The world became drastically
cooler – by 10°C globally – from about 3.2 Ma ago, according to Dr
Jeremy Marlow (Newcastle University) and a research team of English,
American and German scientists. Marlow says: “There have been arguments
for many years about whether the emergence of our ancestors was linked
to climate change. By looking at fossils of marine algae we began to discover
evidence of a 10-degree fall in temperature in the region of Africa
where much of the early human fossil evidence has been discovered. “We
didn't believe it at first but further tests kept producing similar results
until we had to conclude that temperatures really had decreased so dramatically.”
The scientists, from the Universities of Newcastle, Durham, California
and Bremen, found that cooling was particularly rapid about 2 Ma ago, at
the time when the first ancestors of modern humans emerged
in sub-tropical southern Africa. Global cooling has been implicated
in the landscape change that overtook the cradle of humanity at this time,
changing from lush forest to more open grassland where bipedalism was an
advantage for emerging humans.
Off to buy some thermals. Global
cooling may mean we all evolved from brass monkeys. Bipedality was,
in many ways, the key adaptation of early humans. Even the most primitive
hominid known, Ardipithecus, was to some extent bipedal, anthropologists
now believe. A. ramicus probably inhabited wooded environments
as much as 5 Ma ago. The Savannah Theory (which links the evolution
of bipedalism to environmental change involving more open habitats) has
taken some knocks over recent years and many anthropologists believe it
to be discredited. However, evidence of pronounced global cooling
will be welcome to it remaining adherents. The research
also sheds new light on the mechanisms that may cause climate change. By
examining the rate of sediment deposition and the levels of organic carbon
within the sediments, the researchers obtained evidence of a well-defined
cycle in which a cooling atmosphere causes increased upwelling
of nutrient-rich deep waters in specific parts of the oceans. This
leads to increased biological uptake of carbon dioxide from the atmosphere,
which then cools
further, causing more upwelling, further uptake of carbon dioxide,
and so on.
This mechanism took hundreds of thousands,
or even millions of years to have an effect on climate but could be
reversed far more rapidly through the burning of this type of locked-up
carbon as fossil fuels, said Dr Marlow.
The research was published in the US journal
Science 290: 2288-2291, in a paper entitled Upwelling intensification
as part of the Pliocene-Pleistocene climate transition. The paper
does not discuss the implications of the discovery for human evolution.
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In the next 15 years, 80% of the glaciers of the
intertropical Andes will have disappeared, say French scientists.
The conclusion comes after
several studies carried out on the glaciers of Chacaltaya (Bolivia) and
Antizana (Ecuador) by researchers from the Institut de Recherche
pour le Développement (IRD) and their Bolivian and Ecuadorian
collaborators. The researchers believe that the recent acceleration
of glacier melting is the result of intensified El Niño events during
the period.
Questions of how glaciers respond to
climatic fluctuations, especially in a time of global warming, are
of crucial importance in Andean regions where water supply largely depends
on the ice-capped summits of the Cordillera. In an attempt
to answer these questions, researchers from a team called ”Great
Ice” at IRD, of the Institut d’Hydraulique et d’Hydrologie de Bolivie and
the Institut National de Météorologie et d’Hydrologie
d’Equateur conducted detailed studies of two small Andean glaciers: Chacaltaya
(5,125 – 5,375m) and Antizana (4800-5760m).
On these two glaciers,
since 1991 and 1995 respectively, the researchers have carried out mass
balance
estimates to measure the difference between the amount of water received
as snow and that lost by melting
and sublimation (solid to gas without intervening liquid phase).
These “profit and loss” balance sheets were constructed monthly for 12
years in the lower regions of the glaciers where ablation is dominant.
Data for years before measurements began was obtained using aerial
photos and archive documents.
The results show that the
future of these small glaciers is under threat. In the last 10 years
the two glaciers have lost on average between 0.6 and 1.4 metres
thickness each year. The thickness of Chacalataya, for
example, has been reduced by 40%, and its volume by two thirds in the period
studied. Its surface area fell by more than 40% between 1992 and
1998, and now represents a mere 10% of its extent in 1940. If this
trend continues, Chacaltaya will have disappeared completely fifteen
years from now.
Has the retreat of glaciers truly
been accelerating recently? Older studies on other Andean tropical
glaciers, for example in Peru, seem to show the rate of retreat has
picked up since the 1980s, and these recent studies confirm that
result. Chacaltaya has lost 0.2m of water per year (m/yr) between
1940 and 1963, 0.6m/yr from 1963 to 1983, and 0.9 m/yr since 1983.
The surface area of Antizana fell three times faster between 1993 and 1998
than between 1956 and 1993. Altogether, the amount of ablation of
the two glaciers has been 3 to 5 times greater in the last 10 years than
in previous decades.
The researchers link this
acceleration with El Niño events in the southern Pacific.
