Vous voulez savoir à quelle vitesse l'océan se réchauffe? Suivez le tremblement de terre

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Par: Katherine Kornei

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En chronométrant les ondes sonores mises en mouvement par les tremblements de terre, les scientifiques ont estimé que l'océan Indien se réchauffe d'environ 0,044 K par décennie.

À mesure que les gaz à effet de serre s’accumulent dans l’atmosphère terrestre, la planète retient la chaleur qui, autrement, se dissiperait dans l’espace. La majeure partie de cette chaleur supplémentaire est absorbée par l'océan, et les chercheurs se sont maintenant tournés vers une source de données improbable – les tremblements de terre – pour étudier la vitesse à laquelle l'eau de mer se réchauffe. Leurs mesures révèlent que l'océan Indien se réchauffe d'environ 0,044 K par décennie. C'est beaucoup plus rapide que le taux mesuré par un tableau de flotteurs autonomes, ont rapporté les auteurs.

Un stimulateur climatique

Plus de 90% de l'énergie piégée par les gaz à effet de serre finit par réchauffer l'océan. En conséquence, l'océan mondial est en quelque sorte un stimulateur climatique, a déclaré Jörn Callies, océanographe au California Institute of Technology de Pasadena et co-auteur de la nouvelle étude. «L'océan joue un rôle important dans le système climatique.»

L'océan joue un rôle important dans le système climatique.

Mais comprendre la rapidité avec laquelle l'océan se réchauffe a été, jusqu'à très récemment, un peu difficile. "Vous abaisser un instrument sur le côté (d'un navire) et prendre la température", a déclaré Callies. Ce processus laborieux a abouti à une couverture inégale et biaisée, car les navigateurs n'avaient guère d'intérêt à naviguer sur l'océan Austral notoirement incliné, par exemple.

Cependant, tout a changé en 2000 lorsque le premier flotteur autonome Argo a été déployé. Chacun de ces instruments robotiques d'environ un mètre de long prend des lectures répétées de la conductivité, de la température et de la pression de l'océan à mesure qu'il monte et descend dans la colonne d'eau. Environ 4 000 flotteurs Argo parcourent désormais l’océan mondial, dérivant avec les courants.

Aller plus loin que Argo

Mais une limitation des flotteurs Argo est qu'ils ne dépassent pas environ 2000 mètres. (Un programme connu sous le nom de Deep Argo, actuellement en cours de pilotage, enverra des flotteurs à une profondeur de 6000 mètres.) Pour mieux comprendre comment l'océan – y compris ses parties les plus profondes – se réchauffe, Callies et ses collègues ont repoussé une idée proposée il y a plus de 40 ans: mesurez l'évolution des temps de parcours des ondes sonores se propageant dans l'eau.

Nous utilisons des tremblements de terre pour générer le son.

La physique veut que les ondes sonores voyagent plus vite dans une eau plus chaude que dans une eau plus froide. Mais des chercheurs des années 1990 ont découvert que la génération d'ondes sonores à l'aide de haut-parleurs sous l'eau, par exemple, comportait ses propres difficultés, a déclaré Bruce Cornuelle, océanographe physique à la Scripps Institution of Oceanography de La Jolla, en Californie, non impliqué dans la recherche. «Créer des sources sonores coûte cher, et il y avait beaucoup de questions sur ce que cela ferait pour les mammifères marins.»

Callies et ses collègues ont choisi de se tourner vers une source naturelle d'ondes sonores. «Nous utilisons des tremblements de terre pour générer le son», a déclaré Callies. Lorsque les ondes sismiques secouent le fond marin, elles génèrent des ondes sonores dans l'océan. Ces ondes voyagent à environ 1,5 kilomètre par seconde, bien plus lentement que les ondes primaires (P) et secondaire (S) ondes sismiques – et elles sont reconverties en ondes sismiques lorsqu'elles touchent à nouveau le fond marin.

