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Plus salé ou pas ?

Classé dans: — group @ 3 octobre 2005 - (English)

traduit de l’anglais par Claire Rollion-Bard
Dans une publication récente (du 16 Sept. 2005) dans Science, Hatun et al. ont trouvé que de fortes salinités ont été observées durant la dernière décennie dans la région où l’eau de l’Atlantique s’écoule dans les océans du Nord. Ils ont combiné une analyse des observations avec des simulations utilisant un modèle océanique, concluant que la salinité du courant vers les océans du Nord est contrôlée par la dynamique océanique et la circulation de l’enroulement sub-polaire. Les observations de Hatun et al. peuvent suggérer que les eaux chaudes et salées venant du sud sont spécialement chaudes et salées.

Dans une autre publication dans Science du 17 juin 2005, Curry & Mauritzen concluent que, dans l’ensemble, le nord de l’Atlantique Nord est devenu significativement plus doux (moins salé) au cours des récentes décennies. Cette étude était basée entièrement sur des observations (données hydrographiques entre le Labrador et l’Europe dans les derniers 50 ans). L’évidence récente pour une augmentation de la salinité fournie par Hatun et al. a été interprétée par certains comme étant inconsistante avec l’évidence de l’Atlantique Nord des hautes latitudes moins salé trouvé dans les précédentes publications. Que se passe-t’il donc réellement ? Est-ce que la salinité augmente ou baisse ? Et est-ce que les deux récentes études dans Science peuvent être compatibles l’une avec l’autre ? L’Europe du Nord connaît un climat doux par rapport aux autres régions de la même latitude. Par exemple, Oslo est approximativement à la même latitude que la pointe Sud du Groenland, mais a un climat substantiellement plus doux. Bien que l’atmosphère joue un rôle important ici aussi, la chaleur transportée par l’océan est un facteur clé responsable des conditions douces dans beaucoup de parties de l’Europe du Nord. Une composante de ce transport est liée au système de courants où les eaux de surface salées près de l’Arctique perdent leur chaleur, deviennent plus denses, et ainsi plongent vers l’océan profond. Cet enfoncement fait partie d’une circulation océanique de plus large échelle connue en tant que “tapis roulant”, parfois référencée comme la circulation thermohaline car la circulation est dirigée par les variations de densité reliées aux variations de température et salinité.

Beaucoup des courants de surface des océans mondiaux (i.e. l’océan “s’enroule” ce qui apparaît comme un système de courant horizontal tournant dans l’océan de surface) sont dirigés par le vent, cependant, l’enfoncement dans l’Arctique est relié au forçage de flottabilité (effets qui changent soit la température ou la salinité, et ainsi la flottabilité). L’enfoncement est principalement dirigé par la salinité de l’eau, qui est affectée par l’évaporation de l’eau douce à la surface ou, particulièrement en Arctique, glaçant l’eau de mer qui laisse le sel derrière dans l’eau sous la glace.

La théorie et le modèle suggèrent que si l’enfoncement des eaux de surface salées dans le Nord de l’Atlantique ralentissait ou s’arrêtait, il y aurait une réduction du transport de la chaleur par l’océan, ce qui aurait des implications pour le climat du Nord de l’Europe. Les prévisions des climats futurs potentiels indiquent que cela pourrait avoir lieu en réponse à l’augmentation du forçage des gaz à effet de serre, bien que le degré de ce changement est très variable d’une simulation à l’autre.

L’adoucissement de l’océan peut résulter de nombreux facteurs — le fonte de la glace, la décharge d’eau douce par les rivières, ou une augmentation des précipitations aux hautes latitudes. Les niveaux de salinité de la région nord de l’océan sont aussi influencer par le flux d’eau salée et chaude des latitudes plus basses dans l’Océan Atlantique. Ainsi, la salinité de l’eau est le résultat d’un équilibre délicat entre des influences multiples en concurrence.

Il est important de garder à l’esprit que les différentes régions de l’océan dans l’Arctique, souvent séparées par des frontières raides, peuvent avoir des caractéristiques différentes et qu’elles peuvent subir différents changements. Ces régions océaniques sont souvent référencées sous différents noms, mais nous essaierons de simplifier la discussion en utilisant le terme “océans du nord” quand on se réfère au bassin entre le Groenland, l’Islande et la Norvège ; Hatun et al. utilisent “Arctique méditerranéenne” alors que Curry & Mauritzen (2005) utilisent le label “Mers nordiques”.

