För femtiosex miljoner år sedan, jorden upplevde en exceptionell episod av global uppvärmning. På mycket kort tid i geologisk skala, inom 10 till 20, 000 år, medeltemperaturen ökade med fem till åtta grader, återvände först till sin ursprungliga nivå några hundra tusen år senare. Baserat på analysen av sediment från Pyrenéernas södra sluttning, forskare från universitetet i Genève (UNIGE) mätte effekten av denna uppvärmning på flodöversvämningar och det omgivande landskapet. Översvämningarnas amplitud ökade med en faktor åtta – och ibland till och med med en faktor 14 – och vegeterade landskap kan ha ersatts av torra, steniga slätter. Deras oroande slutsatser, att publiceras i Vetenskapliga rapporter , visa att konsekvenserna av en sådan global uppvärmning kan ha varit mycket större än vad nuvarande klimatmodeller förutsäger.

"Metoden vi förlitade oss på för att analysera denna globala uppvärmning är direkt inspirerad av cellsignalering inom systembiologi, där forskare analyserar cellers svar på yttre stimuli och den efterföljande signalöverföringen, " förklarar Sébastien Castelltort, professor vid institutionen för geovetenskaper vid UNIGEs naturvetenskapliga fakultet, och ledare för studien. "Vi är intresserade av hur ett system, i detta fall den hydrologiska cykeln genom floders beteende, reagerar på en extern signal, här, den globala uppvärmningen." Detta projekt fokuserade på ett extremt klimatfall som var välkänt för forskare:en uppvärmning på fem till åtta grader som inträffade för 56 miljoner år sedan, mellan paleocen och eocen epoker, även känd under akronymen PETM (Palaeocene-Eocene Thermal Maximum). Namnet Earth Surface Signaling System (ESSS), detta projekt stöds av Swiss National Science Foundation (SNSF).

Palmer på polära breddgrader

Redan på 1970-talet forskare observerade en stark anomali i förhållandet mellan stabila kolisotoper (δ13C), på grund av den relativa ökningen av andelen lätta isotopen (12C) jämfört med den tunga isotopen (13C), som återspeglar ett avbrott i kolets kretslopp, både i haven och på kontinenterna, förknippas med en global uppvärmning och dess spektakulära konsekvenser. Palmer trivdes på polära breddgrader, och lite marint plankton, som dinoflagellat Apectodinium, normalt begränsat till tropiska vatten, spred sig plötsligt över hela världen. Geologer använder denna typ av observationer som sanna "paleotermometrar, " som, I detta fall, visa en höjning av ytvattentemperaturen som har nått nästan 36 grader på sina ställen, en dödlig temperatur för många organismer. Flera fenomen nämns som möjliga orsaker till denna globala uppvärmning, från den intensiva vulkaniska aktiviteten i flera delar av världen under denna period, till destabilisering av metanhydrater, dessa metan "isbitar" som bara förblir stabila under vissa tryck- och temperaturförhållanden, och som genom avgasning skulle ha släppt ut sin växthusgas.

Men även om händelsen är känd och dess orsaker har undersökts ingående, hur är det med konsekvenserna? "Frågan är viktig, eftersom det finns en uppenbar analogi med den nuvarande globala uppvärmningen. Det finns lärdomar att dra av detta evenemang, i ännu högre grad eftersom temperaturökningen vi för närvarande bevittnar verkar vara mycket snabbare, " betonar Sébastien Castelltort.

Småsten som avslöjar flodernas historia

De spanska Pyrenéerna erbjuder sediment som gör att vi kan observera de gamla flodkanalerna och bestämma deras storlek. Chen Chen, en doktorand vid institutionen för geovetenskap vid UNIGEs naturvetenskapliga fakultet, säger att tusentals forntida flodstenar mättes på fältet. Steg för steg, tack vare det direkta förhållandet mellan storleken på småsten och flodernas sluttning, forskarna kunde därmed beräkna deras flödeshastighet och utsläpp. De har därför avslöjat hela historien om dessa floder, och de spektakulära förändringarna som har påverkat dem.

För femtiosex miljoner år sedan, Pyrenéerna höll på att bildas, och deras fot genomkorsades av små isolerade kanaler i en översvämningsslätt där de avsatte mycket bördigt alluvium, främja utvecklingen av vegetation vars rötter skulle förankra jorden. Lämnar Pyrenéernas piemonte, dessa små floder gick sedan västerut in i Atlanten, som då bara låg cirka 30 kilometer bort.

"Med den globala uppvärmningen, landskapet förändrades totalt. De kanalbildande översvämningarna, som sker i genomsnitt vartannat till vart tredje år och vars flöde vi har kunnat mäta, gick upp till 14 gånger högre än tidigare när klimatet var svalare, " förklarar Sébastien Castelltort. Under PETM, floder ändrade ständigt kurs, de anpassade sig inte längre till ökad flytning genom att snitta sin säng, men istället, de vidgades, ibland dramatiskt, från 15 till 160 meter breda i det mest extrema fallet. Istället för att bli instängd i översvämningsslätterna, alluviumet överfördes direkt mot havet, och växtligheten verkade försvinna. Landskapet förvandlades till torra vidsträckta grusslätter, korsas av efemära och strömmande floder.

Mycket större risker än väntat

Forskare vet fortfarande inte hur nederbördsmönster har förändrats, men de vet att denna uppvärmning har lett till mer intensiva översvämningar och högre säsongsvariationer, med betydligt varmare somrar. Högre avdunstning resulterade i en oväntad ökning av översvämningsstorleken. En grad av temperaturökning innebär en 7 procents ökning av atmosfärens förmåga att hålla kvar fukt, och detta förhållande används i allmänhet för att bedöma ökningen i nederbörd. "Men vår studie visar att det finns trösklar, icke-linjära utvecklingar som går utöver detta förhållande. Med ett förhållande på 14 för översvämningsstorlek, vi möter effekter som vi inte förstår, vilket kanske kan förklaras av lokala faktorer, men också av globala faktorer som ännu inte är inkorporerade i nuvarande klimatmodeller. Vår studie visar att riskerna med global uppvärmning kan vara mycket större än vi i allmänhet tror, " avslutar Sébastien Castelltort.