Réchauffement climatique, fonte des calottes glaciaires et effets sur les courants océaniques // Global warming, melting ice caps and effects on ocean currents

Avec la fonte des calottes glaciaires arctique et antarctique, on sait d’ores et déjà que des milliards de tonnes d’eau douce vont se déverser dans l’océan. On sait aussi que ce phénomène va avoir un double effet dévastateur. D’une part, on va assister à une rapide hausse du niveau des océans. D’autre part, cette arrivée d’eau douce et très froide risque fort d’entraîner un dérèglement des grands courants océaniques, donc du climat du globe, avec des effets catastrophiques faciles à imaginer.

Une étude internationale qui vient d’être publiée début février 2019 dans la revue Nature prévient que la fonte des calottes glaciaires du Groenland et de l’Antarctique, en plus d’augmenter le niveau des océans, va aussi multiplier les événements météo extrêmes et déstabiliser le climat de certaines régions dans les prochaines décennies. On peut lire que les milliards de tonnes d’eau issues de la fonte des glaces, en particulier au Groenland, vont affaiblir les courants océaniques qui aujourd’hui transportent l’eau froide vers le sud en plongeant vers le fond de l’Atlantique, tout en repoussant les eaux tropicales vers le nord plus près de la surface. Ce phénomène est connu sous l’appellation anglaise Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) – circulation méridienne de retournement de l’Atlantique, ou circulation thermohaline. C’est une espèce de grand tapis roulant océanique qui joue un rôle crucial dans le système climatique et aide à maintenir une certaine chaleur sur l’hémisphère nord.

Selon les modèles établis par des chercheurs néo-zélandais dans le cadre de l’étude, la fonte des banquises va provoquer des perturbations importantes dans les courants océaniques et changer les niveaux de réchauffement à travers le globe.

Jusqu’à présent, de nombreuses études sur les calottes glaciaires se sont concentrées sur la vitesse de leur fonte sous l’effet du réchauffement, et sur leur point de basculement (« tipping point ») autrement dit le niveau de hausse de température à partir duquel leur disparition sera inévitable, même si la fonte totale pourrait prendre des siècles.

Les changements à grande échelle observés par les scientifiques dans leurs simulations révèlent que le climat sera plus chaotique dans les prochaines années, avec des événements météo extrêmes plus nombreux, des canicules plus fréquentes et plus intenses.

Selon des chercheurs californiens, d’ici le milieu du 21ème siècle, l’eau de fonte de la calotte du Groenland perturbera sensiblement l’AMOC, qui montre déjà des signes de ralentissement. L’échéance serait beaucoup plus courte que prévu. Les conclusions des chercheurs s’appuient sur des simulations détaillées et des observations satellitaires des changements des calottes depuis 2010. Parmi les conséquences probables de l’affaiblissement de l’AMOC, la température de l’air sera plus élevée dans le haut Arctique, l’est du Canada et l’Amérique centrale, et au contraire plus basse sur l’Europe de l’Ouest.

Source : Presse scientifique.

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With the melting of the Arctic and Antarctic ice sheets, we know that billions of tons of fresh water will flow into the ocean. We also know that this phenomenon will have a double devastating effect. On the one hand, we will witness a rapid rise in the level of the oceans. On the other hand, this arrival of fresh and very cold water is likely to cause a disruption of major ocean currents, and therefore of the global climate, with disastrous effects easy to imagine.
An international study just published early February 2019 in the journal Nature warns that the melting of the icecaps of Greenland and Antarctica, in addition to increasing the level of the oceans, will also multiply extreme weather events and destabilize the climate of certain regions in the coming decades. One can read that the billions of tons of water from melting ice, especially in Greenland, will weaken the ocean currents that today carry cold water to the south by diving towards the bottom of the Atlantic, while pushing tropical waters further north closer to the surface. This phenomenon is known as the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC). It is a sort of large oceanic treadmill that plays a crucial role in the climate system and helps maintain some warmth in the northern hemisphere.
According to models developed by New Zealand researchers who took part in the study, melting sea ice will cause major disturbances in ocean currents and change warming levels across the globe.
So far, many studies on ice caps have focused on the speed of their melting under the effect of warming, and on their tipping point, in other words the level of temperature rise from which their disappearance will be inevitable, even if total melting could take centuries.
The large-scale changes observed by scientists in their simulations reveal that the climate will be more chaotic in the coming years, with more extreme weather events, more frequent and more intense heat waves.
According to California researchers, by the middle of the 21st century, meltwater from the Greenland ice cap will significantly disrupt AMOC, which is already showing signs of slowing down. The deadline is thought to be much shorter than expected. The researchers’ conclusions are based on detailed simulations and satellite observations of ice sheet changes since 2010. Among the likely consequences of the weakening of AMOC, the air temperature will be higher in the high Arctic. East of Canada and Central America, and on the contrary lower in Western Europe.
Source: Scientific Press.

