Alors qu’on nous menace sans cesse d’un réchauffement global, réfléchissons à comment fonctionnent les glaciations et à quand la prochaine ?

« Bien avant que soit connu l’âge précis des glaciations successives, une théorie astronomique du climat avait été proposée dès la fin du siècle dernier. Cette théorie a surtout été développée par le mathématicien serbe Milutin Milankivitch à partir de 1924, d’où le terme de théorie de Milankivitch. Cette théorie est fondée sur le calcul des variations séculaires de l’ensoleillement des différentes régions de la Terre résultant, non pas de fluctuations du rayonnement émis par le Soleil, mais de l’évolution du mouvement de la Terre autour du Soleil.

Au cours d’une année, le mouvement de la Terre décrit une ellipse autour du Soleil. Si aucun astre autre que le Soleil n’exerçait de force d’attraction gravitationnelle sur la Terre, ce mouvement resterait identique au cours du temps. Mais la Lune et les autres planètes du système solaire perturbent le mouvement de la Terre.

Tous les paramètres orbitaux qui caractérisent ce mouvement sont affectés. La forme de l’ellipse tout d’abord, caractérisée par le paramètre d’excentricité, varie d’un cercle parfait à une ellipse légèrement aplatie avec des périodes de 100 000 et 400 000 ans. Ensuite, l’inclinaison de l’axe de la Terre par rapport au plan de l’écliptique (plan de l’orbite terrestre) oscille entre 22° et 25° avec une périodicité de l’ordre de 41 000 ans. Ces oscillations modulent la quantité d’ensoleillement reçue aux différentes latitudes suivant les saisons, en particulier la durée de la nuit polaire aux latitudes les plus élevées.

Troisième mouvement, l’axe de rotation de la Terre tourne autour d’un axe perpendiculaire au plan de l’écliptique sous l’effet de l’attraction exercée par le Soleil et la Lune. La position des solstices et des équinoxes se déplace alors lentement le long de l’orbite avec des périodes de 23 000 à 19 000 ans, d’où la dénomination de précession des équinoxes. Or, en raison de la forme elliptique de l’orbite terrestre, la distance entre la Terre et le Soleil varie au cours de l’année et module légèrement l’énergie reçue, la quantité de rayonnement solaire interceptée par la Terre diminuant lorsque la distance augmente…

Ces variations du mouvement de la Terre autour du Soleil modulent légèrement la quantité d’énergie solaire reçue à chaque saison par la Terre. D’après Milutin Milankovitch, lorsque l’ensoleillement reçu pendant l’été sous les hautes latitudes de hémisphère Nord diminue, la neige tombée en hiver ne fond plus complètement pendant l’été et commence à s’accumuler. Or, la neige réfléchit fortement le rayonnement solaire ce qui tend à accentuer le refroidissement et permet d’enclencher une glaciation. C’est ainsi que nous sommes rentrés dans la dernière période glaciaire il y a 110 000 ans environ…

Mais il ne faut pas pour autant imaginer un climat glaciaire identique pendant des dizaines d’années. Les études des dix dernières années à partir des forages dans les glaces du Groenland et les sédiments marins de l’Atlantique Nord nous présentent une image d’un climat glaciaire très variable en température. Au cœur de ces analyses, on trouve toujours l’oxygène 18 dont la proportion dans les glaces varie avec la température. Plus le climat est froid, plus la vapeur d’eau qui s’est évaporée sur les océans a subi de condensations dans son transport des tropiques vers les hautes latitudes, s’allégeant à chaque fois en isotopes lourds.