Northern oceans ocean basin
Carte de l’océan nordique

Il est devenu de plus en plus évident que pendant les dernières 50 années, les eaux des Mers Subpolaires et Nordiques sont en effet devenues plus douces. Ce que Curry & Mauritzen ont fait est de quantifier quand, où, à quelle vitesse, et en quelles quantités cette eau douce est entrée dans ces mers. Il apparaît de leur analyse que la quantité d’eau douce ajoutée durant les décennies récentes était beaucoup plus grande que ce qui était auparavant supposé. Ils ont aussi estimé combien de temps cela prendrait avant que le courant profond dans les hautes latitudes cesse si l’adoucissement continuait avec plus ou moins le même taux, et arrivaient à une estimation d’environ 100-200 ans. Cela suggère la possibilité qu’un ralentissement du tapis roulant dans le futur proche pouvait être une possibilité réelle, et pas juste une curiosité théorique.

Hatun et al. sont d’accord que de larges aires dans les océans du nord s’adoucissent. De plus, Curry & Mauritzen font état du fait que la salinité était la plus faible au milieu des années 90 et que les mers sont devenues plus salées depuis. Tous les deux décrivent aussi un événement exceptionnel à la fin des années 60 début des années 70, où une région de très faible salinité a été observée (connue sous le nom de “la Grande Anomalie de Salinité” – GAS). La GAS peut aussi être vue dans la fig. 2 de Hatun et al. et est une caractéristique bien connue dans l’océanographie de l’Atlantique. Curry & Mauritzen ont trouvé que la tendance à l’adoucissement culmine dans les années 90, une indication que l’eau salée et chaude du sud a tendance à contrarier l’influence de l’adoucissement. Donc il n’y a aucune inconsistance avec le papier de Hatun et al.

Mais est-ce que cela signifie que l’adoucissement de l’enroulement subpolaire a cessé ? Non : Les océans du nord sont significativement plus doux qu’ils l’étaient dans les années 60 – les 1,8 mètres supplémentaires d’eau douce dans les Mers Nordiques ont perdu 10 cm, et les 3 mètres supplémentaires d’eau douces dans l’enroulement subpolaire ont perdu 1 mètre en limite supérieure. Le dernier cadre temporel dans l’enroulement subpolaire n’a pas été publié dans le papier de Curry & Mauritzen car ils ont peu de données de l’enroulement subpolaire occidental durant cette période – le budget du volume serait alors biaisé vers l’Atlantique de l’est salé, où les eaux subtropicales chaudes et salées résident. L’estimation d’1 mètre (limite supérieure) est donc attendue à être réduite quand plus de données de l’enroulement subpolaire occidental entreront dans la base de données.

La différente focalisation dans les deux études peut simplement donner des descriptions de la même situation, même quand certains media ont décrit le papier le plus récent comme une preuve contre la possibilité d’adoucissement des océans du nord. Curry & Mauritzen ont analysé la salinité à travers la profondeur de l’océan. Ils observent une accumulation d’eau douce dans la colonne totale des bassins de l’océan sub-polaire, spécialement aux profondeurs intermédiaires. Ils trouvent aussi des indications de salinités plus élevées dans la région où les eaux de l’Atlantique s’écoulent dans les océans du nord. Hatun et al. se focalisent sur la salinité de surface, comme elle est proche de la surface la circulation océanique est la plus forte. Cependant, une partie de leurs analyses inclut des observations à partir d’un transept pénétrant jusqu’à 800 m à Rockall Trough. Les analyses de Curry & Mauritzen étaient basées sur des observations océaniques avec une grilles 3d alors que celles de Hatun et al. se focalisaient sur trois points de flux dans l’océan Arctique. Hatun et al. ont aussi utilisé des données altimétriques (mesures locales de la hauteur d’eau de mer à partir d’observations de satellite) pour diagnostiquer la circulation de l’enroulement des océans plus au Nord. Les données altimétriques fournissent une mesure de la chaleur et de la concentration de sel de l’eau, mais à cause du fait que la densité de l’eau est une fonction compliquée non-linéaire de la température et de la salinité, il est difficile d’inverser les mesures pour en déduire la salinité. Néanmoins, les profils de hauteur locale donnent des indications sur les courants qui proviennent des différences de hauteur d’eau de mer.
Un quadrillage épars d’observations océaniques sur une très grande résolution (dans ce cas, 1 par 1 degré latitude ¥ longitude) est enclin à produire certaines structures apparentes qui sont simplement des artéfacts d’interpolation mathématique, même quand les méthodes isopycnales sont utilisées (ceci est commun pour le quadrillage des données). D’un autre côté, la budgétisation de la salinité, implicite dans le modèle océanique de Hatun et al., ne peut pas prendre en compte correctement l’ écoulement des rivières (qui adoucit l’eau), le transport à partir du Pacifique, de l’Archipel canadienne, du courant de l’est du Groenland, ou des processus de fonte. Ce modèle océanique utilisé par Hatun et al. a une limite de latitude nord à 78N, où une frontière artificielle est imposée avec la salinité, les températures et les vitesses toutes prescrites à cette frontière par des résultats d’un autre modèle. Le transport de sel à cette frontière à cette frontière n’est pas bien connu. Si le transport de sel prescrit n’est pas correct, alors le budget du sel du modèle ne représentera pas la réalité.

