Circulation océanique et climat (2ème partie) // Ocean circulation and climate (Part 2)

Il est difficile de déterminer ce que les schémas évoqués dans la première partie de cet article  pourraient signifier pour l’avenir de la Terre. Des preuves récentes suggèrent que l’AMOC a commencé à s’affaiblir à nouveau il y a 150 ans. Cependant, les conditions actuelles sont assez différentes de celles d’il y a 13000 ans. La température globale était beaucoup plus basse à l’époque, la banquise d’hiver s’étendait au sud de New York et la structure de l’océan était bien différente. En outre, l’affaiblissement passé de l’AMOC fut bien plus important que la tendance actuelle.

Selon un rapport du GIEC, il y a de fortes chances pour que l’AMOC ralentisse au cours du 21ème siècle, mais le phénomène serait très progressif. Un arrêt complet, qui entraînerait une chute rapide de la température de l’Atlantique du Nord, n’aurait que de très faibles chances de se produire au cours du siècle en cours.

Les observations récentes du climat montrent que quelque chose se passe déjà dans l’Atlantique Nord. La région subpolaire au sud de la Groenland, y compris la Mer du Labrador, est quasiment la seule du monde à ne pas s’être réchauffée depuis le début du 20ème siècle. Ce serait l’une des manifestations de l’affaiblissement de l’AMOC, selon une étude parue fin mars 2015, signée par des chercheurs du Potsdam Institute for Climate Research. Les scientifiques estimaient alors que le réchauffement climatique global dû aux émissions humaines de gaz à effet de serre avait déjà commencé à ralentir sérieusement la circulation thermohaline.

D’après un article publié en avril 2018 dans la revue Nature,  le système de circulation de l’Atlantique Nord est dans un état de fragilité sans précédent depuis 1 600 ans. Des questions subsistent quant à la date exacte du début du déclin. Les chercheurs ont découvert que la force de l’AMOC fut relativement stable de 400 à 1850 environ, puis s’est affaiblie au début de l’ère industrielle. Cette transition coïncide avec la fin du petit âge glaciaire qui a touché de nombreuses régions du globe. Les auteurs de l’article estiment que la force de l’AMOC a diminué d’environ 15% pendant la période industrielle, par rapport à son flux des 1 500 dernières années.

L’énigme de l’impact de la circulation océanique sur les températures globales n’est probablement pas résolue. Il n’est en effet pas si certain qu’un ralentissement de l’AMOC favorise dans les prochaines décennies une baisse des températures en Europe, dans un contexte de réchauffement climatique lié aux émissions anthropiques de gaz à effet de serre. En 2018, une autre étude publiée dans Nature a montré que l’AMOC, dans une phase «faible» entre 1975 et 1998, n’avait pas empêché les températures de surface d’augmenter rapidement au cours de la période.

Le réchauffement provoqué par l’homme a-t-il modifié le rôle principal de l’AMOC ? Au lieu de déplacer la chaleur vers le nord, a-t-il désormais pour effet principal de stocker la chaleur dans les profondeurs de l’Atlantique ?

Des analyses du bilan en eau douce basées sur des observations effectuées en 2017 suggèrent que l’AMOC se trouve dans un régime instable susceptible de subir de grands changements.  Cette dernière étude estimait que l’AMOC serait susceptible de s’effondrer 300 ans après un doublement de la concentration de CO2 dans l’atmosphère par rapport au niveau de 1990. L’effondrement de l’AMOC entraînerait d’importantes réactions climatiques : un refroidissement important sur le nord de l’Atlantique Nord et les zones voisines, la glace de mer augmenterait sur les mers Groenland-Islande-Norvège et au sud du Groenland.

Source : global-climat.

