Les scientifiques simulent l'effet de collision astéroïde sur le climat et les plantes

Une nouvelle étude de modélisation du climat publiée dans la revue Science Advances par des chercheurs de l'IBS Center for Climate Physics (ICCP) à l'Université nationale de Pusan ​​en Corée du Sud présente un nouveau scénario de la façon dont le climat et la vie sur notre planète changeraient en réponse à un avenir potentiel frappe d'un astéroïde de taille moyenne (~ 500 m).

A new climate modeling study presents a scenario of how climate and life on our planet would change in response to a potential future strike of a medium-sized (~500 m) asteroid.

Une nouvelle étude de modélisation du climat présente un scénario de la façon dont le climat et la vie sur notre planète changeraient en réponse à une future grève potentielle d'un astéroïde de taille moyenne (~ 500 m).

The solar system is full of objects with near-Earth orbits. Most of them do not pose any threat to Earth, but some of them have been identified as objects of interest with non-negligible collision probabilities. Among them is the asteroid Bennu with a diameter of about 500 m, which, according to recent studies, has an estimated chance of 1-in-2700 of colliding with Earth in September 2182. This is similar to the probability of flipping a coin 11 times in a row with the same outcome.

Le système solaire est plein d'objets avec des orbites presque terres. La plupart d'entre eux ne constituent aucune menace pour la Terre, mais certains d'entre eux ont été identifiés comme des objets d'intérêt avec des probabilités de collision non négligeables. Parmi eux se trouve l'astéroïde bennu avec un diamètre d'environ 500 m, qui, selon des études récentes, a une chance estimée de 1 700 en collision avec la Terre en septembre 2182. Ceci est similaire à la probabilité de retourner une pièce 11 11 fois de suite avec le même résultat.

To determine the potential impacts of an asteroid strike on our climate system and on terrestrial plants and plankton in the ocean, researchers from the IBS Center for Climate Physics (ICCP) at Pusan National University in South Korea set out to simulate an idealized collision scenario with a medium-sized asteroid using a state-of-the-art climate model. The effect of the collision is represented by a massive injection of several hundred million tons of dust into the upper atmosphere. Unlike previous studies, the new research also simulates terrestrial and marine ecosystems, as well as the complex chemical reactions in the atmosphere.

Pour déterminer les impacts potentiels d'une frappe d'astéroïdes sur notre système climatique et sur les plantes terrestres et le plancton dans l'océan, des chercheurs du IBS Center for Climate Physics (ICCP) de l'Université nationale de Pusan ​​en Corée du Sud ont entrepris de simuler un scénario de collision idéalisé avec Un astéroïde de taille moyenne utilisant un modèle climatique de pointe. L'effet de la collision est représenté par une injection massive de plusieurs centaines de millions de tonnes de poussière dans la haute atmosphère. Contrairement aux études précédentes, la nouvelle recherche simule également les écosystèmes terrestres et marins, ainsi que les réactions chimiques complexes dans l'atmosphère.

Using the IBS supercomputer Aleph, the researchers ran several dust impact scenarios for a Bennu-type asteroid collision with Earth. In response to dust injections of 100–400 million tons, the supercomputer model simulations show dramatic disruptions in climate, atmospheric chemistry, and global photosynthesis in the 3–4 years following the impact (Figure 1).

En utilisant le supercalculateur IBS Aleph, les chercheurs ont dirigé plusieurs scénarios d'impact de poussière pour une collision d'astéroïdes de type Bennu avec la Terre. En réponse à des injections de poussière de 100 à 400 millions de tonnes, les simulations du modèle de supercalculateur montrent des perturbations spectaculaires du climat, de la chimie atmosphérique et de la photosynthèse mondiale au cours des 3 à 4 années suivant l'impact (figure 1).

For the most intense scenario, solar dimming due to dust would cause global surface cooling of up to 4˚C, a reduction of global mean rainfall by 15%, and severe ozone depletion of about 32%. However, regionally, these impacts could be much pronounced.

Pour le scénario le plus intense, la gradation solaire due à la poussière entraînerait un refroidissement global de surface jusqu'à 4 ° C, une réduction des précipitations moyennes mondiales de 15% et une épuisement sévère d'ozone d'environ 32%. Cependant, dans la région, ces impacts pourraient être très prononcés.

“The abrupt impact winter would provide unfavorable climate conditions for plants to grow, leading to an initial 20–30% reduction of photosynthesis in terrestrial and marine ecosystems. This would likely cause massive disruptions in global food security,” says Dr. Lan Dai, postdoctoral research fellow at the ICCP and lead author of the study.