À la recherche de jumeaux

Callies et ses collaborateurs se sont concentrés sur la région proche de l’île indonésienne de Sumatra, l’un des sites les plus sujets aux tremblements de terre au monde. Ce domaine est spécial, a déclaré Wenbo Wu, sismologue au California Institute of Technology et auteur principal de la nouvelle étude. «La subduction s'y glisse continuellement.» Comme la même section de faille glisse à plusieurs reprises au fil du temps, elle génère des tremblements de terre avec des formes d'onde presque identiques. Ces «tremblements de terre à répétition» peuvent être séparés dans le temps par des heures, des jours ou des années.

À l'aide d'un catalogue de tremblements de terre compilé par le Centre sismologique international, les scientifiques ont isolé 2 047 paires de tremblements de terre à répétition qui se sont produits près de Sumatra de 2004 à 2016. La découverte de ces répéteurs a rendu cette recherche possible, a déclaré Callies. Les ondes sismiques des tremblements de terre à répétition proviennent du même endroit, de sorte que tout changement dans le temps de trajet peut être lié aux changements de température de l'océan, a-t-il déclaré. «Si nous n’avions pas utilisé de répéteurs, l’incertitude sur le lieu du séisme aurait submergé tous les signaux océaniques.»

Pour chaque paire de tremblements de terre à répétition, les chercheurs ont calculé la différence des temps de parcours des vagues entre leur origine à Sumatra et un récepteur sismique sur Diego Garcia, un atoll situé à environ 3000 kilomètres et faisant partie du territoire britannique de l'océan Indien.

L'équipe a constaté que les différences de temps de trajet – généralement de quelques dixièmes de seconde – avaient tendance à augmenter avec le temps. C’est la signature d’un océan qui se réchauffe.

Une tendance au réchauffement prononcée

Les chercheurs ont calculé qu'en moyenne, l'océan Indien s'était réchauffé d'environ 0,044 K par décennie entre 2004 et 2016, ont-ils rapporté le mois dernier en Science. C'est environ 70% de plus que le taux dérivé d'Argo de 0,026 K par décennie. Cet écart est quelque peu attendu, a déclaré Callies, car les deux ensembles de données sondent différentes parties de la colonne d'eau. (Il est rassurant de constater que les deux ensembles de données montrent des fluctuations de la température de l'eau avec les mêmes périodes – 6 et 12 mois – qui sont très probablement saisonnières, a montré l'équipe.)

Ces résultats sont intrigants, mais il y a plus à étudier, a déclaré Cornuelle de Scripps. Par exemple, il est important de comprendre dans quelle mesure les différences de temps de trajet proviennent de véritables changements de température par rapport à de petits changements dans les emplacements des tremblements de terre, a-t-il déclaré.

À l'avenir, il serait avantageux d'utiliser des récepteurs sous-marins – des hydrophones – pour détecter directement les ondes sonores en mouvement, a déclaré Callies, plutôt que de compter sur leur reconversion en ondes sismiques et captées par des capteurs sismiques terrestres. Cela permettrait de collecter des mesures de tremblements de terre encore plus petits – et donc plus nombreux.

Il est également possible d’examiner les ondes sonores de différentes fréquences, a déclaré Callies, pour étudier les changements de température à différentes profondeurs d’eau. "Lorsque vous augmentez la fréquence, vous êtes sensible aux différentes parties de la colonne d'eau." Cette enquête s'est concentrée sur des fréquences comprises entre 1,5 et 2,5 hertz, mais tout ce qui se situe entre 1,0 et 10,0 hertz devrait être possible, proposent les chercheurs. «C’est du futur», a déclaré Callies.

Eos d'AGU (@AGU_Eos) | Twitter

Cette histoire a été initialement publiée dans le magazine Eos d'AGU et est republié ici dans le cadre de Covering Climate Now, une collaboration journalistique mondiale visant à renforcer la couverture de l'histoire du climat.


Image principale gracieuseté de Caltech.

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