Réchauffement climatique et stratification des océans // Climate change and ocean stratification

Vous ne vous en rendez pas compte quand vous faites trempette dans l’Océan Atlantique ou la Mer Méditerranée, mais les océans et les mers de la planète sont devenus plus stratifiés et plus stables au cours des dernières décennies à cause du réchauffement climatique.

Il faut savoir que les océans présentent une stratification verticale selon trois couches principales : 1) eaux de surface, 2) thermocline, et 3) eaux profondes. La thermocline est la couche d’eau qui organise la transition entre les deux autres couches.

L’augmentation de la stratification des océans est importante. D’une part, elle a des conséquences majeures pour la vie dans l’océan en réduisant les échanges de nutriments et d’oxygène. D’autre part, la stratification est une rétroaction positive qui risque en retour d’aggraver le réchauffement climatique.

Une nouvelle étude publiée dans  Nature Climate Change  montre que l’océan mondial est devenu plus stratifié, ce qui implique des différences de densité, avec une eau plus chaude, plus légère et moins salée qui se superpose à une eau plus lourde, plus froide et plus salée. Le mélange entre ces couches se produit lorsque la chaleur s’infiltre lentement plus profondément dans l’océan, phénomène qui se combine à l’action des courants, des vents et des marées. Le problème, c’est que plus la différence de densité entre les couches est grande, plus le mélange est lent et difficile et plus l’océan devient stratifié et stable.

La densité de l’eau de mer ne dépend pas seulement de la température ; elle dépend aussi de la salinité. L’eau douce est plus légère que l’eau salée, et la fonte des glaces entraîne une accumulation d’eau douce et légère à la surface, en particulier aux latitudes plus élevées.

Cette configuration stratifiée stable agit comme une barrière. Elle tend à empêcher le mélange avec des eaux froides plus profondes. Cela a donc un impact sur l’efficacité des échanges verticaux de chaleur, de carbone, d’oxygène et d’autres constituants.

La dernière étude montre que la stratification de l’océan a augmenté de 5,3% depuis 1960 pour les 2000 m supérieurs. De 1960 à 2018, les données IAP (Institute of Atmospheric Physics) montrent un renforcement de la stratification de 5 à 18% dans les 150 premiers mètres.

La stratification, cependant, n’a pas augmenté uniformément dans tous les bassins océaniques. La plus forte augmentation a été observée dans l’océan Austral (9,6%), suivi de l’océan Pacifique (5,9%), de l’océan Atlantique (4,6%) et de l’océan Indien (4,2%).

La modification de la stratification va avoir des conséquences importantes. En effet, avec une stratification accrue, la chaleur du réchauffement climatique ne peut pas pénétrer aussi facilement dans l’océan profond, ce qui contribue à augmenter la température de surface. Le phénomène réduit également la capacité de stockage du carbone dans l’océan, exacerbant le réchauffement climatique dans une boucle de rétroaction. L’eau de surface chaude n’absorbe pas le dioxyde de carbone aussi efficacement que l’eau froide et ne l’enfouit pas en profondeur.

Enfin, la stratification contrarie les échanges verticaux de nutriments et d’oxygène et impacte l’approvisionnement alimentaire de l’ensemble des écosystèmes marins. Les régions avec l’augmentation maximale de la stratification correspondent aux régions où la désoxygénation a été observée. Une eau plus chaude peut absorber moins d’oxygène, et l’oxygène qui est absorbé ne peut pas se mélanger aussi facilement avec les eaux océaniques plus froides du dessous. Plus de 80% du déclin mondial observé en oxygène des océans est associé à une stratification accrue et à un affaiblissement consécutif de la ventilation en eau profonde.

Source : Nature Climate Change, global-climat.