Schémas montrant la circulation thermohaline [Source : GIEC]

L’augmentation de l’humidité dans l’Arctique suscite des inquiétudes // Increasing humidity in the Arctic is causing concern

Comme je l’ai écrit à maintes reprises, l’Arctique se réchauffe plus vite que le reste de la planète et devrait donc devenir plus humide au cours des prochaines décennies. Une nouvelle étude publiée le 1er octobre 2018 dans les Geophysical Research Letters utilise les archives géologiques du Groenland pour expliquer les causes de cette humidité.

Depuis les années 1980, le réchauffement de l’Arctique est deux à trois fois plus important que la moyenne mondiale avec comme conséquence une forte réduction de l’étendue de la glace de mer, pouvant atteindre 40% en septembre depuis les années 1980.

L’augmentation de la température signifie que l’air peut retenir plus d’humidité. Les modèles concernant l’Arctique indiquent que le réchauffement conduira à une intensification du cycle hydrologique, avec une augmentation des précipitations de 50 à 60% en 2100, provoqué en grande partie par les fortes émissions de gaz à effet de serre.

Les auteurs de la dernière étude ont examiné ce qui s’est passé au cours du réchauffement climatique survenu il y a quelques 8 000 ans au Groenland, avec une plus forte humidité due à une augmentation des précipitations.

Deux processus climatiques différents peuvent contribuer à une humidité élevée dans l’Arctique. A mesure que la région se réchauffe, la glace de mer fond, exposant l’eau de mer au soleil. Cela augmente massivement l’évaporation et provoque la formation de plus de nuages ​​et de précipitations.

A mesure que la planète se réchauffe, l’humidité augmente davantage dans les régions plus proches de l’équateur. Cela crée un déséquilibre et finalement, de l’air humide des basses latitudes est aspiré par l’Arctique plus sec.

Pour en savoir plus sur l’histoire climatique de l’ouest du Groenland, les scientifiques ont analysé la boue contenue dans des carottes prélevées au fond d’un lac. Ces sédiments contiennent des matières organiques qui révèlent des informations sur le passé climatique de la région. Les chercheurs ont utilisé ces données géologiques pour déterminer que les deux processus précités avaient probablement contribué à une augmentation de l’humidité dans l’ouest du Groenland lorsque la région s’est réchauffée rapidement il y a 8 000 ans.

Les conditions météorologiques influent sur le contenu chimique des cires de feuilles. Celles-ci contiennent de petites quantités de deutérium, une forme rare d’hydrogène, et la concentration de deutérium peut augmenter ou diminuer en fonction de facteurs tels que l’humidité et les régimes de précipitations. Dans les cires de feuilles arctiques, les concentrations de deutérium fluctuent en fonction des précipitations locales ou des nuages ​qui ont parcouru de longues distances à partir des basses latitudes pour arriver dans la région.

Par ailleurs, des lipides complexes produits par des bactéries, ont également été utilisés comme marqueurs du climat passé. Leur composition varie en fonction de la température ambiante au moment où ils ont été produits. En conséquence, les scientifiques peuvent les utiliser pour reconstruire les tendances de la température préhistorique.

Ces indicateurs chimiques ont permis d’étudier les tendances anciennes en matière d’humidité et de précipitations dans l’ouest du Groenland, alors que la région se réchauffait il y a environ 8 000 ans.

Comme le suggèrent les observations actuelles et les projections des modèles, les deux processus identifiés pourraient à nouveau jouer un rôle et contribuer ainsi à d’éventuelles augmentations futures de l’humidité dans l’Arctique.