The monthly mass balance sheets demonstrate that the maximum ablations
occur during or immediately after such events, notably in 1991-1992, 1994-1996
and 1997-1998.
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Le climat recèle encore de grandes énigmes
Geological Society of London, December 8, 2000
C'est honteux: les scientifiques ne
peuvent pas expliquer pourquoi l'Ordovicien, le
Silurien, le Jurassique ou le Crétacé inférieur
étaient apparemment des périodes froides quand, selon l'effet
de serre, ils auraient dû être chauds.
[A l'occasion du sommet européen
a Nice, la Société Géologique de Londres souhaite
bienvenue a ses visiteurs francophones. There is an English version
below. Rédacteur en chef/Site Editor.]
Au sortir de la Conférence de La Haye,
une étude scientifique publiée cette semaine dans le journal
scientifique Nature sème un peu plus le trouble sur nos connaissances
réelles du climat. Grâce à une analyse originale des
fossiles des brachiopodes, une équipe internationale, comprenant
des chercheurs de l'Université de Liège, a pu obtenir
des données nouvelles sur l'histoire du climat terrestre durant
tout le Phanérozoïque, c'est à dire pendant les 570
derniers millions d'années. Pour certaines périodes anciennes,
ces données contredisent totalement nos connaissances actuelles.
Ainsi, l'Ordovicien, le Silurien, le Jurassique ou le Crétacé
inférieur auraient dû être chauds en raison de
l''effet de serre' induits par des niveaux élevés de CO2
dans l'atmosphère à ces époques. Eh bien non ! L'analyse
des brachiopodes prouve que ces périodes étaient froides
et personne ne sait pourquoi. Les scientifiques en concluent que notre
climat est conditionné par d'autres facteurs encore inconnus. Beaucoup
moins stable qu'on ne le pensait, le climat s'avère capable de répondre
de manière inattendue aux perturbations qui l'affectent; Inquiétant
pour notre avenir?
Les brachiopodes sont présents sur Terre
depuis 570 millions d'années. L'étude de leurs fossiles permet
donc d'obtenir des renseignements sur l'état du milieu dans lequel
ils ont toujours vécu : les mers peu profondes. Une des informations
cruciales qui peut être obtenue est le rapport 18O/16O des coquilles
de ces bivalves. En effet, au cours de leur vie, ces animaux ont
incorporé dans leur coquille calcaire des éléments
de l'eau de mer dans laquelle ils évoluaient, comme le carbone ou
l'oxygène. Ce dernier élément est présent dans
l'eau de mer sous la forme de plusieurs isotopes. Les isotopes généralement
utilisés sont l'oxygène 18 et l'oxygène 16. Des relations
entre la température du milieu et la composition isotopique (18O/16O)
des coquilles de brachiopodes ont été établies.
De cette manière, les fossiles de brachiopodes constituent un
paléothermomètre permettant de retracer la température
des océans anciens où évoluaient ces organismes.
Pendant plusieurs années, les
équipes du professeur Ján Veizer à l'Université
de Bochum en Allemagne, et d'Ottawa au Canada ont collecté
et analysé la composition isotopique d'un grand nombre de brachiopodes
fossiles (environ 1500 échantillons) d'âges divers et provenant
du monde entier. A ceux-là ont été ajoutés
plus de 4000 mesures collectées dans la littérature afin
de constituer une base de données couvrant l'ensemble du Phanérozoïque,
soit les 570 derniers millions d'années de l'histoire de la Terre.
Ces données ont été analysées par Yves Goddéris et Louis François, chercheurs au Laboratoire de Physique Atmosphérique et Planétaire de l'Université de Liège, en collaboration avec le professeur Ján Veizer. Les résultats obtenus montrent d'amples oscillations du rapport 18O/16O au cours des âges. Ces oscillations sont fortement corrélées avec les fluctuations d'autres types d'indicateurs climatiques, ce qui prouve que le signal 18O/16O conservé par les brachiopodes est un bon signal climatique.
Les résultats montrent clairement
que notre planète a subi des fluctuations climatiques majeures au
cours des 570 derniers millions d'années de son histoire, passant
de manière récurrente d'un mode froid vers un mode
chaud et inversement. L'existence de ces modes était connue antérieurement.
Le fait nouveau est la quantification en termes de température,
ce qui permet de mesurer l'importance de ces fluctuations climatiques.
En outre, les résultats
semblent indiquer que la transition entre un mode froid et un mode chaud
peut être assez rapide, du moins à l'échelle
des temps géologiques. Il est donc possible que le climat de la
Terre soit relativement instable et fragile. On sait que des changements
de l'environnement ont donné lieu à des extinctions
massives d'espèces dans le passé, dont la plus connue; mais
pas nécessairement la plus importante - est l'extinction des dinosaures
à la fin du Crétacé, il y a 65 millions d'années.
On pense qu'un impact météoritique est à l'origine
de cette extinction, probablement via un changement climatique global.