Tous les 7 000 à 10 000 ans, les glaces du Groenland indiquent un brusque réchauffement de 7 à 10°C en quelques dizaines d’années. Juste avant, lorsque le froid atteint son maximum, les sédiments de l’Atlantique Nord témoignent d’une arrivée massive d’icebergs depuis la calotte Laurentide. Ces événements, découverts par Hartmut Heinrich en 1988, se manifestent par un changement radical dans la composition du sédiment dans lequel des débris rocheux remplacent les squelettes calcaires des faunes planctoniques composant habituellement le sédiment. Les glaces du Groenland montrent que de tels réchauffements se produisent également tous les 1 500 à 2 000 ans, mais plus atténués. Ces événements, dits de Dansgaard-Oeschger, du nom des scientifiques qui les ont mis en évidence, semblent être aussi associés à des débâcles d’icebergs mais en mais en provenance de la calotte scandinave. Les mécanismes qui engendrent ces successions de changements rapides du climat dans l’Atlantique Nord restent encore mal compris. Dans ce cas, les changements d’ensoleillement ne peuvent être mis en cause et nous faisons face à une interaction complexe entre l’atmosphère, les océans et les calottes de glace. Il semble que l’arrivée massive d’icebergs bloque, ou du moins affaiblit, la circulation océanique, en particulier le Gulf Stream. Lorsque celle-ci redémarrerait, elle entraînerait brusquement vers les hautes latitudes nord une quantité importante de chaleur restée stockée dans les tropiques… »

« Sciences de la terre et de l’univers » sous la direction de Jean-Yves Daniel, André Brahic, Michel Hoffert, André Schaaf et Marc Tardy :

Note : Ma signifie millions d’années et Ga signifie milliards d’années.

En 4,56 milliards d’années la Terre a connu une multitude de régimes climatiques. D’importantes glaciations se sont succédées plus ou moins régulièrement, de longues périodes chaudes ont régné à certaines époques, des épisodes secs en ont caractérisé d’autres.

Le Précambrien (- 4 650 à 570 Ma), qui représente plus de quatre milliards d’années, soit 85% de l’histoire de notre planète, ne nous a légué que peu d’informations climatiques. La première partie de cette longue période, l’Archéon, couvre environ deux milliards d’années. Le régime thermique interne de la planète est alors élevé, l’énergie gravitationnelle est évacuée et dans les 500 derniers millions d’années (de 3,0 à 2,5 Ga), les trois-quarts de la croûte continentale actuelle sont élaborés. Au début du Protérozoïque (- 2 500 à 570 Ma) d’importantes formations d’oxydes de fer, les BIF (Banded Iron Formation), témoignent que l’atmosphère, à l’origine réductrice, devient oxydante…

Le Précambrien supérieur ou Protérozoïque est caractérisé par deux glaciations datées de – 2,3 et -0,9-0,6 Ga. La première d’entre elles, dite huronienne, coïncide avec l’expansion des stomatolithes. Les témoignages de cette glaciation sont des tilites, anciens dépôts glaciaires mal triés et indurés, et des roches striées. Ces indices ont été retrouvés en Amérique du Nord, en Australie et en Afrique du Sud, mais l’extension des glaciers est difficile à estimer et leur datation délicate. La cause principale invoquée actuellement pour expliquer cette première glaciation à la surface de la Terre est le développement important des stomatolithes qui résultent de la précipitation de CaCO3 par des organismes photosynthétiques, les cyanobactéries.

Cette première glaciation est suivie d’une période relativement chaude où se déposent les premières évaporites (- 1,7 Ga).

La fin du Précambrien verra la succession de trois glaciations, dont la durée est d’une centaine de millions d’années, et centrées sur – 940 Ma, - 770 Ma et – 615 Ma. Localisées dans des régions de basses latitudes, elles sont peut-être dues à une obliquité élevée de l’écliptique, seul facteur pouvant expliquer des glaciations tropicales.

Le climat du Paléozoïque (- 570 à – 250 Ma) fut chaud, excepté durant deux périodes. Vers – 450 Ma, à l’Ordovicien, une phase glaciaire très brève est identifiée au Sahara. Entre – 330 et – 250 Ma un climat plus froid et plus sec caractérise progressivement le Carbonifère et annonce la glaciation permienne.

