Les sécheresses estivales 2015-2018 ont été exceptionnelles dans de grandes events de l’Europe occidentale et centrale au cours des 400 dernières années, en termes d’ampleur des disorders de sécheresse. Cela indique une influence du réchauffement climatique d’origine humaine. Cependant, des sécheresses pluriannuelles se sont produites fréquemment aux 17e et 18e siècles, mais pas aussi graves. C’est le résultat d’une nouvelle étude publiée dans la revue Nature Communications Earth & Environment. Il a été mené par une équipe de recherche dirigée par Mandy Freund de l’Université de Melbourne et Gerhard Helle du Centre de recherche allemand GFZ pour les géosciences. Ils ont reconstitué l’hydroclimat d’été européen en analysant les rapports isotopiques du carbone (13C/12C) et de l’oxygène (18O/16O) dans les cernes des arbres d’un réseau européen de web sites forestiers. Il s’agit de la première reconstruction spatiale de champ basée sur des isotopes de cernes très sensibles au climat. Cela fournit aux chercheurs un outil exclusive pour étudier les évolutions climatiques au cours des siècles passés, à la fois dans une vue d’ensemble globale et d’une manière différenciée selon les régions.
Contexte : développement hydroclimatique européen
Récemment, l’Europe a connu une augmentation des inondations et des sécheresses. Ces événements extrêmes s’inscrivent dans la dynamique complexe de l’hydroclimat européen. Obtenir une impression précise à résolution spatiale de la dynamique de la fréquence et de l’intensité des extrêmes à l’échelle régionale à locale est un défi, en particulier dans le contexte de la variabilité climatique à in addition lengthy terme. On sait peu de choses sur la variabilité hydroclimatique spatio-temporelle à extensive terme à travers l’Europe en raison de la disponibilité plutôt unusual de séries de données spatialement explicites qui reflètent correctement les différences régionales.
La sécheresse estivale européenne de 2015 à 2018 a notamment suscité des discussions pour savoir si elle s’inscrit dans la fourchette normale des fluctuations climatiques ou si elle est le résultat d’un réchauffement anthropique.
Nouvelle approche pour reconstituer l’hydroclimat des 400 dernières années
Pour résoudre ce problème, une reconstruction spatialement résolue de l’hydroclimat européen au cours des 400 dernières années a été développée et publiée dans la revue scientifique Character Interaction Earth & Surroundings. Il est basé sur l’analyse des isotopes stables du carbone et de l’oxygène, c’est-à-dire des variantes de ces éléments avec des masses différentes, dans des peuplements d’arbres anciens de 26 web sites forestiers à travers l’Europe. Les rapports isotopiques du carbone 13C à 12C et de l’oxygène 18O à 16O sont respectivement des indicateurs de sécheresse et d’humidité au moment de la croissance des arbres.
Par rapport à d’autres archives environnementales ou climatiques naturelles comme les sédiments dans les lacs ou la glace glaciaire, les arbres sont largement distribués et leurs cernes fournissent des informations résolues annuellement et absolument datées sur les changements hydroclimatiques sur de longues périodes et à des fréquences temporelles pertinentes d’annuelles à multicentenaire.
L’étude a été en grande partie conçue et dirigée par Mandy Freund, ancienne climatologue au GFZ German Analysis Centre for Geosciences et maintenant au CSIRO à Melbourne, en Australie. Il trouve son origine dans une initiative de la area 3.4 du GFZ, Dynamique du climat et évolution du paysage, notamment de Gerhard Helle, responsable du Tree Ring Laboratory, et d’Ulrich Cubasch, professeur (em.) à l’Institut de météorologie, Freie Universität Berlin, dans le cadre de le réseau de recherche GEO.X pour les géosciences à Berlin et Potsdam. D’autres contributions proviennent de collègues d’autres centres Helmholtz (AWI, FZJ) et de l’Université de Melbourne.
Résultats : Sécheresse inhabituellement sévère 2015-2018 et phases climatiques passées
“Notre étude indique que la sécheresse estivale pluriannuelle de 2015 à 2018 était – dans son intensité – très inhabituelle dans le contexte multiséculaire et sans précédent pour de grandes events de l’Europe centrale et occidentale. Cela suggère que les sécheresses estivales européennes pendant ces dernières années sont potentiellement influencées par le réchauffement anthropique », résume Mandy Freund.
Cependant, la reconstruction fournit des preuves que des sécheresses pluriannuelles se sont également produites dans le passé, en particulier pendant le soi-disant minimum amount de Maunder entre 1645 et 1715, une période pendant le soi-disant petit âge glaciaire, lorsque l’irradiance solaire était furthermore faible qu’aujourd’hui et les taches solaires étaient rares. Cette observation surprenante de sécheresses pluriannuelles lors de faibles éclairements solaires reste l’objet de recherches futures.