A l’échelle mondiale, les précipitations devraient augmenter de 1,6 à 1,9% pour chaque degré de réchauffement de la planète, mais ce chiffre est plus que le double dans l’Arctique. Une étude réalisée en 2014 a conclu qu’en 2091, les précipitations totales dans l’Arctique augmenteront de manière spectaculaire. La majeure partie de ces précipitations ne sera plus sous forme de neige, mais sous forme de pluie. L’auteur de l’étude précisait que l’augmentation des précipitations de 50 à 60% dans l’Arctique devrait être causée par le retrait de la glace de mer. C’est ce qu’il avait conclu au vu des simulations de 37 modèles climatiques utilisés pour prévoir les précipitations dans l’Arctique entre 2091 et 2100.

L’impact de l’augmentation des précipitations est difficile à prévoir. On peut toutefois raisonnablement penser que l’excès d’eau douce est susceptible d’altérer la salinité de l’Océan Arctique et nuire aux espèces marines. Une conséquence plus préoccupante serait une modification des courants océaniques. En effet, une salinité réduite et un écoulement de l’eau douce vers l’Atlantique Nord risque d’affecter la formation d’eau profonde. C’est un élément clé de la force de la circulation thermohaline, également connue sous le nom de circulation océanique méridienne de retournement Atlantique (AMOC).

Source : global-climat.

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As I have written many times, the Arctic is warming faster than the rest of the world and is likely to become more humid in the coming decades. A new study published on October 1st, 2018 in Geophysical Research Letters uses Greenland’s geological records to explain the causes of this moisture.
Since the 1980s, Arctic warming has been two to three times higher than the global average, resulting in a sharp reduction in the extent of sea ice, up to 40% in September since the 1980s.
Increasing temperatures mean that the air can retain more moisture. Arctic models indicate that the warming will lead to an intensification of the hydrological cycle, with an increase in rainfall by 50-60% in 2100, caused largely by high greenhouse gas emissions.
The authors of the latest study examined what happened during the global warming of Greenland some 8,000 years ago, with higher humidity due to increased precipitation.
Two different climate processes can contribute to high humidity in the Arctic. As the region gets warmer, sea ice melts, exposing seawater to the sun. This massively increases evaporation and causes more clouds and precipitation.
As the planet keeps warming, humidity increases further in areas closer to the equator. This creates an imbalance and finally, humid air from low latitudes is sucked in by the drier Arctic.
To learn more about the climate history of West Greenland, scientists analyzed the mud contained in samples taken from the bottom of a lake. These sediments contain organic matter that reveals information about the climate of the region. The researchers used these geological data to determine that the two processes mentioned above probably contributed to an increase in humidity in West Greenland when the region warmed up rapidly 8,000 years ago.
Weather conditions affect the chemical content of leaf waxes. These contain small amounts of deuterium, a rare form of hydrogen, and the concentration of deuterium may increase or decrease depending on factors such as humidity and precipitation patterns. In the Arctic leaf waxes, deuterium concentrations fluctuate with local precipitation or clouds that have travelled long distances from low latitudes to this region.
In addition, complex lipids produced by bacteria have also been used as markers of past climate. Their composition varies according to the ambient temperature at the time they were produced. As a result, scientists can use them to reconstruct trends in prehistoric temperature.
These chemical indicators made it possible to study the old trends in humidity and precipitation in West Greenland, as the region warmed around 8,000 years ago.
As suggested by current observations and model projections, the two identified processes could again play a role in contributing to future increases in Arctic moisture.
Globally, precipitation is projected to increase by 1.6 to 1.9 percent for each degree of global warming, but this is more than double in the Arctic. A 2014 study concluded that by 2091, total precipitation in the Arctic will increase dramatically. Most of this precipitation will no longer be in the form of snow, but in the form of rain. The author of the study stated that the 50 to 60% increase in precipitation in the Arctic is expected to be caused by the disappearanceof sea ice. This is what he concluded in the light of simulations of 37 climate models used to predict precipitation in the Arctic between 2091 and 2100.
The impact of increased precipitation is difficult to predict. However, it is reasonable to assume that excess freshwater is likely to alter the salinity of the Arctic Ocean and harm marine species. A more worrying consequence would be a change in ocean currents. In fact, reduced salinity and a flow of fresh water to the North Atlantic may affect the formation of deep water. This is a key element of the strength of the thermohaline circulation, also known as Atlantic Meridional Overturning circulation  (AMOC).
Source: global-climat.

