La paléoclimatologie par les coquillages

23 Mars 2010 : Une nouvelle machine à remonter le temps : La paléoclimatologie par les coquillages.

Tout le monde connaît la dendrochronologie, ses qualités et ses défauts. L'application à la climatologie de cette méthode qui consiste à mesurer l'épaisseur des anneaux de croissance des arbres a fait l'objet de nombreuses controverses, fréquemment évoquées dans ce site. Le principal défaut de cette technique est que la croissance des arbres n'est pas seulement déterminée par la température ambiante mais aussi par l'humidité, le taux de CO2, les attaques parasitaires, le partage des ressources avec les végétaux environnants etc… Sans oublier le fait, découvert récemment, que, dans un certaine mesure, les arbres optimisent leur propre température qui peut-être différente de celle du milieu environnant, de manière à ne pas trop souffrir des écarts de température.

Le texte de Nature News (Publié online 8 March 2010 | Nature | doi:10.1038/news.2010.110) rapporte sur un papier dans les Proceedings of the National Academy of Science (US) PNAS (Patterson, W. P., Dietrich, K. A., Holmden, C. & Andrews, J. T. Proc. Natl Acad. Sci. USA doi: 10.1073/pnas.0902522107 (2010)). L'auteur principal de cet article est William Patterson (ci-contre (alors qu'il était jeune !)), à ne pas confondre avec Tim Patterson qui, lui, étudie les fossiles de poissons aux environs du Canada et qui enseignait la théorie de l'effet de serre à ses étudiants jusqu'à ce qu'il devienne un solariste convaincu après avoir observé les séquences des cycles solaires dans ses échantillons).
William (Bill) Patterson, dont il est question ici, est un chimiste des isotopes (ou un géochimiste des isotopes comme Jean Jouzel et Claude Allègre, entre autres). Il est professeur et directeur du laboratoire des isotopes de l'Université de Saskatchewan dans le Saskatoon au Canada.
La présentation de Nature News est parfaitement claire. En voici une traduction presque complète, accompagnée de quelques explications (en italique)

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Les coquillages pourraient supplanter les données climatiques obtenues à partir des anneaux des arbres.

Les enregistrements des températures tirés des coquilles de palourde révèlent l'exactitude des sagas norvégiennes.

par Richard A. Lovett

Les isotopes de l'oxygène contenu dans les coquilles de palourdes peuvent nous fournir l'enregistrement le plus détaillé, à ce jour, du changement climatique du globe, selon une équipe de scientifiques qui a étudié une collecte de mollusques Islandais anciens .

La plupart des données paléoclimatiques nous donnent des informations seulement sur des températures moyennées sur une année, déclare William Patterson, un chimiste des isotopes de l'Université of Saskatchewan au Saskatoon, Canada, et auteur principal de cette étude. Mais les mollusques ont une croissance constante et les niveaux des différents isotopes de l'oxygène contenus dans les coquilles varient avec la température de l'eau dans laquelle ils vivent. Plus l'eau est froide, plus grande est la proportion de l'isotope lourd de l'oxygène, O18. (NDT: Ceci se comprend aisément si on se souvient que la température mesure l'agitation thermique. A haute température, l'agitation thermique est importante et les isotopes O16 et O18 qui ne diffèrent que par leur masse spécifique très peu différentes, sont bien mélangés. Par contre, à température plus basse, le mélange ne se fait plus de façon complète et l'élément le plus lourd (O18) se retrouve majoritairement en bas. C'est exactement le même principe qui est utilisé dans l'analyse des carottages glaciaires).

L'étude s'est faite à partir de 26 coquilles trouvées dans les noyaux de sédiments extraits dans une baie Islandaise. (NDT : On effectue un forage dans la boue sédimentaire déposée au cours des millénaires passés au fond de l'eau. La profondeur à laquelle se trouve les coquilles donne l'âge de ces coquilles. Ceci ressemble encore aux carottages glaciaires). Mais parce que les palourdes ont une durée de vie typique de 2 à 9 ans, la rapport des isotopes de chacun de ces coquillages nous procure une fenêtre de 2 à 9 ans sur les conditions environnementales qu'elles ont connu pendant leur vie.

