Climate variability over the tropical Indian Ocean since the Last Glacial Maximum and its impact on primary productivity : insights from model-data comparisons
Variabilité climatique de l’Océan Indien Tropical depuis le dernier maximum glaciaire et son impact sur la productivité primaire : apport des comparaisons modèles-données
Résumé
The tropical Indian Ocean is under the influence of both, the Indian monsoon characterized by southwesterly winds during summer and northeasterly winds during winter, and the zonal Walker circulation characterized by annual mean equatorial westerly winds. These mechanisms impact marine primary productivity (PP) today and in the past. However, a very few paleo-PP reconstructions exist in that area so far, and this is particularly the case when dealing with the last 25 000 years (kyrs) despite their major contribution in understanding low-latitude climate patterns under changing boundary conditions such as insolation, ice volume, sea-level, and greenhouse gases concentrations. It also witnesses significant changes in the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) that modulates latitudinal heat transport, particularly during the Heinrich Stadial 1 (HS1; 17.5-15 ka) and the Bølling–Allerød (B-A; 14.7-13 ka), and during the Younger Dryas (YD; 12.9-11.5 ka), characterized by cold and warm conditions in the northern hemisphere, respectively. The aim of this work is to reconstruct orbital to millennial scale PP patterns of the tropical Indian Ocean since the Last Glacial Maximum (LGM) based on coccolith assemblage analyses of four sediment cores retrieved in the Bay of Bengal (BoB) and the Arabian Sea (AS), and understand their relationships with the Indian Monsoon and Walker circulations using paleoclimate model outputs. It appears that all reconstructed PP patterns obtained over the last 25 kyrs are closely related to the nutrient content in sea surface, that is paced by stratification vs mixing. In the northeastern BoB, changes in PP are associated to changes in sea surface salinity (SSS)-related stratification that are driven by freshwater input from the Irrawaddy-Salween river systems and hence, by changes in the Indian summer monsoon (ISM). In the northwestern AS, changes in PP are related to changes in sea surface temperature (SST)-related stratification that are associated to northeastern surface wind dynamics and hence, changes in the Indian winter monsoon (IWM). Higher PP in the northern BoB and the AS during the LGM, HS1 and YD compared to preindustrial times, highlight lower SSS and SST-related stratifications respectively, and document weaker ISM and stronger IWM. Conversely, lower PP during the B-A and the (early-) Holocene documents opposite condition as the ISM strengthens, and the IWM weakens. In all cases, it appears that the early Holocene patterns are closely related to a summer insolation maximum in the Northern Hemisphere, and that the shutdown (reinvigoration) of the AMOC during HS1 and YD (B-A), creates a weaker (stronger) poleward heat transport over the Atlantic that makes the Eurasian continent cooler (warmer).In the southern parts of the BoB, changes of PP obtained off northwestern Sumatra and southern India, are related to variations in coastal upwelling dynamics. Studied sites are under the influence of zonal winds and thus, appears to be sensitive to the Walker circulation dynamic. The Walker circulation appears to be weaker during the LGM and the Early Holocene compared to preindustrial times as equatorial easterly and southeasterly winds dominate, respectively. This is probably linked to the exposure of continental shelves of Maritime Continent during the LGM and to the insolation maxima during the early Holocene. In all cases this work helps better understanding the patterns and timing of the Indian monsoon and its link to the AMOC and the Walker circulation with probable applications for model projections under the recent global warming.
L'océan Indien tropical est sous l'influence de la mousson indienne caractérisée par des vents du sud-ouest en été et du nord-est en hiver, et de la circulation zonale de Walker caractérisée par des vents d'ouest équatoriaux. Ces deux mécanismes climatiques influencent la distribution de la productivité primaire marine (PP) actuelle et passée. Très peu de reconstructions de paléo-PP existent dans cette zone, et c'est particulièrement le cas lorsqu'on s’intéresse aux 25 000 dernières années malgré des changements importants des conditions climatiques limites telles que l’insolation, le volume de glace, le niveau marin ou les concentrations en gaz à effet de serre. Cette période enregistre par ailleurs, d'importants changements dans la circulation méridienne de retournement Atlantique (AMOC) qui module le transport latitudinal de chaleur, en particulier pendant le Stade Heinrich 1 (HS1 ; 17.5-15 ka) et le Bølling-Allerød (BA ; 14.7-13 ka) et pendant le Dryas récent (YD ; 12.9-11.5 ka), respectivement caractérisés par des conditions froides et chaudes dans l'hémisphère Nord. L'objectif de ce travail est i) de reconstruire la dynamique orbitale à millénaire de la PP de l'océan Indien tropical depuis le dernier maximum glaciaire (DMG) via l’analyses des coccolithes de quatre carottes sédimentaires récoltées dans le golfe du Bengal (GdB) et la Mer d'Arabie (MArb) et ii) de comprendre leurs relations avec les circulations de mousson indienne et de Walker via l’utilisation des sorties de modèles paléoclimatiques. Il s’avère que les changements de PP des derniers 25 ka sont étroitement liés à la teneur en nutriments des eaux océaniques de surface et sont rythmés par la stratification vs le mélange des eaux. Plus particulièrement, dans le NE du GdB, ils sont associés à des modifications de la salinité des eaux de surface en lien avec les apports en eau douce du système fluviatile de l'Irrawaddy et du Salween pendant la mousson indienne d’été (MIE). Dans le NO de la MArb, ils sont liés aux changements de température des eaux océaniques de surface (SST) et à la dynamique des vents du NE pendant la mousson indienne d'hiver (MIH). Une PP plus élevée dans le GdB et la MArb pendant le DMG, le HS1 et le YD, reflète des eaux océaniques de surface plus faiblement stratifiées en raison d’une diminution des apports en eaux douce (GdB) et d’une augmentation de l'intensité des vents du NE (MArb), documentant ainsi une MIE plus faible et une MIH plus forte, tandis que des conditions opposées sont enregistrées pendant le B-A et l'Holocène. Il semble que les conditions de l'Holocène inférieur soient liées à un maximum d'ensoleillement estival dans l’hémisphère nord, tandis que l'arrêt (reprise) de l'AMOC pendant HS1 et YD (BA), est associé à un transfert de chaleur plus faible (plus fort) entre les basses et hautes latitudes, ce qui rend le continent eurasien plus frais (plus chaud). Les changements de PP enregistrés dans le GdB au large de Sumatra et au Sud de l'Inde, sont liés aux variations de la dynamique d’upwellings côtiers. Les sites étudiés sont sous l'influence des vents zonaux et semblent refléter la dynamique de la circulation de Walker qui reste faible pendant le DMG et le début de l'Holocène en raison de vents équatoriaux d'Est et de vents équatoriaux du SE respectivement dominants pendant ces périodes. Ces conditions sont probablement liées à l'exposition des plateformes du continent maritime pendant le DMG et au maximum d'ensoleillement au début de l'Holocène. Dans tous les cas, cette étude permet de mieux comprendre les schémas spatio-temporels de la mousson indienne et leurs liens avec l'AMOC et la circulation de Walker. Il ne fait aucun doute qu’elle permettra d’améliorer les projections futures dans le contexte du réchauffement climatique actuel.
Origine : Version validée par le jury (STAR)