Photos: C. Grandpey

L’affaiblissement de l’AMOC // The weakening of the AMOC

Selon une nouvelle étude publiée récemment dans la revue Nature par le University College London (UCL) et la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), la circulation méridienne de retournement de l’Atlantique (AMOC) est en perte de vitesse depuis les années 1800. Les dernières données océanographiques ont révélé que cette circulation était relativement stable entre les années 400 et 1850, puis a commencé à s’affaiblir vers le début de l’ère industrielle. C’est une tendance qui pourrait accentuer les effets du changement climatique, avec l’élévation du niveau de la mer sur la côte est des États-Unis. Cela pourrait également multiplier les perturbations météorologiques en Amérique du Nord, en Europe et en Afrique du Nord, avec une intensification de la fréquence des phénomènes météorologiques extrêmes, comme les inondations, la sécheresse et les tempêtes hivernales. Les auteurs de l’étude pensent que l’affaiblissement de l’AMOC n’est pas près de s’arrêter en raison des émissions continues de dioxyde de carbone dans l’atmosphère.
Ces mêmes chercheurs conviennent que ce qui se passe est le résultat de la fonte de la glace de mer et des glaciers qui envoient l’eau douce, moins dense que l’eau salée, dans l’Atlantique Nord. Cette eau douce provoque l’affaiblissement de la circulation méridienne de retournement de l’Atlantique car elle empêche les eaux de devenir suffisamment denses pour s’enfoncer dans les profondeurs océaniques. L’AMOC transporte l’eau chaude et salée depuis le Golfe du Mexique jusqu’à l’Atlantique Nord – le Gulf Stream – où il libère sa chaleur dans l’atmosphère avant de s’enfoncer dans les profondeurs de l’océan et de se diriger vers l’Antarctique où il recommence son parcours. L’étude montre que l’AMOC s’est affaiblie  de 15 à 20% au cours des 150 dernières années.
Le début d’affaiblissement de l’AMOC a eu lieu à la fin du Petit âge glaciaire, une période froide de plusieurs siècles qui a duré jusque vers 1850. Cependant, le fait que l’AMOC soit restée faible tout au long du 20ème siècle, avec un déclin notable depuis les années 1950, est très probablement dû à des facteurs humains.
L’étude a révélé que les périodes de réchauffement de la planète, une conséquence de la fonte de la glace de mer, des glaciers et des calottes glaciaires de l’Arctique, perturbent l’AMOC avec un afflux d’eau douce. Si la circulation méridienne de retournement de l’Atlantique devait encore régresser, il y aurait probablement plus de refroidissement dans l’Atlantique Nord, des tempêtes hivernales plus intenses en Europe, un éventuel déplacement vers le sud de la ceinture pluviométrique tropicale et une élévation plus rapide du niveau de la mer.
Selon le projet de recherche ATLAS financé par l’Union européenne, les activités de pêche commerciale pourraient être affectées par l’affaiblissement de l’AMOC avec le déplacement des positions et des profondeurs des courants océaniques, et certaines régions se retrouveraient privées d’eau riche en oxygène. Un affaiblissement de l’AMOC peut également entraîner des hausses ou des baisses de température de plusieurs degrés centigrades, affectant certaines zones de pêche de grande valeur, ainsi que la concentration de plancton, de poissons, d’oiseaux marins et de baleines.
Un affaiblissement continu de l’AMOC fera apparaître plus de dioxyde de carbone dans l’atmosphère où il provoquera un réchauffement, perpétuant ainsi le cercle vicieux.
Les résultats de l’étude montrent que les modèles utilisés pour prévoir les scénarios de réchauffement de la planète n’ont probablement pas suffisamment pris en compte l’affaiblissement de la circulation méridienne de retournement de l’Atlantique.

Source: Woods Hole Oceanographic Institution.