Hatun et al. ont examiné les possibilités que [i] un changement dans la pluie qui tombe sur les océans (adoucit l’eau) et l’évaporation (augmente la salinité en enlevant de l’eau et en laissant le sel derrière), [ii] salinité augmentée dans l’enroulement sub-tropical (dans la partie principale de l’Atlantique Nord), [iii] la salinité augmentée dans l’enroulement sub-polaire, ou [iv] des changements dynamiques dans les contributions relatives de ces deux enroulements pourraient expliquer les fortes salinités dans les régions d’afflux. De ces processus, ils ont conclu que c’est le dernier qui était responsable pour la forte salinité dans la région où les eaux de l’Atlantique coule dans les océans du nord. Des comparaisons avec des observations dans ces régions montrent un bon accord entre le modèle et les observations. Ainsi, bien que leurs conclusions sur la salinité dans la région d’afflux sont étroitement reliées à la dynamique de la circulation d’enroulement sub-polaire, le modèle peut ne pas donner une quantité représentative de l’abondance totale de sel dans les océans du nord en entier. Mais leur focalisation était sur l’augmentation de la salinité dans une certaine région, pas une baisse généralisée, et en effet, ils n’ont pas examiné d’autres facteurs comme l’écoulement des rivières et la fonte. Finalement, les résultats de Curry & Mauritzen se sont focalisés sur une échelle de temps plus longue pour laquelle ils ont collecté des observations de l’océan, tandis que seuls les résultats du modèle ont été fournis pour une évolution à long terme par Hatun et al.. Même si le modèle est en bon accord par rapport aux anomalies de salinité dans la région d’afflux, il n’a pas encore été établi s’il fournit des valeurs représentatives pour la salinité absolue dans le bassin océanique global.

Étant données les incertitudes et les avertissements implicites à ces deux études, leurs conclusions quant aux tendances de la salinité des océans du nord peuvent ne pas être inconsistantes comme elles pourraient apparaître. L’utilisation du terme “grande archive” dans le papier de Hatun et al. peut être trompeur, car il ne se réfère qu’à une région limitée depuis les années 60 (au sud-ouest de l’Islande) ou à un très court intervalle (une décennie) et ne reflète pas le degré général de salinité dans le bassin entier sur une longue période de temps. Les observations à long terme suggèrent que la dernière décennie a été un simple accroc dans une tendance à long terme vers des conditions plus douces dans les océans du nord. 1995 était quand l’abondance de sel dans les océans du nord était à son plus bas. Il est difficile de voir comment la relation suggérée par Hatun et al. peut expliquer comment 19 000 km3 d’eau douce reportés par Curry & Mauritzen ont pu être enlevé. Cependant, ces papiers n’ont probablement pas le mot final sur ce sujet.