Les deux événements climatiques les plus significatifs de la fin du Paléozoïque sont la formation des dépôts massifs de charbon et la glaciation du Gondwana…

La glaciation du Paléozoïque terminal indique une position polaire des parties englacées. D’abondants indices de glaciation ont été décelés en Amérique du Sud, en Afrique, en Inde, en Australie et en Antarctique, et leur étude fut une contribution importante au développement des premières esquisses de la tectonique des plaques par Alfred Wegener et Alexandre DuToit…

L’abondance des charbons et la position polaire des continents explique l’initialisation de cette glaciation. La première, la genèse des charbons prélève le carbone dans le CO² atmosphérique, le piège dans la matière organique, fonctionne comme un puits et diminue l’effet de serre. La seconde, induit le stockage des précipitations neigeuses et en évitant leur fonte, permet l’installation de la calotte glaciaire.

Au Carbonifère, le piégeage du carbone par les produits de la photosynthèse a entraîné une élévation directement proportionnelle de la teneur en oxygène de l’atmosphère (balance CO²-O²). Ce déséquilibre momentané (géologiquement parlant, car il a quand même duré 100 Ma !) du système CO²-O² est à relier à l’enfouissement de la matière organique et à l’absence d’organismes capables de dégrader efficacement la lignine…

Après la glaciation permo-carbonifère, la Terre connaîtra une longue période chaude qui durera tout le Mézozoïque (de – 250 Ma à – 65 Ma).

Au début du Trias, lorsque tous les continents sont soudés en une vaste Pangée, le climat est chaud, sec et de type continental. Sur la bordure de ce super-continent, surchauffé dans sa partie centrale, les dimensions du plateau continental sont réduites à l’extrême : la biosphère connaîtra alors sa plus grande crise et 90% des espèces s’éteindront. C’est aussi de cette épque que datent les plus volumineux gisements d’évaporites. Dans le domaine océanique, les eaux de fond atteignent une température moyenne de 14°C environ.

Le Crétacé supérieur (- 100 à – 65 Ma) est l’une des dernières époques où la Terre est entièrement dépourvue de glace. Les coraux s’étendent jusqu’à 30° N et S, on trouve de palmiers en Alaska, des arbres à pain au Groenland et les dépôts de charbon s’étendent jusqu’à 70° N.

De larges surfaces sont envahies par des mers épicontinentales et l’on estime que le niveau de la mer devait être 200 à 300 mètres plus élevé qu’actuellement. Cette imposante transgression fini-crétacée ne peut s’expliquer simplement par l’absence de calottes glaciaires. En effet, la fusion totale des calottes actuelles n’entraînerait qu’une élévation du niveau de la mer de 80 mètres environ. Un second phénomène intervient. le taux d’expansion des dorsales médio-océaniques connaît alors une accélération importante : le volume du récipient océanique se réduit et les océans « débordent » sur les zones basses des continents.

Cette accélération du taux d’expansion des dorsales a également enrichi l’atmosphère en dioxyde de carbone. Survenant juste après le plus grand épanchement basaltique sous-marin, le plateau d’Omtong Java (Pacifique sud-ouest, 350.106 kilomètres-cube de laves émises), il est responsable de l’augmentation de l’effet de serre et la température moyenne à la surface du globe est supérieure d’environ 6°C à l’actuelle.

La fin du Crétacé est caractérisée par un refroidissement bref, qui est suivi en quelques millions d’années par la médiatique disparition des dinosaures et l’extinction massive d’espèces océaniques et continentales…

Le Cénozoïque est l’époque la mieux connue…

Au début du Cénozoïque, le climat est chaud sur les continents, et les températures des eaux de surface des océans sont voisines de 23°C dans les régions équatoriales… En Terre d’Ellesmere, à l’ouest du Groenland et aux confins du pôle boréal, une riche faune de vertébrés fossiles, incluant des alligators et des lémuriens, montre que ces températures élevées régnaient jusqu’à 78° N (paléolatitude du gisement). Cette période du Cénozoïque est appelée Maximum Thermique de l’Eocène…

