La Terre a un nouvel acteur surprenant dans le jeu climatique: l’oxygène. Même si l'oxygène n'est pas un gaz à effet de serre qui retient la chaleur, sa concentration dans notre atmosphère peut influer sur la quantité de lumière solaire atteignant le sol. De nouveaux modèles suggèrent que cet effet a modifié le climat dans le passé.
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L'oxygène représente actuellement environ 21% des gaz présents dans l'atmosphère de la planète, mais ce niveau n'a pas été constant au cours de l'histoire de la Terre. Pendant les premiers milliards d'années, il y avait peu d'oxygène dans l'atmosphère. Puis, il y a environ 2, 5 milliards d'années, l'oxygène a commencé à être ajouté à l'atmosphère par les cyanobactéries photosynthétiques. «L'oxygène est un déchet de la photosynthèse. Il est consommé par la respiration », explique Chris Poulsen, scientifique en climatologie à l'Université du Michigan, auteur principal de l'étude publiée aujourd'hui dans Science .
Ce déchet a provoqué une extinction massive connue sous le nom de «Grand événement d’oxygénation». Mais au fil du temps, de nouvelles formes de vie ont été créées, qui utilisent ou rejettent de l'oxygène dans la respiration, et les niveaux d'oxygène atmosphérique ont continué d'augmenter. «La production et l'enfouissement de matières végétales sur de longues périodes font augmenter les niveaux d'oxygène», explique Poulsen. Les niveaux peuvent redescendre lorsque cette matière organique ancienne piégée devient exposée sur la terre ferme et que des éléments tels que le fer réagissent avec l'oxygène de l'atmosphère, réaction appelée altération par oxydation. À la suite de ces processus, les niveaux d’oxygène atmosphérique ont varié d’un minimum de 10% à un maximum de 35% au cours des 540 millions d’années écoulées.
Poulsen et ses collègues étudiaient le climat et les plantes de la fin du Paléozoïque. Au cours d'une réunion, ils ont commencé à se demander si les niveaux d'oxygène auraient pu influer sur le climat dans le passé. Des études ont montré que le dioxyde de carbone atmosphérique était le principal facteur de changement climatique au cours de la longue période. Le rôle de l'oxygène était donc presque négligeable.
Mais les modèles informatiques basés sur les données de carbone n'ont pas été en mesure d'expliquer tout ce qui a été enregistré. Par exemple, le Cénomanien, un âge du Crétacé supérieur, était caractérisé par un taux élevé de dioxyde de carbone et des températures en hausse, mais les modèles de cette période calculaient généralement des températures polaires et des taux de précipitation trop faibles comparés aux données extraites du registre paléogéologique. Alors Poulsen a commencé à modifier un modèle climatique pour tester l’idée de l’oxygène, et les résultats ont montré que les changements dans la concentration en oxygène avaient effectivement un impact grâce à une série de rétroactions.
«Réduire les niveaux d'oxygène fluidifie l'atmosphère et permet à davantage de rayons solaires d'atteindre la surface de la Terre», explique Poulsen. Plus de lumière solaire laisse plus d'humidité s'évaporer de la surface de la planète, ce qui augmente l'humidité. Parce que la vapeur d'eau est un gaz à effet de serre, plus de chaleur est piégée près de la surface de la Terre et les températures augmentent. L'augmentation de l'humidité et de la température entraîne également une augmentation des précipitations. En revanche, lorsque les concentrations en oxygène sont plus élevées, l’atmosphère s’épaissit et diffuse davantage de lumière solaire. En conséquence, il y a moins de vapeur d'eau pour piéger la chaleur.
L'ajout des effets de l'oxygène pendant d'autres périodes pourrait conduire à des modèles plus précis du passé de la planète, affirment les chercheurs. Mais Poulsen avertit que l'étude n'a aucun impact sur ce que l'on sait du climat actuel de la Terre. Le climat de la planète est en train de changer parce que les niveaux de gaz à effet de serre tels que le dioxyde de carbone et le méthane augmentent considérablement - l'oxygène n'est pas un facteur.
"Les niveaux d'oxygène baissent aujourd'hui, mais à un rythme très lent, de l'ordre de dizaines de parties par million par an", explique-t-il. "Ce taux est beaucoup trop lent pour affecter le climat du monde moderne." Donnez à la planète un autre million d'années, bien que et les scientifiques du climat de demain devront ajouter de l'oxygène à leurs modèles pour obtenir une image complète.
