (LeGrande et al., 2006 ; Seager et al., 2005). Contrairement aux données paléoclimatiques par procuration, qui reconstituent de manière indépendante » ce qui s’est passé » (figure 1), les MCG expliquent » pourquoi les choses se sont passées » et constituent donc un outil extrêmement utile pour les paléoclimatologues qui peuvent tester des hypothèses concernant les causes des changements climatiques en comparant les résultats des simulations avec ceux obtenus à partir des données par procuration (Harrison et Prentice, 2003 ; Mahowald et al., 1999). Au cours des deux dernières décennies, de nombreux groupes de modélisation paléoclimatique différents ont vu le jour et restent actifs ; on peut citer les activités de modélisation du National Center for Atmospheric Research à Boulder, CO, du Hadley Centre au Royaume-Uni, du Centre canadien de modélisation et d’analyse du climat, de l’Institut Max-Planck de météorologie de l’Université de Brême, du Laboratoire de Météorologie Dynamique en France, et du Goddard Institute of Space Studies dans le Maryland, USA.
L’augmentation de la résolution des techniques de datation et le nombre croissant de preuves paléoclimatiques, en particulier à partir de carottes de glace et de sédiments marins de l’Atlantique Nord, indiquent que des changements climatiques abrupts à l’échelle décennale-centennale se sont produits dans un passé lointain, dont l’ampleur et le caractère sont très différents de ceux observés dans les enregistrements instrumentaux modernes (Clark et al, 1999 ; Labeyrie et al., 2003 ; Overpeck, 1996). Ces changements sont importants pour la société, car nous savons maintenant que de tels changements climatiques abrupts peuvent se produire au cours d’une seule vie humaine. Les enregistrements paléoclimatiques offrent donc le seul moyen de tester si nos modèles prédictifs peuvent simuler de tels changements futurs. Des tentatives de modélisation ont été faites pour simuler les causes et la nature de ces changements abrupts. Ces modélisations permettent aux scientifiques d’effectuer des comparaisons détaillées entre données et modèles à l’échelle hémisphérique et mondiale (Clark et al., 2002). Cependant, à ce jour, la plupart des études de modélisation sur ces événements se concentrent encore sur la fourniture de tests de sensibilité pour évaluer les mécanismes de forçage potentiels. Nous commençons seulement à documenter et à comprendre les contrôles et les causes de ces changements abrupts, et de telles questions continueront à être importantes pour la communauté de la paléoclimatologie pendant des années à venir.