Les changements climatiques majeurs enregistrés dans les fossiles
de brachiopodes ont-ils aussi donné lieu à des extinctions
massives ? C'est très possible.
Le Professeur Ján Veizer et les
chercheurs liégeois ont également tenté de mettre
les fluctuations climatiques enregistrées dans les fossiles
de brachiopodes en relation avec les changements passés de la concentration
en dioxide de carbone (CO2) de l'atmosphère.
Les variations de cette concentration
sont bien connues pour les 400 derniers milliers d'années grâce
à l'analyse de l'air piégé dans la glace antarctique.
Malheureusement, cette méthode ne peut permettre de remonter
beaucoup plus loin dans le passé, puisque les glaces plus anciennes
ont disparu. Il faut donc se tourner vers des méthodes indirectes
pour reconstruire les niveaux anciens du CO2 atmosphérique à
l'échelle de plusieurs millions d'années. Plusieurs types
de méthodes existent, par exemple basées sur l'abondance
de l'isotope 13 du carbone dans les sols fossilisés. De telles reconstructions
ont été publiées dans la littérature scientifique
récente.
L'équipe liégeoise a,
notamment, utilisé un modèle climatique simple calculant
les températures équatoriales à partir du niveau
de CO2.
C'est là que des situations paradoxales
se présentent. En effet, l'évolution de la température
équatoriale ainsi reconstituée sur base des teneurs
passées en CO2 est en désaccord flagrant avec celle enregistrée
dans les fossiles de brachiopodes. Ce désaccord est particulièrement
marqué à l'Ordovicien et au Silurien (il y a 400 à
450 millions d'années), ainsi qu'au Jurassique et au Crétacé
inférieur (il y a 100 à 200 millions d'années).
Conformément aux données des brachiopodes et comme l'indiquent
les traces d'anciennes glaciations, ces périodes sont caractérisées
par un climat froid inexplicable en présence des niveaux de CO2
atmosphérique élevés qui régnaient à
l'époque.
Si les reconstructions des anciens niveaux
de CO2 sont correctes, ce résultat implique que l'effet de serre
accrû du CO2 a dû être compensé par d'autres
facteurs actuellement inconnus, mais dont l'impact climatique fut considérable.
Ainsi, le CO2 n'aurait pas été le principal moteur de l'évolution
climatique passée de notre planète au moins pendant une partie
significative du Phanérozoïque.
Il est vital d'identifier ces facteurs et
de comprendre les mécanismes qu'ils mettent en jeu. Ces facteurs
peuvent-ils influencer en bien ou en mal l'évolution climatique
future, en cette période où l'impact de l'homme sur
l'environnement est devenu majeur? Dans quelle mesure sont-ils pris en
compte dans les modèles climatiques les plus complexes dont nous
disposons à l'heure actuelle?
L'étude des climats du passé constitue un test pour les modèles climatiques actuels. Elle pousse à tirer la leçon qu'actuellement, nous connaissons encore très mal le fonctionnement du système Terre et que notre climat pourrait être moins stable qu'on ne le pense généralement : il serait susceptible de répondre de manière inattendue aux perturbations que nous avons engendrées. L'espèce humaine serait-elle la prochaine victime d'une future extinction massive?
Evidence
for decoupling of atmospheric CO2 and global climate during the Phanerozoic
eon. Ján Veizer, Yves Goddéris et Louis François,
Nature 7 décembre 2000
The international team believes that
the climate system appears more complex than we thought and that our
strategies to combat global warming may have to change. In a paper published
this week in the UK science journal Nature they look back over the last
550 million years of the earth's history, measuring oxygen isotopes
from fossil marine shells from around the world. These are a key indication
of changes in temperature associated with major climatic events such
as ice ages.
They find that what we know about carbon dioxide
concentrations in ancient times does not correlate with what the
palaeotemperatures are telling us about global heat. In other words, when
all the indications are that CO2 was high, and temperatures should
have been high too because of the greenhouse effect, they find paradoxically
that palaeotemperatures were often low.
Trees and soils are often seen as the
most important "sinks", where CO2 and water are absorbed from the air and
soil. That is why much of the environmental debate that took place in The
Hague last month focused on the world's forests. If we are responsible
for warming up the planet by pumping more carbon into the air by burning
fossil fuels in our automobiles and elsewhere, then a sufficient amount
of forest cover should be able to remove this carbon from the atmosphere.
Yet Veizer and colleagues suggest that the situation is
much more complex. Based on work with his former student K.
Telmer, presently at the University of Victoria, he argues that
there is a crucial link between the way carbon and water pass through plants,
atmosphere and soil. To "fix" one molecule of carbon, a plant has to transpire
almost one thousand molecules of water. Yet, the air and soil contain less
than one hundred molecules of water for every molecule of carbon dioxide.
The system is therefore limited by water, not
CO2. With warmer climate, and greater humidity, forests may
play an enhanced role in the CO2 budget of the atmosphere.