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It is difficult to determine what the patterns mentioned in the first part of this post could mean for the future of the Earth. Recent evidence suggests that AMOC began to weaken again 150 years ago. However, the current conditions are quite different from those of 13,000 years ago. The global temperature was much lower at the time, the winter ice sheet extended south of New York and the ocean structure was quite different. In addition, the past weakening of AMOC was much larger than the current trend. According to an IPCC report, there is a good chance that AMOC will slow down in the 21st century, but the phenomenon would be very gradual. A complete halt, which would bring about a rapid fall in the temperature of the North Atlantic, is unlikely to occur during the current century.
Recent observations of the climate show that something is already happening in the North Atlantic. The subpolar region of southern Greenland, including the Labrador Sea, is virtually the only one in the world that has not warmed since the beginning of the 20th century. This might be one of the signs of the weakening of AMOC, according to a study published late March 2015, by researchers at the Potsdam Institute for Climate Research. Scientists then estimated that global warming due to human emissions of greenhouse gases had already begun to seriously slow down the thermohaline circulation.
According to an article published in April 2018 in the journal Nature, the circulation system of the North Atlantic is in a state of fragility unprecedented for 1,600 years. Questions remain as to the exact date of the onset of decline. The researchers found that the strength of AMOC was relatively stable from about 400 to 1850, then weakened in the early days of the industrial age. This transition coincides with the end of the Little Ice Age that affected many parts of the globe. The authors of the article estimate that the strength of AMOC has decreased by about 15% during the industrial period, compared to its flow of the last 1500 years.
The enigma of the impact of ocean circulation on global temperatures is probably not resolved. Indeed, it is not so certain that a slowdown in AMOC will, in the coming decades, favour a drop in temperatures in Europe, in the context of global warming linked to anthropogenic greenhouse gas emissions. In 2018, another study published in Nature showed that AMOC, in a « weak » phase between 1975 and 1998, had not prevented surface temperatures from rising rapidly during the period.
Has man-made warming changed the main role of AMOC? Instead of moving the heat northward, does it now have the main effect of storing heat in the depths of the Atlantic?
Freshwater balance analyses based on observations made in 2017 suggest that AMOC is in an unstable regime that is likely to undergo major changes. The latest study estimated that AMOC is likely to collapse 300 years after a doubling of the CO2 concentration in the atmosphere compared to the 1990 level. The collapse of AMOC would lead to major climate reactions: cooling in the North Atlantic and surrounding areas, sea ice would increase in the Greenland-Iceland-Norway seas and in southern Greenland.
Source: global-climat.

Schéma montrant la circulation thermohaline [Source : GIEC]

Circulation océanique et climat (1ère partie) // Ocean circulation and climate (Part 1)

Aujourd’hui avec le réchauffement climatique, la crainte n’est plus que le ciel nous tombe sur la tête, mais que la circulation des courants océaniques se modifie, avec de sévères conséquences sur le climat de notre planète. Au cours de mes conférences, j’entends souvent des questions sur cette éventualité.

Ce ne serait pas la première fois que la circulation océanique subirait des modifications. Une nouvelle étude nous donne des précisions intéressantes quand au timing de l’évolution passée de la « circulation océanique méridienne de retournement atlantique », autrement connue sous le nom d’AMOC (Atlantic meridional overturning circulation). Dans l’Océan Atlantique, ce tapis roulant géant transporte les eaux chaudes des tropiques vers l’Atlantique Nord, où elles refroidissent et coulent puis retournent vers le sud dans les profondeurs de l’océan. L’AMOC est ainsi un acteur important du climat mondial, régulant les régimes climatiques dans l’Arctique, en Europe et dans le monde.

A plusieurs reprises, depuis la fin de la dernière glaciation, il y a 20 000 ans, l’AMOC s’est déjà effondré de façon brutale, ramenant le climat à des conditions glaciaires en Europe.

Des indices d’un ralentissement du système sont de plus en plus nombreux et certains scientifiques craignent qu’il puisse avoir des effets majeurs, tels que la baisse des températures en Europe et le réchauffement des eaux au large de la côte est des Etats-Unis, pouvant potentiellement nuire à la pêche et exacerber les ouragans.

Selon les prévisions, le réchauffement de la planète devrait affaiblir l’AMOC mais l’ampleur du changement reste incertaine. La plupart des modèles climatiques prévoient un ralentissement modéré mais pas un arrêt complet de l’AMOC.

Une nouvelle étude publiée dans Nature Communications donne des indications sur la rapidité avec laquelle ces changements ont pu intervenir dans le passé. Une équipe scientifique de l’Observatoire de la Terre Lamont-Doherty de Columbia s’est concentrée sur une zone où l’eau coule de la surface vers le fond de l’Atlantique Nord. D’après les chercheurs, l’AMOC a commencé à s’affaiblir environ 400 ans avant la vague de froid majeure survenue il y a 13 000 ans. Puis l’AMOC a commencé à se renforcer environ 400 ans avant le réchauffement brutal qui s’est produit il y a 11 000 ans. Pour déterminer si les changements passés du transport océanique se produisaient avant ou après les changements brusques de climat qui ont ponctué la dernière déglaciation dans l’hémisphère nord, l’équipe scientifique a rassemblé les données tirées de sédiments au fond de la mer de Norvège, de sédiments lacustres du sud de la Scandinavie et de carottes de glace du Groenland. Les anciennes couches du lac contiennent des plantes en décomposition qui extraient le carbone 14 directement de l’atmosphère, ce qui permet de déterminer l’âge de chaque couche de sédiment du lac. Les auteurs de l’étude ont ensuite fait correspondre les couches de sédiments lacustres aux couches de sédiments marins. Cela a permis de révéler la rapidité avec laquelle l’eau coulait dans cette zone, et donc le processus appelé « formation d’eau profonde » qui est essentiel pour maintenir la circulation de l’AMOC. Pour parachever l’étude, il a fallu analyser les carottes de glace du Groenland et étudier les changements de température et de climat au cours de la même période. C’est ainsi que les chercheurs ont pu mettre en parallèle les changements de la circulation océanique et les changements climatiques.