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According to new research recently published in the journal Nature by the University College London (UCL) and the Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), the circulation of water in the Atlantic has been declining since the 1800s. The data revealed that this circulation was relatively stable from about the year 400 to 1850, then started weakening around the start of the industrial era. It is a trend which could exacerbate the effects of climate change, such as rising sea levels on the US East Coast. It could also increase disrupted weather patterns across North America, Europe and North Africa, including the increase in frequency of extreme weather events, like flooding, drought and winter storms. The researchers think that the weakening of the system is not likely to be arrested any time soon due to continued carbon dioxide emissions.

They agree that what is happening is the result of melting sea ice, glaciers, and ice-shelves gushing freshwater, less dense than salty ocean water, into the North Atlantic. This freshwater causes the the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) to weaken because it prevents the waters from getting dense enough to sink. The AMOC brings warm, salty water north from the Gulf of Mexico to the North Atlantic – the Gulf Stream – where it releases its heat atmospherically before sinking to the depths of the ocean, and travelling south to the Antarctic, where it starts its journey again. The study’s findings suggest that the AMOC has weakened over the past 150 years by approximately 15 to 20 percent.

The initial weakening of the AMOC occurred at the end of the Little Ice Age, a centuries-long cold period that lasted until about 1850. However, the fact that AMOC has remained weak and weakened further throughout the 20th century, with a noticeable decline since about 1950, is very likely due to human factors.

The study found that periods of global warming, resulting in meltwater from Arctic sea ice, glaciers and ice sheets, disrupt the system with an influx of fresh water. If the AMOC were to regress further, there would likely be further cooling in the North Atlantic, increased winter storms for Europe, a possible southward shift in the tropical rainfall belt, and faster sea-level rise off the US eastern seaboard.

According to the European Union-funded ATLAS research project, commercial fisheries may be affected by the weakening of the AMOC as the positions and depths of ocean currents shift, and some regions are starved of oxygen-rich waters. A weakening of the AMOC can also result in temperature increases or decreases of several degrees centigrade, affecting some high-value fisheries as well as abundances of plankton, fish, sea birds, and whales.

Further weakening of the system will leave more carbon dioxide in the atmosphere where it causes warming, perpetuating the vicious circle.

The findings imply that models used to project global warming scenarios had likely underestimated the contribution of a weakening AMOC.

Source: Woods Hole Oceanographic Institution.

Schéma montrant la circulation thermohaline [Source :Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC))]

Changement climatique et circulation océanique // Climate change and ocean circulation

Avec le changement climatique et le réchauffement de la planète, une crainte majeure des scientifiques est que la hausse des températures puisse modifier la circulation mondiale des océans, avec des conséquences sur des courants comme le Gulf Stream.
Des scientifiques qui étudient un secteur de l’Atlantique Nord ont découvert de nouvelles preuves que l’eau douce produite par la fonte du Groenland et de la banquise arctique modifie déjà un processus clé qui contribue à la circulation mondiale des océans.
Dans les eaux froides qui se trouvent de part et d’autre du Groenland, la circulation océanique «se renverse» : les eaux de surface se déplacent vers le nord, deviennent plus froides et plus denses et finissent par s’enfoncer vers l’Antarctique à des profondeurs extrêmes. Toutefois, une trop grande quantité d’eau douce à la surface pourrait interférer avec cette convection car, étant moins salée, l’eau perd de sa densité et ne s’enfonce pas aussi facilement.
Dans une nouvelle étude, des scientifiques du Centre GEOMAR Helmholtz pour la Recherche Océanique à Kiel (Allemagne) ont découvert qu’après des étés particulièrement chauds dans la Mer d’Irminger, au sud-est du Groenland, la convection avait tendance à être perturbée en hiver. Dans certains cas, une couche d’eau de fonte reste à la surface de l’océan l’année suivante, au lieu de disparaître dans ses profondeurs dans le cadre de la circulation méridienne de retournement. Les dernières observations montrent que cette eau douce retarde considérablement la convection depuis plusieurs années.
La dernière étude repose sur un travail d’observation ; il ne s’agit pas d’une prévision, et personne ne sait vraiment quelle quantité d’eau douce serait suffisante pour ralentir ou arrêter de façon significative la Circulation Méridienne de Retournement – Atlantic Meridional Overturning (AMOC) – aussi appelée circulation thermohaline. Néanmoins, cela montre que des processus clés qui inquiètent le monde scientifique depuis longtemps sont maintenant en cours.
Pour rassembler toutes les données, les chercheurs ont parcouru en bateau la Mer d’Irminger. Là, ils ont récolté les données fournies par des balises qui effectuent des mesures des eaux dans les régions clés de la convection océanique. Les chercheurs possèdent maintenant des données qui s’étalent sur 13 années de mesures. Ils ont constaté qu’en hiver, l’air froid refroidit suffisamment l’eau de surface qui s’écoule vers le nord pour la rendre plus dense et la faire s’enfoncer. Toutefois, l’eau de fonte interfère avec ce processus et le retarde, faute d’une salinité suffisante. Dans les années où se déversent de grandes quantités d’eau de fonte, l’océan devient également plus chaud. Cela contribue à retarder le début de la convection car la couche superficielle de l’océan éprouve des difficultés à perdre suffisamment de chaleur pour s’enfoncer dans les profondeurs. L’étude a révélé que 40% des eaux de fonte se sont attardées dans la Mer d’Irminger pendant l’hiver 2010-2011.
L’étude n’est pas en mesure de prévoir le moment où ces processus atteindront un seuil critique et provoqueront un changement majeur vers un nouveau régime de circulation océanique. Les simulations du changement climatique montrent généralement que si la hausse globale des températures devait effectivement affaiblir la circulation méridienne de retournement dans l’Atlantique, le processus se ferait progressivement, mais les scientifiques reconnaissent que ces simulations ne sont pas nécessairement exhaustives. C’est pourquoi l’étude actuelle est très importante et représente une pièce maîtresse du puzzle.
Source: The Washington Post.