Ce réchauffement est actuellement interprété comme résultatnt d’une augmentation du dioxyde de carbone atmosphérique, en relation avec une profonde réorganisation des plaques lithosphériques. L’ouverture de la mer de Norvège-Groenland et l’émission des basaltes thuléens, trapps de l’Atlantique nord dont le volume est équivalent à celui des trapps du Deccan (limite Maastrichtien-Palescène, - 65 Ma), ont injecté une grande quantité de CO² d’origine magmatique dans l’atmosphère. De plus, une augmentation de l’activité hydrothermale, pourvoyeuse de calcium, a favorisé la précipitation du CaCO3, et par là même une libération du dioxyde de carbone dans l’atmosphère.

Le premier, et le plus sévère, refroidissement cénozoïque date de la fin de l’Eocène (vers – 34 Ma) ; il est responsable de la plus importante crise de la biosphère cénozoïque.

Pendant près de deux cents millions d’années, la Terre a été dépourvue de toute surface englacée : dans les sédiments océaniques qui bordent l’Antarctique, des « ice-rafted debris » (IRD) sont identifiés à – 34 Ma. Ils témoignent de l’existence d’une calotte glaciaire sur la partie orientale (à l’est du méridien de Greenwich) du continent antarctique.

En moins de cent mille ans, la température des eaux profondes baisse de 5°C, alors que les eaux de surface ne se refroidissent que de 1°C environ. De la glace de mer se forme autour de l’Antarctique, donnant naissance à des eaux froides profondes et à une stratification thermique des masses d’eau océaniques. A cette époque, la séparation de l’Australie et de l’Antarctique était suffisante pour permettre au courant circum-Antarctique de s’établir, et d’isoler ainsi ce continent des courants océaniques chauds de basses latitudes. Cet événement majeur est à l’origine des glaciations quaternaires…

Au Miocène moyen (- 15 à – 10 Ma), un nouveau refroidissement apparaît. La température des eaux de fond baisse de 4 à 5°C, la partie occidentale de l’Antarctique (à l’ouest du méridien de Greenwich) s’englace et les premières glaciations de montagne apparaissent dans l’hémisphère nord. Cet événement est une réponse à deux phénomènes, l’un tectonique, l’autre géochimique.

Le premier concerne l’ouverture définitive du passage de Drake (entre la Terre de Feu et l’Antarctique). A partir de ce moment, les eaux de l’océan Austral, confinées sous de hautes latitudes, ne recevront plus d’énergie tropicale et conserveront des températures très basses à cause de la proximité de la calotte glaciaire permanente.

Le second concerne l’anomalie du rapport isotopique delta 13 C (du carbone), dite « excursion de Monterey », car elle a été identifiée pour la première fois dans des sédiments marins de la localité californienne du même nom. Cette anomalie traduit une forte baisse de la teneur en dioxyde de carbone atmosphérique qui entraînera, quelques années plus tard, une augmentation du rapport isotopique delta 18 O (de l’oxygène). L’intensification des régimes de downwelling, en pompant le CO² atmosphérique et en le transportant dans les profondeux océaniques, est probablement le moteur essentiel de cette modification climatique.

Toutes les variations climatiques décrites ci-dessus concernent essentiellement l’hémisphère austral, et n’affectent que faiblement l’hémisphère boréal. Le pôle nord est dépourvu de glaces et les associations végétales d’Europe sont celles que l’on retrouve aujourd’hui à des latitudes bien plus basses : le climat y est chaud et humide.

Le refroidissement cénozoïque de la planète est donc asymétrique : tandis que l’hémisphère austral se refroidit, l’hémisphère boréal conserve des températures bien plus clémentes.

La mise en place du pôle Nord ne débutera que vers – 6,2 Ma : c’est l’âge des plus anciens IRD (« ice-rafted debris ») identifiés dans l’océan Pacifique nord.