La comparaison des données des échantillons a révélé que l’AMOC s’est affaibli dans la période qui a précédé la dernière vague de froid majeure de la planète il y a environ 13 000 ans. La circulation océanique a commencé à ralentir environ 400 ans avant la vague de froid, mais une fois que le climat a commencé à changer, les températures au Groenland ont rapidement chuté de 6 degrés environ.

Un schéma similaire est apparu vers la fin de cette vague de froid. Le courant a commencé à se renforcer environ 400 ans avant que l’atmosphère ne commence à se réchauffer de façon spectaculaire, sortant de l’ère glaciaire. Une fois que la déglaciation a commencé, le Groenland s’est réchauffé rapidement : sa température moyenne a augmenté d’environ 8 degrés en l’espace de quelques décennies, ce qui a provoqué la fonte des glaciers et la fonte des glaces de mer dans l’Atlantique Nord.

Source : global-climat.

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Today with global warming, the fear is no longer that the sky may fall on our heads, but that the circulation of ocean currents might change, with severe consequences on the climate of our planet. During my conferences, I often hear questions about this possibility.
This would not be the first time that ocean circulation would undergo modifications. A new study gives us interesting insights as to the timing of the past evolution of AMOC (Atlantic meridional overturning circulation). In the Atlantic Ocean, this giant conveyor transports the warm waters of the tropics to the North Atlantic, where they cool and sink and then return south into the depths of the ocean. AMOC is thus an important player in the global climate, regulating weather patterns in the Arctic, Europe and the world.
On several occasions, since the end of the last glaciation 20,000 years ago, AMOC has already collapsed abruptly, bringing the climate back to glacial conditions in Europe.
There is growing evidence of a slowing down of the system and some scientists fear that it may have major effects, such as lower temperatures in Europe and warmer waters off the east coast of the United States, potentially harmful to fishing and exacerbating hurricanes.
Global warming is predicted to weaken AMOC, but the extent of change remains uncertain. Most climate models predict a moderate slowdown but not a complete shutdown of AMOC.
A new study published in Nature Communications provides insight into how quickly these changes may have occurred in the past. A scientific team from the Lamont-Doherty Earth Observatory in Columbia has focused on an area where water is flowing from the surface to the bottom of the North Atlantic. According to the researchers, AMOC began to weaken about 400 years before the major cold wave of 13,000 years ago. Then AMOC began to strengthen about 400 years before the brutal warming that occurred 11,000 years ago. To determine whether past changes in ocean transport occurred before or after the sudden changes in climate that punctuated the last deglaciation in the northern hemisphere, the scientific team collected sediment data from the bottom of the Norwegian Sea, lake sediments from southern Scandinavia and ice cores from Greenland. The former layers of the lake contain decaying plants that extract Carbon 14 directly from the atmosphere, allowing the age of each lake sediment layer to be determined. The authors of the study then matched lake sediment layers to marine sediment layers. This revealed the speed with which water was flowing into this area, and thus the process called « deep water formation » which is essential to maintain the circulation of AMOC. To complete the study, it was necessary to analyze the ice cores of Greenland and study the changes in temperature and climate during the same period. As a result, researchers have been able to compare changes in ocean circulation with climate change.
The comparison of the sample data revealed that AMOC weakened in the period before the last major cold wave of the planet about 13,000 years ago. Ocean circulation began to slow down about 400 years before the cold wave, but once the climate began to change, temperatures in Greenland quickly dropped by about 6 degrees.
A similar pattern appeared towards the end of this cold snap. The current began to strengthen about 400 years before the atmosphere began to warm up dramatically, coming out of the ice age. Once the deglaciation began, Greenland warmed rapidly: its average temperature increased by about 8 degrees within a few decades, which caused the melting of glaciers and the melting of sea ice in the North Atlantic.
Source: global-climat.

Schéma montrant la circulation thermohaline [Source : GIEC]

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))]