Pour conclure : la Gyre Subpolaire et les Mers Nordiques sont probablement encore beaucoup plus doux qu’ils ne l’ont jamais été durant les décennies avant les années 1990 (même si le système du Gulf Stream chaud et salé se défend maintenant bien). Si on a une autre impression du papier de Hatun, elle est fausse. Maintenant la question est : que va-t’il se passer dans le futur ? Est-ce que la tendance générale à l’adoucissement va continuer, ou allons nous retourner vers des niveaux des années 60 ? Aucun de nous n’a une boule de cristal, donc personne ne peut vraiment savoir. Il y aura toujours cette bataille entre les eaux salées venant du sud et les eaux douces venant du nord, donc un basculement dans le temps de la charge d’eau douce des océans du nord, comme on le voit maintenant, devrait toujours être attendu. Il est raisonnable de supposer que l’entrée d’eau douce continuera à augmenter dans le futur parce que la Terre se réchauffe, entraînant une augmentation de la fonte des glaces et une augmentation des précipitations (à la fois au-dessus des océans et des terres, ce qui produit un écoulement plus élevé des rivières à l’océan). D’un autre côté, on peut s’attendre à ce que les eaux subtropicales deviennent plus salées dans l’avenir, pour la même raison (l’augmentation du cycle hydrologique donne plus d’évaporation dans les subtropiques, augmentant ainsi la salinité des eaux subtropicales). La question est de savoir quelle composante va gagner. Aucun article n’a fait d’estimations quantitatives des scénarii futurs pour le potentiel d’eau douce associé aux différentes composantes (évaporation, précipitation, fonte des glaces).

Références :

Hatun H., SandØ A.B., Drange H., Hansen B. & Valdimarsson H. (2005) “Influence of the Atlantic Subpolar Gyre on the Thermocline circulation”, Science, vol 309, 1841-1844

Curry R. & Mauritzen C. (2005) “Dilution of the Northern North Atlantic Ocean in Recent Decades”, Science, vol 308, 1772-1774


10 Responses to “Plus salé ou pas ?”

  1. 1
    Lynn Vincentnathan says:

    It seems I read somewhere in the media this past year that the ocean conveyor had actually slowed down a bit due to this freshening.

    Even if that’s not the case, then I figure we probably won’t have a sudden halt (if we have one at all in 100-200 years). Wouldn’t it be slowing down gradually over many decades (if at all)?

  2. 2
    Jay says:

    I haven’t read the papers and don’t know what is happening with salinity in the rest of the Atlantic, but looking at your map it occurred to me that if there was increased freshwater in the Northern Ocean due to ice melting and increase salinity in the tropical Atlantic due to increased evaporation, couldn’t a mixing effect at the southern edge of the Northern ocean as tropical water is circulated north show similar results?

  3. 3
    JN says:

    Salinity could be a sleeper that will gain prominence. For example what about the effect on CO2 absorption? A recent TV news item said little Antarctic critters I think called ‘pteropods’ at the bottom of the food chain didn’t like ice melt and that could seriously affect fish harvests. Other possibly minor factors include irrigation runoff with soil leached salts (chlorides and sulphates) and the fact that large cities (eg Sydney) are looking to desalination of seawater.

  4. 4
    Joseph O'Sullivan says:

    This post was a good summary of thermohaline circulation (THC) and the difference between the two papers. I saw the Hatun et al paper, and at first glance I wondered if it contradicted conclusions like those of Curry & Mauritzen so I read it carefully. After I read the Hatun et al paper I thought the major point of the paper was that ocean circulation and the subpolar gyre is an important but little understood factor in the THC and more research in the area was needed.

    IMO this issue is representative of climate change science in general, very interesting but very complicated. It’s good to have the working scientists at RealClimate as a source to help understand the science.

  5. 5
    Ike Solem says:

    Recently there have been a number of media reports about a ‘tipping point’ having been reached in the Arctic as permafrost thaws, lakes disappear into the permafrost, and more bare ground is exposed to the sun. There is a recent press release from model runs in Hamburg predicting an ice-free Arctic summer:
    http://www.mpg.de/english/illustrationsDocumentation/documentation/pressReleases/2005/pressRelease200509301/
    Meanwhile, there is some evidence that warming permafrost is going to release vast amounts of ancient methane to the atmosphere. So, all of the Artic feedbacks look positive? The phrase, “point of no return” has been used.

    At the same time, hurricanes and tropical convection continue to transfer heat from the ocean to the atmosphere, and I assume that warmer sea surfaces will transfer heat to the atmosphere at a faster rate via mechanisms like tropical convection and hurricances. Hurricanes leave cool tracks; you could see the cooling in the Gulf after Katrina passed over. My understanding is that rates of equator-to-pole heat transfer are now larger then they have ‘ever’ been (past thousands of years)?

    Things seem to point to massive change in polar regions. What will be the effect of all this on the thermohaline circulation? Is there a ‘tipping point’ there as well? Paleo studies show we’ve enjoyed a unusually stable climate over the histroy of civilization. What is somewhat unsettling here is the lack of apparent negative feedbacks that would lead to a new stable equilibrium state. The only possible solution seems to be to stabilize the atmospheric gas content, thereby reducing energy trapping in tropical/sub-tropical regions. This will only occur via deliberate human effort; the biosphere is not soaking up the excess CO2.