Ce n’est que vers la fin du XIXe siècle que l’on s’aperçut de la multiplicité des glaciations plio-quaternaires. Albrecht Penck, un géographe allemand, mit en évidence une succession de quatre terrasses de graviers, plus ou moins consolidés, dans les basses vallées du piémont nord alpin. Logiquement, il supposa que la formation de ces terrasses était due aux fluctuations du niveau de la mer.

En effet, lorsqu’une glaciation s’installe, une quantité importante d’eau de mer est transférée du domaine océanique sur les calottes polaires, et le niveau marin baisse. Le niveau de base des fleuves et des rivières s’abaisse, ce qui entraîne une reprise d’érosion qui entaille les vallées et dégage les terrasses. Lors de la déglaciation, le niveau de base remonte et les fleuves et les rivières alluvionnent : ces dépôts forment alors une nouvelle terrasse.

Quatre âges glaciaires, définis par quatre terrasses, furent nommés, du plus ancien au plus récent, le Günz, le Mindel, le Riss et le Würm qui sont les noms des quatre affluents, en rive gauche du Danube. Plus tard, deux autres âges glaciaires plus anciens leur ont été rajoutés, le Donau et le Biber dont les noms sont ceux du Danube et d’un affluent, en rive droite, de ce dernier…

C’est vers – 2,7 Ma que l’on observe les premières avancées glaciaires importantes. Les glaces recouvrent le Nord de l’Europe et les analyses polliniques nous indiquent l’existence d’une toundra ou d’une steppe subarctique aux Pays-Bas. Dans le Sud de la France, la forêt disparaît et la présence de faunes froides souligne la rigueur du climat.

A partir de cette date, et jusqu’à nos jours, le climat de la Terre va osciller entre deux états extrêmes : le stade glaciaire et le stade interglaciaire. Ce dernier est caractérisé par un climat semblable à l’actuel, tandis que le stade glaciaire voit le développement de gigantesques calottes de glace sur l’Europe septentrionale et l’Amérique du Nord, et l’extension des glaces de mer autour de l’Antarctique.

Ces variations climatiques sont cependant plus complexes que ne le laisse supposer le calendrier des quatre âges glaciaires :

- de – 1,6 à – 1,3 Ma pour le Günz,

– de – 0,9 à – 0,7 Ma pour le Mindel,

– de – 0,55 à – 0,4 Ma pour le Riss,

– de – 0,1 à – 0,01 Ma pour le Würm…

Dix-sept cycles « glaciaire-interglaciaire » sont ainsi mis en évidence au cours des 1,7 derniers millions d’années. Nous retrouvons là une périodicité moyenne de cent mille ans, qui ne nous pas totalement inconnue et qui correspond à celle de l’excentricité terrestre dans les cycles dits « de Milankovitch ».

A l’approche de l’an mil, une fièvre obsidionale envahit l’Europe médiévale : des signes précurseurs de l’Apocalypse, annoncée par la Bible, remplissaient le ciel. Mille ans plus tard nos médias nous annoncent une nouvelle catastrophe planétaire, et nos journaux ne nous parlent plus que de l’effet de serre, de la réduction de la couche d’ozone, et de la pollution de l’air et de l’eau. A partir d’informations scientifiques souvent incomplètes et parfois mal comprises, on prédit avec emphase la destruction de notre planète…

Le réchauffement global de la Terre masque une grande variabilité régionale : certaines zones se réchauffent, beaucoup d’autres moins, tandis que d’autres encore se refroidissent. Alors que l’extension des glaciers ouest-européens ne cesse de régresser depuis la fin du siècle dernier, celle des glaciers nord-américains augmente depuis les années quarante. Actuellement, le refroidissement affecte essentiellement l’océan Pacifique, la Méditerranée orientale et le Brésil, tandis qu’un réchauffement évident est enregistré dans tous les océans de l’hémisphère austral et sur les continents boréaux aux moyennes latitudes…

En première approximation, le système climatique est en équilibre : la Terre ne se refroidit ni ne se réchauffe… »

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