«L'hiver brusque offrirait des conditions climatiques défavorables pour que les plantes se développent, conduisant à une réduction initiale de 20 à 30% de la photosynthèse des écosystèmes terrestres et marins. Cela entraînerait probablement des perturbations massives de la sécurité alimentaire mondiale », explique le Dr Lan Dai, chercheur postdoctoral à l'ICCP et auteur principal de l'étude.

When the researchers looked into ocean model data from their simulations, they were surprised to find that plankton growth displayed a completely different behaviour. Instead of the rapid reduction and slow two-year-long recovery on land, plankton in the ocean recovered within 6 months and even increased afterwards to levels not even seen under normal climate conditions.

Lorsque les chercheurs ont examiné les données des modèles océaniques de leurs simulations, ils ont été surpris de constater que la croissance du plancton a montré un comportement complètement différent. Au lieu de la réduction rapide et du ralentissement de la récupération de deux ans sur des terres, le plancton dans l'océan s'est rétabli dans les 6 mois et a même augmenté par la suite à des niveaux qui ne sont même pas vus dans des conditions climatiques normales.

“We were able to track this unexpected response to the iron concentration in the dust,” says Prof. Axel Timmermann, Director of the ICCP and co-author of the study. Iron is a key nutrient for algae, but in some areas, such as the Southern Ocean and the eastern tropical Pacific, its natural abundance is very low.

«Nous avons pu suivre cette réponse inattendue à la concentration en fer dans la poussière», explique le professeur Axel Timmermann, directeur de l'ICCP et co-auteur de l'étude. Le fer est un nutriment clé pour les algues, mais dans certaines régions, comme l'océan Austral et le Pacifique tropical oriental, son abondance naturelle est très faible.

Depending on the iron content of the asteroid and of the terrestrial material, that is blasted into the stratosphere, the otherwise nutrient-depleted regions can become nutrient-enriched with bioavailable iron, which in turn triggers unprecedented algae blooms. According to the computer simulations, the post-collision increase of marine productivity would be most pronounced for silicate-rich algae—referred to as diatoms. Their blooms would also attract large amounts of zooplankton—small predators, which feed on the diatoms.

Selon la teneur en fer de l'astéroïde et du matériau terrestre, qui est explosé dans la stratosphère, les régions appauvries par ailleurs en nutriments peuvent devenir enrichies en nutriments avec du fer biodisponible, ce qui déclenche à son tour des proliférations d'algues sans précédent. Selon les simulations informatiques, l'augmentation post-collision de la productivité marine serait la plus prononcée pour les algues riches en silicate - référées comme diatomées. Leurs fleurs attireraient également de grandes quantités de zooplancton - des prédateurs qui se nourrissent des diatomées.

“The simulated excessive phytoplankton and zooplankton blooms might be a blessing for the biosphere and may help alleviate emerging food insecurity related to the longer-lasting reduction in terrestrial productivity,” adds Dr. Lan Dai.

«Les fleurs simulées excessives de phytoplancton et de zooplancton pourraient être une bénédiction pour la biosphère et peuvent aider à atténuer l'insécurité alimentaire émergente liée à la réduction plus durable de la productivité terrestre», ajoute le Dr Lan Dai.

“On average, medium-sized asteroids collide with Earth about every 100–200 thousand years. This means that our early human ancestors may have experienced some of these planet-shifting events before with potential impacts on human evolution and even our own genetic makeup,” says Prof. Timmermann.

«En moyenne, les astéroïdes de taille moyenne entrent en collision avec la Terre environ 100 à 200 mille ans. Cela signifie que nos premiers ancêtres humains ont peut-être connu certains de ces événements de changement de planète avec des impacts potentiels sur l'évolution humaine et même notre propre composition génétique », explique le professeur Timmermann.

The new study in Science Advances provides new insights into the climatic and biospheric responses to collisions with near-Earth orbit objects. In the next step the ICCP researchers from South Korea plan to study early human responses to such events in more detail by using agent-based computer models, which simulate individual humans, their life cycles and their search for food.

La nouvelle étude des avancées scientifiques fournit de nouvelles perspectives sur les réponses climatiques et biosphériques aux collisions avec des objets en orbite proche de la Terre. Dans la prochaine étape, les chercheurs de l'ICCP de Corée du Sud prévoient d'étudier plus en détail les réponses humaines précoces à ces événements en utilisant des modèles informatiques basés sur des agents, qui simulent les humains individuels, leurs cycles de vie et leur recherche de nourriture.