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You don’t realize it when you take a dip in the Atlantic Ocean or the Mediterranean Sea, but the oceans and seas of the planet have become more stratified and more stable in recent decades due to global warming.
It should be noted that the oceans have a vertical stratification according to three main layers: 1) surface water, 2) thermocline, and 3) deep water. The thermocline is the layer of water that organizes the transition between the other two layers.
The increase in ocean stratification is significant. On the one hand, it has major consequences for life in the ocean by reducing the exchange of nutrients and oxygen. On the other hand, stratification is positive feedback that in turn mau make global warming worse.
A new study published in Nature Climate Change shows that the global ocean has become more stratified, implying differences in density, with warmer, lighter and less salty water superimposed on heavier, colder and more salty water. The mixing between these layers occurs as heat slowly seeps deeper into the ocean, a phenomenon that combines with the action of currents, winds and tides. The problem is, the greater the difference in density between the layers, the slower and more difficult the mixing and the more layered and stable the ocean becomes.
The density of seawater is not just a function of temperature; it also depends on the salinity. Fresh water is lighter than salt water, and melting ice results in a buildup of fresh, light water on the surface, especially at higher latitudes.
This stable layered configuration acts as a barrier. It tends to prevent mixing with colder deeper waters. This therefore has an impact on the efficiency of the vertical exchanges of heat, carbon, oxygen and other constituents.
The latest study shows that ocean stratification has increased by 5.3% since 1960 for the top 2000 m. From 1960 to 2018, IAP (Institute of Atmospheric Physics) data shows an increase in stratification of 5 to 18% in the first 150 meters.
Stratification, however, did not increase uniformly in all ocean basins. The largest increase was observed in the Southern Ocean (9.6%), followed by the Pacific Ocean (5.9%), the Atlantic Ocean (4.6%) and the Indian Ocean ( 4.2%).
The modification of the stratification will have important consequences. This is because with increased stratification, the heat from global warming cannot penetrate as easily into the deep ocean, which helps to increase the surface temperature. The phenomenon also reduces carbon storage capacity in the ocean, exacerbating global warming in a feedback loop. Hot surface water does not absorb carbon dioxide as effectively as cold water and does not bury it deeply.
Finally, stratification thwarts the vertical exchange of nutrients and oxygen and impacts the food supply of all marine ecosystems. The regions with the maximum increase in stratification correspond to the regions where deoxygenation was observed. Warmer water can absorb less oxygen, and the oxygen that is absorbed cannot mix as easily with the cooler ocean waters below. More than 80% of the observed global decline in ocean oxygen is associated with increased stratification and the consequent weakening of ventilation in deep water.
Source: Nature Climate Change, global-climat.

Evolution de la stratification entre 0 et 2000 mètres de 1960 à 2018 (Source : Nature Climate Change)

Fonte de l’Arctique : une inquiétante boucle de rétroaction // Melting of the Arctic : a worrisome feedback loop

Au train où vont les choses, 2020 a toutes les chances de prendre l’une des premières places du podium du réchauffement climatique, voire la première et devancer ainsi l’année 2016 qui détient le flambeau jusqu’à présent, en grand partie grâce au phénomène El Niño qui était particulièrement fort cette année-là, alors qu’il est relativement neutre en ce moment. Comme je l’ai souligné à plusieurs reprises, les cinq dernières années ont été les cinq plus chaudes jamais enregistrées.

Ces anomalies de chaleur constatées au cours du premier semestre 2020 ont fait fondre la glace arctique beaucoup plus tôt que d’habitude. Cette fonte de la glace est due au fait que la zone arctique et toute l’Eurasie ont connu un hiver très chaud, avec de nombreux records de température. Ce qui est inhabituel et inquiétant, c’est que ces anomalies thermiques continuent.

Après avoir enregistré son hiver le plus doux depuis 140 ans, Moscou a enregistré une température record pour un 17 juin. De plus, la vague de chaleur qui touche la Sibérie a entraîné en mai une hausse de 7°C par rapport à la moyenne. On vient de voir une conséquence de cette vague de chaleur avec le dégel du pergélisol à Norilsk (nord de la Sibérie) et l’effondrement d’une cuve de diesel qui n’était plus maintenue en place par ses supports, ce qui a généré une pollution catastrophique.

Les climatologues estiment que sur cette hausse de 7°C,  2 ou 3° sont dus au réchauffement climatique anthropique, autrement dit lié aux activités humaines. 4 ou 5° sont attribuables à des variations naturelles du système climatique, la principale étant « l’oscillation nord-atlantique » – North Atlantic Oscillation (NAO). Il s’agit d’un phénomène atmosphérique et océanique, qui concerne principalement l’Atlantique Nord. On parle d’oscillation parce qu’il y a un va-et-vient, dans la direction nord-sud, d’air au-dessus des régions arctiques et islandaises vers la ceinture subtropicale près des Açores et de la péninsule ibérique. Tout le monde connaît le fameux anticyclone des Açores, avec ses fortes pressions atmosphériques. Son opposé est la dépression d’Islande avec ses tempêtes.

Cette « oscillation nord-atlantique » va contrôler en partie s’il fait plus ou moins chaud sur toute l’Europe et une partie du continent eurasiatique. Cette année, l’oscillation a été marquée dès décembre et est restée forte jusqu’en début avril, avec un anticyclone fort et une dépression très creusée, ce qui a injecté un air océanique plutôt doux à l’intérieur du continent européen jusqu’en Sibérie.

Ce phénomène météorologique s’est atténué en avril, mais les températures record subsistent ! Elles sont partiellement dues à la fonte plus précoce de la neige sur toute l’Europe de l’est et la Sibérie. Depuis mai, on assiste à une fonte rapide de la banquise près des côtes de Sibérie, ce qui entraîne une hausse de température de l’océan, mais aussi une fonte plus importante. C’est ce qu’on appelle une “boucle de rétroactions positives”, un cercle vicieux climatique qui permet de comprendre comment  – selon le GIEC – un réchauffement de 1,5°C au lieu de 2°C pourrait sauver la banquise arctique.

