Climate of the next million years : which scenarios for the future?
Le climat du prochain million d'années : quels scénarios pour le futur ?
Résumé
While many studies focus on the impacts of anthropogenic greenhouse gas on climate on the timescale of the next century, very few have investigated the impacts on a longer timescale, from tens of millennia to a million years. However, due to the long lifetime of CO2 in Earth's surface reservoirs, current anthropogenic emissions are expected to impact the climate on a much longer timescale than the coming century.The objective of this thesis is to broaden the scope of existing studies on the climate of the next million years, by revisiting some of their classical hypotheses. Existing studies rarely consider a partial or total melt of the Antarctic ice sheet, and assume that atmospheric CO2 concentrations come back to pre-industrial levels after hundreds of thousands years, due to silicate weathering.In this study, we explore potential evolutions of the Antarctic ice sheet.More precisely, I have investigated the long term equilibrium of the Antarctic ice sheet under different CO2 levels, using the Earth System model of intermediate complexity iLOVECLIM, coupled to the GRISLI Antarctic ice sheet model, by first applying increasing CO2 levels until the Antarctic ice sheet retreats entirely, and then applying decreasing CO2 levels until the ice sheet regrows. Our results show that the ice sheet exhibits a strong hysteresis behavior. Due to the inclusion of the albedo-melt feedback in our setup, the transition between a glaciated Antarctic ice sheet and an ice-free Antarctic and conversely is more brutal than in previous studies not including this feedback. The CO2 threshold for both Antarctic glaciation and deglaciation varies with the orbital configuration.Additionally, I have developed a conceptual model for the geological carbon cycle that includes multiple equilibria in order to reproduce multi million year cycles in the d13C that are coherent with the data. These potential multiple equilibria in the carbon cycle could lead to a widely different atmospheric CO2 concentration evolution on long timescales, compared to existing studies.Finally, we discuss the implications of our results on a potential end of the Quaternary in the future, with a disappearance of Northern Hemisphere glaciations, but also a disappearance of the Antarctic ice sheet.
Tandis que de nombreuses études s'intéressent à l'impact des émissions anthropiques de gaz à effet de serre sur le climat du prochain siècle, très peu s'intéressent aux impacts à plus grande échelle de temps, de plusieurs dizaines de milliers d'années jusqu'à un million d'années. Cependant, dû au long temps de résidence du CO2 dans les enveloppes superficielles de la Terre, les émissions anthropiques actuelles vont impacter le climat bien au-delà du prochain siècle.L'objectif de cette thèse est d'élargir le cadre des études actuelles sur le climat du prochain million d'années, en revisitant certaines des hypothèses classiquement faites. Les études existantes considèrent rarement une fonte partielle ou totale de la calotte Antarctique et supposent que les concentrations atmosphériques de CO2 reviennent à la valeur pré-industrielle au bout de centaines de milliers d'années, grâce à la rétroaction des silicates.Dans cette étude, nous considérons les évolutions possibles de la calotte Antarctique.Plus précisément, j'ai étudié l'équilibre de la calotte Antarctique pour différents niveaux de CO2 atmosphérique, en utilisant le modèle système terre de complexité intermédiaire iLOVECLIM, couplé au modèle de calotte Antarctique GRISLI. Pour cela, j'ai d'abord appliqué des niveaux de CO2 croissants, jusqu'à ce que la calotte Antarctique fonde entièrement, puis j'ai appliqué des niveaux de CO2 décroissants, jusqu'à ce que la calotte re-grossisse. Nos résultats montrent qu'il y a un fort effet d'hystérésis. Notre configuration permet de prendre en compte la rétroaction de l'albédo sur la fonte, et produit des transitions entre des états de l'Antarctique englacés ou désenglacés plus brutales que dans des études ne prenant pas en compte cette rétroaction. La limite en CO2 conduisant à une glaciation ou déglaciation de l'Antarctique dépend de la configuration orbitale.En parallèle, j'ai développé un modèle conceptuel pour le cycle du carbone géologique, qui comporte des équilibres multiples, ayant pour objectif de reproduire des cycles de plusieurs millions d'années dans le d13C, en cohérence avec les données. Ces éventuels équilibres multiples dans le cycle du carbone pourraient donner lieu à une évolution du CO2 atmosphérique à long terme très différente de celle modélisée dans de précédentes études.Enfin, nous discutons des implications de nos résultats sur une possible sortie du Quaternaire, avec non seulement une fin des glaciations de l'hémisphère Nord mais aussi une fonte totale de la calotte Antarctique.
Domaines
Climatologie| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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