L'équipe de Patterson a utilisé un échantillonneur robotisé qui découpe de fines tranches tirées de chaque couche des bandes de croissance des coquillages. Celles-ci sont alors introduites dans un spectrographe de masse qui mesure la quantité d'isotope dans chaque couche. A partir de ces résultats, les chercheurs ont pu évaluer les conditions dans lesquelles chaque couche a été formée.

"Ce que nous obtenons ainsi, c'est de la"paléo-météorologie" (NDT : météorologie sur de courtes durées par opposition à la climatologie sur de longues durées. Patterson veut ainsi dire qu'il obtient une résolution temporelle exceptionnellement fine). Nous pouvons reconstruire les températures avec une résolution temporelle plus petite que la semaine en utilisant ces techniques. Pour des palourdes plus grosses nous pourrions parvenir jusqu'à une résolution d'une journée."

"C'est un progrès important an paléoclimatologie", ajoute-t-il, "parce qu'il permet aux chercheurs de déterminer, non seulement les variations des températures moyennes mais aussi comment ces variations ont joué, individuellement, chaque été et chaque hiver".

" Nous commettons souvent l'erreur de dire que la température moyenne annuelle était plus élevée ou plus basse à une certaine époque ", dit Patterson "Mais ceci est relativement sans signification en termes de changements saisonniers"

"Par exemple, dans l'ancienne Islande Norvégienne – qui couvre une partie des 2000 années sur lesquelles porte cette étude- les fermiers dépendaient des produits laitiers et de l'agriculture". "Pour les produits laitiers, l'été est, de loin, le plus important", dit-il "Une baisse de température estivale de un degré pendant l'été en Islande résulte en une perte de 15% du rendement de l'agriculture . Si ceci se produit deux années de suite, votre famille est sur la paille."

Du point de vue technique, les mollusques enregistrent la température de l'eau et non celle de l'air. Mais les deux sont étroitement liées – tout particulièrement à proximité de la cote où la plupart des gens vivaient. "Ainsi, quand les températures de l'eau montent, les températures de l'air aussi. Quand les températures de l'eau baissent, les températures de l'air aussi," déclare Patterson.
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Voici, ci-dessous, la figure maîtresse qui figure dans l'article de Patterson et de ses collègues. L'axe des ordonnées est gradué en °C. Noter l'amplitude considérable des variations de températures. L'axe des abscisses est en années. On voit que les palourdes ont permis de remonter jusqu'à l'an 350 avant JC. On distingue très bien la période Romaine chaude, l'Optimum Médiéval (MWP) avec ses périodes de froidure et de famine que l'on rapporte dans les sagas norvégiennes, ainsi que le petit âge glaciaire (LIA) vers 1700. Les mêmes sagas rapportent aussi les colonisations en Islande (vers 870) et au Groenland (vers 990) en traits gris, comme on le voit sur la figure. A noter que ces mesures basées sur les anneaux des palourdes donnent des résultants assez proches (mais avec une bien meilleure résolution temporelle) de ceux obtenus par les carottages glaciaires GISP2 de la NOAA au Groenland que j'avais évoqués en décembre 2009. D'après ces mesures, la période Romaine a été beaucoup plus chaude que l'optimum médiéval qui, lui-même, a été nettement plus chaud que la période actuelle qui se situe à environ à 1,3°C (en moyenne annuelle) au dessus de la température qui régnait en 1700 (voir scafetta). Les ronds, croix, triangles etc en couleurs pleines sont relatifs aux températures d'été. Les symboles vides sont relatifs aux températures hivernales.

