vignette|Représentation de la Charte royale coulant lors d'une tempête au large d'Anglesey, 1859.
La est l'étude de l'activité passée des cyclones tropicaux au moyen de proxys géologiques ainsi que de documents historiques. Le terme a été inventé par le météorologue américain Kerry Emanuel.
L'approche habituelle en paléotempestologie est l'identification des dépôts laissés par les tempêtes. Le plus souvent, il s’agit de dépôts excessifs dans les plans d’eau proches de la côte ; d'autres moyens sont les variations du rapport isotopique de l'oxygène causées par les précipitations des cyclones tropicaux dans les arbres ou les spéléothèmes (dépôts de grottes) et l'identification des crêtes de plage soulevées par les vagues de tempête. Le taux d’occurrence des cyclones tropicaux peut alors être déduit de ces dépôts et parfois aussi leur intensité – généralement les événements les plus forts sont les plus facilement reconnaissables –, en les comparant aux dépôts laissés par les événements historiques.
Des recherches paléotempestologiques ont montré que sur la côte du golfe du Mexique et en Australie, le taux d'apparition de cyclones tropicaux intenses est d'environ une fois tous les quelques siècles, et qu'il existe des variations à long terme dans leur occurrence, causées, par exemple, par des changements de température, de leurs chemins. Les problèmes courants en paléotempestologie sont des facteurs de confusion tels que les dépôts générés par les tsunamis et le fait que seules certaines parties du monde ont été étudiées. Définition et justification La paléotempestologie est l'estimation de l'activité des cyclones tropicaux à l'aide de données proxy (des éléments qui témoignent des conséquences des cyclones sans être des mesures directes de ces derniers). Le nom de la discipline a été inventé par Kerry Emanuel du Massachusetts Institute of Technology; le domaine a connu une activité accrue depuis les années 1990 et des études ont été menées pour la première fois aux États-Unis d'Amérique sur la côte Est.
La prise de conscience qu'on ne peut pas se fier uniquement aux archives historiques pour déduire l'activité des tempêtes passées a été une force motrice majeure pour le développement de la paléotempestologie. Dans de nombreux endroits, les archives historiques sont trop courtes (un siècle au maximum) pour déterminer correctement le risque produit par les cyclones tropicaux, en particulier les rares très intenses qui sont parfois sous-échantillonnés par les archives historiques; aux États-Unis, par exemple, seulement environ de données sont disponibles, et seul un petit nombre d’ouragans classés dans les catégories 4 ou 5 – les plus destructeurs sur l’échelle de Saffir-Simpson – ont touché terre, ce qui rend difficile l’estimation du niveau de risque. De tels enregistrements peuvent également ne pas être représentatifs des conditions météorologiques futures.
Les informations sur les occurrences passées de cyclones tropicaux peuvent être utilisées pour limiter la façon dont leurs occurrences pourraient changer à l'avenir, ou sur la façon dont ils réagissent aux modes climatiques à grande échelle, tels que les changements de température de la surface de la mer. En général, l’origine et le comportement des systèmes cycloniques tropicaux sont mal compris et on craint que le réchauffement climatique d’origine humaine n’augmente l’intensité des cyclones tropicaux et la fréquence des événements violents en augmentant les températures de la surface de la mer.
Techniques En général, la paléotempestologie est un domaine scientifique complexe qui chevauche d'autres disciplines comme la climatologie et la géomorphologie côtière. Un certain nombre de techniques ont été utilisées pour estimer les risques passés liés aux cyclones tropicaux. Beaucoup de ces techniques ont également été appliquées à l'étude des tempêtes extratropicales, bien que la recherche dans ce domaine soit moins avancée que sur les cyclones tropicaux.
Dépôts excessifs Les dépôts inondés dans les atolls, les lacs côtiers, les marais ou les platiers récifaux constituent la preuve paléoclimatologique la plus importante des frappes de cyclones tropicaux. Lorsque les tempêtes frappent ces zones, les courants et les vagues peuvent franchir les barrières, éroder celles-ci et d'autres structures de plage et déposer des dépôts dans les plans d'eau derrière les barrières. Des brèches isolées et des franchissements particulièrement répandus des barrières côtières lors de tempêtes peuvent générer des dépôts en couches en forme d'éventail derrière la barrière. Des couches individuelles peuvent être corrélées à des tempêtes particulières dans des circonstances favorables ; en outre, ils sont souvent séparés par une frontière claire des sédiments antérieurs. De tels dépôts ont par exemple été observés en Caroline du Nord après l'ouragan Isabel en 2003. L'intensité et les impacts du cyclone tropical peuvent également être déduits des dépôts de débordement en comparant les dépôts à ceux formés par les tempêtes connues et en analysant leur lithologie (leurs caractéristiques physiques). De plus, des couches de sédiments plus épaisses correspondent généralement à des systèmes de tempêtes plus forts. Cette procédure n'est cependant pas toujours claire.