Le réchauffement des zones arctiques est deux fois plus rapide que le réchauffement global de la planète à cause de rétroactions positives. L’explication principale réside dans l’effet d’albédo. La neige ou la glace réfléchit le rayonnement solaire présent 24 heures sur 24 en cette saison et joue un rôle d’isolant. Si cette neige et cette glace disparaissent, le rayonnement est absorbé par la terre ou l’océan qui se réchauffe. Si l’océan est plus chaud, la glace fond plus, donc l’océan se réchauffe, donc la glace fond plus, etc. On obtient une espèce de boucle de rétroaction perpétuelle.

Pour se résumer, à cause de cet hiver très doux, les réserves de glace et de neige sont restées plus faibles que d’habitude le long des côtes sibériennes et sur tout le continent eurasiatique. On a donc une fonte des glaces précoce quand le soleil revient au printemps et au début de l’été. Cette fonte est inquiétante pour tout l’Arctique, avec le risque d’un triste record.

Il faut attendre de voir l’évolution des conditions météorologiques cet été pour savoir à quel point l’Océan Arctique sera privé de glace à la fin de la saison estivale en septembre.

Ces boucles de rétroactions montrent parfaitement pourquoi une petite hausse de la température peut avoir beaucoup d’impacts sur des vastes zones de la planète.

Note inspirée d’un article paru sur le site web du Huffington Post.

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As things are going, 2020 will probably take one of the first places on the global warming podium, if not the first place, and thus taking the lead before the year 2016 which holds the torch so far, largely thanks to the El Niño phenomenon which was particularly strong that year, while it is relatively neutral at the moment. As I have repeatedly pointed out, the past five years have been the hottest five years on record.
These thermal anomalies recorded in the first half of 2020 caused the Arctic ice to melt much earlier than usual. This melting of the ice is due to the fact that the Arctic zone and all of Eurasia experienced a very hot winter, with many temperature records. What is unusual and worrisome is that these thermal anomalies continue.
After recording its mildest winter in 140 years, Moscow recorded a record temperature for June 17th. In addition, the heat wave that hit Siberia led to an increase of 7°C in May compared to the average. We have just seen a consequence of this heat wave with the thawing of the permafrost in Norilsk (northern Siberia) and the collapse of a diesel tank which was no longer held in place by its supports, which generated catastrophic pollution.
Climatologists estimate that of this increase of 7°C, 2 or 3° are due to anthropogenic global warming, in other words linked to human activities. 4 or 5° are due to natural variations in the climate system, the main one being the North Atlantic Oscillation (NAO). It is an atmospheric and oceanic phenomenon, which mainly concerns the North Atlantic. It is an oscillation because there is a back and forth movement, in the north-south direction, of air over the Arctic and Icelandic regions towards the subtropical belt near the Azores and the Iberian peninsula. Everyone knows the famous Azores high, with its strong atmospheric pressures. Its opposite is the Icelandic depression with its storms.
This « North Atlantic oscillation » partly controls whether it is more or less hot throughout Europe and part of the Eurasian continent. This year, the oscillation was strong from December and remained so until the beginning of April, with a strong high pressure and a very deep depression, which injected a rather soft oceanic air inside the European continent, as far as Siberia.
This phenomenon eased in April, but record temperatures still remain! They are partially due to the earlier melting of snow all over Eastern Europe and Siberia. Since May, there has been a rapid melting of the ice sheet near the coasts of Siberia, which leads to an increase in ocean temperature, but also a greater melting. This is known as a « positive feedback loop », a vicious climate circle that helps understand how – according to the IPCC – warming by 1.5°C instead of 2°C could save the Arctic sea ice.
Global warming in the Arctic is twice as fast as global warming due to positive feedbacks. The main explanation lies in the albedo effect. Snow or ice reflects the solar radiation present 24 hours a day during this season and acts as an insulator. If this snow or ice disappears, the radiation is absorbed by the earth or the warming ocean. If the ocean is warmer, the ice melts more, so the ocean warms up, so the ice melts more, etc. We get a kind of perpetual feedback loop.
To sum up, because of this very mild winter, the ice and snow reserves remained lower than usual along the Siberian coast and throughout the Eurasian continent. So there is an early melting of the ice when the sun comes back in the spring and early summer. This melting is worrisome for the entire Arctic, with the risk of a sad record.
We’ll have to wait to see how the weather changes this summer to find out how ice-free the Arctic Ocean will be at the end of the summer season in September.
These feedback loops are a perfect illustration of why a minor rise in temperature can have a large impact on large areas of the planet.
Note inspired by an article on the Huffington Post website.

Anomalies thermiques par rapport à la période 1951-1980 (Source : NASA.)