Voici la fin du résumé de l'article au PNAS (le début ne mentionnant que des éléments rappelés ci-dessus) :(NDT : AD = après JC. BC = avant JC)

" Des périodes de froid remarquables (360 B.C. à 240 B.C.; A.D. 410; et A.D. 1380 à 1420) et des périodes chaudes (230 B.C. à A.D. 140 et A.D. 640 à 760) sont observées en termes de contraste entre les températures d'été et d'hiver ainsi qu'en termes de variabilité des températures saisonnières.
La littérature datant de la période Viking (c'est à dire de 790 à 1070) pendant l'établissement des colonies Norvégiennes (et plus tard) en Islande et au Groenland, permettent une comparaison entre les enregistrements des températures par le delta O18 et les données historiques, démontrant ainsi l'impact des extrêmes climatiques saisonniers sur l'installation, le développement et, dans certains cas, sur la disparition des sociétés dans l'Atlantique Nord. "

Sur le site de l'OCN, (L'Université de Patterson) on trouve une autre description de cette découverte. Entre autres, on y lit que

" Ainsi, quand la température a baissé de plusieurs degrés en quelque chose comme quelques mois; ceci a affecté toutes les formes de vie. Pour cette raison, Patterson pense que découvrir autant qu'on le peut sur l'histoire du climat est la seule manière de faire des plans sur le futur du climat qui est en train de changer, une fois de plus, rapidement.
Nombreux sont ceux qui pensent que la température change plus vite qu'elle ne l'a jamais fait et ceci est faux. Cela s'est produit à de nombreuses reprises au cours du temps." dit Patterson.

Nul ne sait encore quel sera l'avenir de cette découverte qui semble très prometteuse. Cependant, l'un des commentaires qui figure sur le site de Nature News à la suite du texte que j'ai traduit ci-dessus, pourrait, malheureusement, s'avérer exact, tant est biaisé le débat actuel sur la science climatique. Voici ce commentaire d'un dénommé Brian Hall :

"Il est très improbable qu'il (NDT : Patterson) obtienne des fonds pour les études complémentaires. Il a déjà mis en évidence le mensonge d'une grande partie des hypothèses en vogue et des conclusions des bailleurs de fonds et on ne lui fournira aucune aide pour provoquer de nouveaux dommages à l'orthodoxie.
NDT : Le commentaire s'achève sur un jeu de mots approprié :Sorry, Patterson. Time to clam up! Désolé Patterson, il est temps de la boucler ! ("clam up" signifie la boucler ou la fermer en anglais, et clam = palourde) "

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Des américains facétieux et qui ne manquent pas d'humour ont baptisé cette nouvelle méthode la "paleo-clamatology" (sachant que clam signifie palourde en anglais)..

D'autres, non moins moqueurs, se sont amusé à bricoler la célèbre photographie de Michael Mann, l'inventeur de la crosse de hockey tant contestée, qu'il a obtenu en 1998 grâce à la dendrochronologie…en substituant aux sections d'arbres que présentait M. Mann, des palourdes de bonne taille !

Conclusion :
Wait and see !
Un peu hors sujet : Je me souviens d'une idée amusante évoquée par Georges Charpak (je crois) qui suggérait que l'on pourrait peut-être entendre la voix des ouvriers et des bruits présents dans les ateliers de poterie de nos lointains ancètres (tels les grecs de l'histoire ancienne). L'idée est que les vibrations des outils des potiers qui faisaient monter la glaise sur leurs tours, y ont enregistré les sons environnants, exactement comme l'on gravait nos tous premiers disques. Je ne crois pas que quelqu'un ait tenté l'expérience.
De même, la microscopie ultrasonore permet de retrouver les gravures qui existaient sur les pièces de monnaies, désormais totalement effacées par le temps. Idem pour les parchemins effacés où l'on peut ainsi retrouver les textes disparus. L'idée est que le matériau a été, en quelque sorte, "écroui" à l'endroit écrasé par le stylet ou l'instrument du graveur. Les parties ainsi autrefois déformées ne possèdent pas les mêmes propriétés élastiques que leurs voisines, ce que le microscope à ultrasons détecte très bien. J'ai vu cette expérience : C'est très spectaculaire !

Bref, quand on les laisse travailler et que la politique ne s'en mêle pas, les chercheurs ne manquent pas d'imagination !
Bravo et bonne chance, Bill !