Plusieurs techniques ont été appliquées pour séparer les dépôts de débordement des tempêtes des autres sédiments :
Comparés aux processus de sédimentation normaux dans de tels endroits, les dépôts des cyclones tropicaux sont plus rugueux et peuvent être détectés par tamisage, technologies dépendantes du laser ou techniques de fluorescence aux rayons X. Dans les carottes de sédiments, les dépôts formés par les cyclones tropicaux peuvent être plus denses en raison d'une plus grande proportion de minéraux associés aux débordements, qui peuvent être détectés par des techniques de fluorescence aux rayons X. Ils peuvent contenir moins de matière organique que les dépôts formés par sédimentation régulière, ce qui peut être détecté en brûlant les dépôts et en mesurant la perte de masse qui en résulte. Ceci et la granulométrie des sédiments sont les outils de recherche les plus courants pour les carottes de sédiments. Une technique peu utilisée est l’analyse de la matière organique dans les carottes de sédiments ; il existe des changements caractéristiques dans les rapports isotopiques du carbone et de l'azote après l'inondation et l'entrée dans l'eau de mer, y compris une augmentation générale de la productivité biologique. Les dépôts de surlavage peuvent contenir des éléments qui ne sont normalement pas présents sur le site, comme le strontium ; cela peut être détecté grâce aux techniques de fluorescence des rayons X. Les dépôts de surlavage ont généralement des couleurs plus vives que celles générées lors d'une sédimentation régulière et différentes quantités de fragments grossiers. Les ondes de tempête peuvent transporter des structures vivantes dans des dépôts qui ne se produisent normalement pas dans ces contextes. Les sécheresses ou l’entrée d’eau sans rapport avec une tempête peuvent cependant perturber ces enregistrements. Ainsi, cette méthode est souvent complétée par d’autres proxys. La structure vivante la plus couramment utilisée ici sont les foraminifères, bien que les bivalves, les diatomées, les dinoflagellés, les ostracodes et le pollen aient également été utilisés. Les foraminifères marins ne sont cependant pas toujours présents dans les dépôts formés par les tempêtes historiques.
Généralement, les sites propices à l'obtention d'enregistrements paléotempestologiques ne se trouvent pas sur toute la longueur du littoral et, en fonction des propriétés du site telles que la couverture végétale, ils peuvent uniquement suivre les tempêtes venant d'une certaine direction. Les conditions préalables à une corrélation réussie entre les dépôts excessifs et les cyclones tropicaux sont les suivantes :
L'absence de tsunamis dans la région, car leurs dépôts ne peuvent généralement pas être facilement distingués des dépôts de tempête. La zone d’investigation devrait avoir une faible activité biologique, car la bioturbation pourrait autrement effacer les traces de dépôts de tempête. Une faible activité biologique peut être trouvée dans des sites présentant des concentrations élevées de sel ou de faibles concentrations d'oxygène. Une grande stabilité géomorphique du site. Des taux de sédimentation élevés peuvent faciliter la préservation des dépôts de tempête. Les marées peuvent détruire les dépôts de tempête en couches ; les plans d’eau sans marée sont donc idéalement utilisés. Dans les plans d'eau soumis à une activité de marée, des corrélations impliquant diverses carottes de sédiments peuvent être appliquées.
Datation et détermination de l’intensité Diverses techniques de datation peuvent ensuite être utilisées pour produire une chronologie des frappes de cyclones tropicaux à un endroit donné et donc un taux de récurrence ; par exemple, au lac Shelby en Alabama, une période de retour d'une fois tous les a été déterminée. Les tempêtes enregistrées dans le lac Shelby ont des vitesses de vent supérieures à 190 kilomètres par heure, car l'ouragan Ivan, qui en 2004 a touché terre dans la région à cette intensité, n'a laissé aucun dépôt. Sur la base de considérations géologiques, la vitesse minimale du vent des tempêtes enregistrées là-bas pourrait être de 230 kilomètres par heure.
À des fins de datation, les procédures de datation radiométrique impliquant le carbone 14, le césium 137 et le plomb 210 sont les plus couramment utilisées, souvent en combinaison. La datation en série de l'uranium, la luminescence stimulée optiquement et les corrélations avec l'utilisation humaine des terres peuvent également être utilisées à certains endroits.
Crêtes de plage Les crêtes de plage et les cheniers se forment lorsque des ondes de tempête, des vagues de tempête ou des marées déposent des débris dans les crêtes, une crête correspondant généralement à une tempête. Les crêtes peuvent être formées par des décombres coralliens là où les récifs coralliens se trouvent sur la côte, et peuvent contenir des structures de couches complexes, des coquillages, de la pierre ponce, et du gravier. Un exemple connu est la crête générée par le cyclone Bebe sur l'atoll de Funafuti en 1971.
Les crêtes de plage sont courantes sur les côtes deltaïques de la Chine et indiquent une activité accrue des typhons. Ils ont également été trouvés sur les côtes australiennes face à la Grande Barrière de Corail et sont formés à partir de coraux retravaillés. La hauteur de chaque crête semble être en corrélation avec l'intensité de la tempête qui l'a produite, et ainsi l'intensité de la tempête en formation peut être déduite par modélisation numérique et comparaison avec les tempêtes connues et les ondes de tempête connues. Les crêtes ont tendance à être plus anciennes à mesure qu'elles se trouvent à l'intérieur des terres ; elles peuvent également être datées par luminescence stimulée optiquement et par datation au radiocarbone. De plus, aucune crête de plage générée par le tsunami n'a été observée, et les tsunamis sont d'importants facteurs de confusion en paléotempestologie.
L'érosion ou l'accumulation provoquée par le vent peut modifier l'élévation de ces crêtes et, en outre, la même crête peut être formée par plus d'une tempête, comme cela a été observé en Australie. Les crêtes de plage peuvent également se déplacer par des processus non-tempête après leur formation et peuvent se former par des processus cycloniques non tropicaux. La texture sédimentaire peut être utilisée pour déduire l'origine d'une crête à partir des ondes de tempête.
Rapports isotopiques