“Dans l’ensemble, nous avons trouvé trois phases distinctes de variabilité hydroclimatique européenne coïncidant avec le minimum de Maunder et la fin du petit âge glaciaire vers 1860”, a déclaré Daniel Balting de l’AWI, Bremerhaven. De 1600 à 1650 environ, une stage de climat plutôt humide, principalement dans le centre-ouest et le nord-ouest de l’Europe, puis pendant approximativement deux cents ans une période plutôt sèche avec les sécheresses prolongées décrites principalement en Méditerranée, Europe de l’Est et du Nord, et à partir de 1875 approximativement, une stage avec un climat estival moreover doux qui a duré jusqu’au milieu du XXe siècle. Dès lors, les chercheurs observent une tendance vers des situations furthermore sèches, possiblement liées au réchauffement anthropique.
Méthode clé : étude des rapports isotopiques dans les cernes des arbres
“Les enregistrements d’isotopes stables des cernes des arbres sont des empreintes digitales très sensibles au climat des disorders d’humidité estivale. Ils sont largement indépendants des espèces d’arbres, de l’âge des arbres et de l’emplacement du site. En tant que tels, les isotopes stables des cernes des arbres diffèrent des paramètres dendrochronologiques furthermore classiques de la largeur des cernes des arbres. et la densité du bois », explique Freund, chercheur principal de l’étude.
À chacun des 26 web pages, la cellulose a été obtenue à partir des cernes annuels de vieux arbres vivants et examinée à l’aide de méthodes d’analyse isotopique typical. Parallèlement, les échantillons ont pu être datés avec précision à l’aide de méthodes dendrochronologiques.
Les signaux climatiques contenus dans les anneaux de croissance des rapports isotopiques du carbone et de l’oxygène proviennent de processus légèrement différents.
Les rapports isotopiques du carbone 13C à 12C dans les cernes des arbres proviennent du fonctionnement des plantes pendant la photosynthèse. Ce processus est contrôlé par de minuscules ouvertures dans les feuilles appelées stomates. Les plantes utilisent les stomates pour réguler la quantité de CO2 qu’elles absorbent et la quantité de vapeur d’eau qu’elles transpirent dans l’atmosphère. Au cours de la photosynthèse dans les feuilles et les aiguilles, l’enzyme fixatrice de CO2 absorbe préférentiellement le CO2 avec le 12C as well as léger. Lorsqu’il fait sec, les arbres ferment leurs stomates pour conserver l’eau, ce qui limite également la quantité de CO2 qu’ils absorbent et les amène à absorber du CO2 avec le 13C moreover lourd pour le transformer en sucre et enfin en cellulose des cernes.
Les rapports isotopiques de l’oxygène 18O à 16O dans les cernes des arbres sont affectés par des processus physiques qui impliquent le besoin d’humidité de l’atmosphère, en fonction de facteurs tels que la température et l’humidité de l’air, ainsi que la quantité, la resource et l’historique des précipitations. De moreover, pendant la transpiration des plantes, de la vapeur d’eau isotopiquement furthermore légère (moins de 18O) est transférée dans l’atmosphère tandis que de l’eau isotopiquement as well as lourde (moreover de 18O) reste dans les feuilles et les aiguilles, imprimant la signature isotopique de l’oxygène de la cellulose des cernes. La sécheresse augmente généralement la transpiration des plantes, entraînant as well as de 18O dans les cernes des arbres.
Avantages des arbres en tant qu’archives climatiques : méthode complémentaire importante pour la recherche sur le climat dans le passé
“Les reconstructions de haute qualité de la variabilité hydroclimatique basées sur les isotopes stables des cernes ne sont pas nouvelles, cependant, il s’agit de la première approche de réseau pour établir une reconstruction du champ climatique couvrant l’ensemble du continent européen”, déclare le co-auteur Gerhard Schleser du Forschungszentrum Jülich ( FZJ).
Pour comprendre la complexité spatiale de l’hydroclimat européen à grande échelle, des ensembles de données à prolonged terme in addition explicites sur le prepare spatial sont nécessaires à partir de toutes sortes d’archives climatiques. Les données climatiques pluriséculaires sont essentielles pour la validation des modèles climatiques, y compris les comparaisons avec d’autres ensembles de données paléoclimatiques, historiques et archéologiques.
Gerhard Helle, responsable du laboratoire des cernes des arbres à la section 4.3 du GFZ et spécialiste de l’analyse des isotopes stables des cernes, déclare : “Les initiatives en cours pour consolider le réseau de données isotopiques des cernes fourniront des proportions historiques à d’autres observations, par exemple des stations climatiques ou satellites. Ces méthodes sont uniques en termes de couverture spatiale, mais manquent de ce que l’analyse des cernes peut fournir : des informations à very long terme qui sont cruciales pour améliorer notre compréhension du changement climatique et des impacts locaux et régionaux correspondants sur l’habitat humain. »