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With climate change and global warming, a major fear of scientists is that the rising temperatures may alter the global circulation of the oceans, with consequences on currents like the Gulf Stream.

Scientists studying a stretch of the North Atlantic have found new evidence that fresh water, likely melted from Greenland or Arctic sea ice, may already be altering a key process that helps drives the global circulation of the oceans.

In cold waters on either side of Greenland, the ocean circulation « overturns, » as surface waters travelling northward become colder and more dense and eventually sink, travelling back southward toward Antarctica at extreme depths. But too much fresh water at the surface could interfere with the convection because with less salt, the water loses density and does not sink as easily.

In a new research, scientists at the GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research in Kiel, Germany, found that following particularly warm summers in the remote Irminger Sea, convection tended to be more impaired in winter. In some cases, a layer of meltwater stayed atop the ocean into the next year, rather than vanishing into its depths as part of the overturning circulation. The latest observations show that there is actually freshwater and that it is already affecting the convection and it delays this convection quite a lot in some years.

However, this is an observational study, not a prediction for the future, and nobody really knows how much freshwater is enough to significantly slow or shut down the AMOC, an acronym for Atlantic Meridional Overturning Circulation.  Still, it suggests that key processes that have raised long-standing concern are already happening.

To collect the data, the researchers travelled by ship out into the Irminger Sea to the southeast of Greenland. There, they read data from ocean moorings that take measurements of the character of the waters in key regions of ocean convection. The researchers now have a 13-year record to draw upon from this area.

In winter, cold air chills the northward-flowing surface water in this region enough to cause it to become denser and sink. But meltwater interferes with and delays this process because, lacking salinity, it is less dense and so less prone to sink. In the high meltwater years, the ocean is also just warmer overall. That also delays the onset of convection because it is harder for the ocean surface layer to lose enough heat to sink. The study found that in the single year 2010, 40 percent of fresh meltwater managed to linger in the Irminger Sea over winter and into the next year.

There are no predictions in this study about when these processes would actually reach such a threshold or cause a major switch to a new regime. Climate change simulations have generally found that while global warming should indeed weaken the Atlantic overturning circulation, that should play out gradually, but scientists acknowledge that these simulations are not necessarily complete. That’s why the current study, also matters a great deal and represents an important piece in the puzzle.

Source : The Washington Post.

Circulation des courants de surface (courbes entières) et des courants profonds (courbes en pointillés) qui forment une partie de la circulation méridienne de retournement dans l’Atlantique (Source: Woods Hole Oceanographic Institution)