    Where are the negative feedbacks here? Clouds? The Earth will get cloudy, reflect light back to space, and so cool off? Dynamic weirdness of just the right flavor could lead to a cooling trend as heat is ejected into space? Perhaps the real take home message is that we would be better off with far more extensive and detailed observations. However, I think a Las Vegas gambler would have no doubt about where to put the money at this point. Still, do we see a rush to abandon the coal fields and oil wells? Not really… but still, enlightened countries and people are shifting to renewables as fast as they can, although oil scarcity is perhaps the more immediate concern for many people.

    P.S. Given that planetary-scale controlled experiments are impossible in climate science, ‘experimental proof’ will never be found. Note, however, that gambling casinos always rake in a tidy profit, year after year, based on purely statistical strategies.

  6. 6
    Lynn Vincentnathan says:

    RE #1, I think what I read was that the “chimney” where the water goes up or down due to salinity aspect has slowed or reduced a bit, and that this reduced the churning up of nutrients for phytoplankton…& sea life in general (which were showing signs of decline).

  7. 7
    Almuth Ernsting says:

    Re #6:

    I read quite a lot about declines in phytoplankton recently. Phytoplankton in the deep oceans is in decline according to NASA, although just now this is being ‘off-set’ by algae blooms near the coast, probably linked to agriculture-run-offs – both developments being disastrous for the marine food chain.

    I understand that the global warming on its own affects the churning up of nutrients, and the mixing of water – even without any changes to the THC at all (although a shut-down of the THC or even a slow-down would be absolutely disastrous for marine life). There is a good explanation on http://www.unep-wcmc.org/climate/impacts.htm .

    My understanding (I hope I have got this right) is that colder oceans are vastly more productive in terms of plankton than warmer ones. This is because, in warmer waters, you have strong stratification, ie a big difference between warm water at the top and colder water below, with relatively little mixing between them. In colder oceans, the separating layer (thermocline) does not form, or only for parts of the year, so phytoplankton at the top receives nutrients from the deeper sea and provides oxygen for the the upper and deeper layers (as well as nutrients, when phytoplankton decomposes). This means that warmer seas are expected to lead to less productive oceans – something which is not proof of anything changing with regard to the THC or wider ocean circulation.

  8. 8
    Ike Solem says:

    Re: #6

    Here is an interesting series of images of ocean chlorophyll where you can see the seasonal phytoplankton activity (just looking at chlorophyll) :
    http://www.oceansonline.com/czcs_eatl.htm
    These are images of the North Atlantic Bloom. I believe the story goes as follows: winter storms cause a lot of mixing; in the spring light triggers phytoplankton activity, and the mixed layer becomes shallower due to surface warming, so the phytoplankton are not mixed out of the photic zone, and these factors conspire to result in a bloom.

    I suppose that to analyze this in detail you would have to couple an atmosphere-ocean type model to a ‘biosphere’ or ‘phytoplankton-sphere’ model. Is this even possible? Perhaps someone could explain the CO2 effect – do phytoplankton reduce CO2 in the atmosphere via ocean burial, or are they thought to be in some steady-state exchange with the atmosphere?

    Here’s a nice quote by Spencer Weart (author of Discovery of Global Warming):
    “The tangled nature of climate research reflects nature itself. The Earth’s climate system is so irreducibly complicated that we will never grasp it entirely, in the way that one might grasp a law of physics.”

  9. 9
    Nigel Williams says:

    How does research see the mechanism of the global ice mass taking up its latent heat of fusion as giving us a false sense of security regarding global warming?

    I imagine that this would stabilise the overt effects of rising temperatures until, area by area, the ice at zero C turns to water at zero C. As that happens, the underlying global warming driver will be progressively loosing its energy sink, and not only will we see ocean rise, but a progressive escalation in the rate of atmospheric temperature rise as well. How does it look?

    Nigel

    [Response:The temperature does indeed increase rapidly in areas where the ice/snow has retreated (melted). -rasmus]

  10. 10
    Nigel Williams says:

    OK, so are we not only looking for areas of ice retreat (which is obvious), but also getting a handle on the proportion of global ice that is in the I’m-Busy-doing-the-Absorbing-Latent-Heat-of-Fusion-Thing state?

    Nigel


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