Ce que le pollen ancien nous dit sur le futur changement climatique

Il y a environ 56 millions d’années, le climat de la Terre a subi une transition climatique majeure. Une énorme libération de carbone dans l’océan et l’atmosphère a augmenté les concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone (CO2), ce qui a entraîné une augmentation des températures de 5 à 8 °C et une élévation du niveau de la mer.

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Cet événement, appelé Maximum Thermique Paléocène-Éocène (PETM), s’est déroulé sur quelques dizaines de milliers d’années, mais les causes et les conséquences de cette transition sont encore largement débattues.

Certaines des causes hypothétiques de l’énorme libération de carbone comprennent l’activité volcanique massive dans l’Atlantique Nord, la libération soudaine de méthane du fond de l’océan ou la fonte du pergélisol ou de la tourbe en Antarctique.

Les preuves du PETM proviennent principalement d’anciens sédiments marins, mais si nous voulons apprendre de cette période ce qui pourrait arriver à la suite de notre crise actuelle du changement climatique, nous devons également comprendre ce qui s’est passé sur terre.

À ce jour, peu d’informations sont disponibles sur la façon dont le climat du PETM a changé la vie sur terre. Notre équipe de recherche a donc utilisé du pollen fossile distribué dans le monde entier conservé dans des roches anciennes pour reconstruire comment la végétation terrestre et le climat ont changé au cours de cette période.

Notre nouvelle recherche, dirigée par moi-même et le Dr Scott Wing au Département de paléobiologie du Smithsonian’s National Museum of Natural History et publiée dans la revue Paléoocéanographie et Paléoclimatologie, démontre qu’une augmentation de la concentration de CO2 atmosphérique a joué un rôle majeur dans le changement du climat et de la vie végétale de la Terre.

Nous pourrions voir une augmentation similaire dans les siècles à venir en raison de l’augmentation anthropique (causée par l’homme) du CO2.

Pour comprendre comment la végétation terrestre a changé et s’est déplacée au cours de cette période, nous avons utilisé une approche récemment développée basée sur du pollen fossile conservé dans d’anciens dépôts rocheux. Il utilise l’apparence distincte et spécifique à l’espèce des grains de pollen observés au microscope.

L’apparence distincte du pollen a évolué pour aider les stratégies de pollinisation employées par les plantes. Parce que chaque espèce a un pollen unique, cela signifie que nous pouvons comparer le pollen fossile avec le pollen moderne pour trouver une correspondance, tant que la famille de plantes n’a pas disparu.

En conséquence, le pollen fossile peut être attribué en toute confiance à de nombreuses familles de plantes modernes. Chacune de ces plantes modernes a des exigences climatiques spécifiques, et nous supposons que leurs anciens parents avaient besoin d’un climat similaire.

Pour donner plus de confiance à cette hypothèse, nous avons évité les données de groupes de plantes dont nous savions qu’elles avaient évolué après le PETM, car ces espèces ne se sont peut-être pas installées dans la même préférence climatique qu’elles ont aujourd’hui.

Le pollen conservé dans les roches pendant des dizaines de millions d’années permet de reconstituer à la fois des communautés florales anciennes et des climats passés.

Pour la première fois, nous avons appliqué cette approche dans le monde entier, à des échantillons de fossiles provenant de 38 sites PETM de tous les continents sauf l’Antarctique. Cette nouvelle analyse pollinique montre que les communautés végétales PETM sont distinctes des communautés végétales pré-PETM sur les mêmes sites.

Ces changements de composition florale, dus à des migrations massives de plantes, indiquent que les changements de végétation résultant du changement climatique étaient mondiaux, bien que les types de plantes impliquées variaient selon les régions.

Lorsque nous parlons de migration des plantes, nous entendons le mouvement des plantes, car les graines qui se propagent poussent mieux à un endroit et à un climat que dans un autre, dans ce cas à des latitudes plus élevées et plus froides par rapport à des latitudes plus basses et plus chaudes.

Les plantes peuvent migrer sur plus de 500 mètres chaque année, donc sur des milliers d’années, elles peuvent se déplacer sur de grandes distances.

Par exemple, dans l’hémisphère nord, les marécages de cyprès chauves du Wyoming aux États-Unis ont été soudainement remplacés par des forêts subtropicales saisonnièrement sèches dominées par les palmiers. De même, dans l’hémisphère sud, les forêts de podocarpes tempérées humides ont été remplacées par des forêts de palmiers subtropicaux.

Nous avons attribué à chaque espèce une catégorie basée sur le climat, appelée type climatique de Köppen. Des exemples de ceci incluent la forêt tropicale humide, le désert aride, l’été chaud tempéré et la toundra polaire.

Cela nous indique que le PETM a apporté des climats plus chauds et plus humides vers les pôles dans les deux hémisphères, mais des climats plus chauds et plus secs selon les saisons aux latitudes moyennes.

Pour explorer l’étendue géographique de ces changements, nous avons travaillé avec le Dr Christine Shields du National Center for Atmospheric Research des États-Unis et le Dr Jeffrey Kiehl de l’Université de Californie pour exécuter des simulations de modèles climatiques.

Les données utilisées pour créer ces simulations sont issues du Community Earth System Model (version CESM1.2).

Ces simulations correspondaient étroitement aux données climatiques que nous avons trouvées dans le pollen, y compris l’expansion des climats tempérés au détriment des types de climats froids vers les pôles ainsi que l’expansion des climats tempérés et tropicaux aux latitudes moyennes.

Donc, si nos niveaux actuels de CO2 continuent d’augmenter, de réchauffer et de faire fondre le pergélisol, ce qui pourrait libérer davantage de carbone stocké dans l’atmosphère comme il a pu le faire il y a 56 millions d’années, nous verrons à nouveau ces changements massifs de végétation en réponse à des changements dramatiques dans conditions climatiques locales.

La capacité de la végétation à migrer dépendra de nombreux facteurs, dont la vitesse du changement climatique et la disponibilité de zones de migration appropriées pour ces plantes.

Là où vont les plantes, les animaux qui en dépendent (s’ils le peuvent) iront aussi – peut-être dans certains cas les humains inclus.

Comprendre ce changement massif sur notre planète qui est survenu à la suite d’un réchauffement climatique nous donne un aperçu de notre avenir potentiel. Sommes-nous prêts à quitter physiquement nos maisons, comme l’ont fait ces forêts anciennes, pour nous adapter au changement climatique ou pouvons-nous travailler ensemble maintenant pour éviter les conséquences néfastes d’un monde qui se réchauffe ?