Du nouveau sur la présence controversée de calottes glaciaires durant l’optimum climatique du Crétacé

Dimanche, 9 octobre 2016

Grâce à des simulations réalisées à l’aide d’une combinaison de modèles numériques du climat (GCM) et d’un modèle de calottes de glace, deux chercheurs du Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (LSCE/IPSL, CNRS / CEA / UVSQ) et du Centre européen de recherche et d’enseignement de géosciences de l’environnement (CEREGE/PYTHÉAS, CNRS / Université Aix-Marseille / IRD / Collège de France) viennent de démontrer que les changements de paléogéographie au cours du Crétacé ont grandement influé sur la possibilité de mise en place de calottes glaciaires sur Terre. Notamment, le développement de calottes de glace au cours du Cénomanien-Turonien apparaît très peu probable, en raison de rétroactions entre l’océan et l’atmosphère liées à la configuration paléogéographique particulière de cet étage géologique.

Le Crétacé moyen et supérieur (~ 120 – 65 Ma) est historiquement considéré comme une période climatique extrêmement chaude de l’histoire de la Terre, caractérisée par l’absence de calottes de glace et par des températures océaniques et continentales bien supérieures à celles du monde moderne. Pourtant, sur la base d’indices indirects, des chercheurs ont émis l’hypothèse que des calottes de glace se seraient développées sur Terre, en particulier sur l’Antarctique, au cours de certains étages géologiques du Crétacé, notamment au cours de l’Aptien (~ 115 Ma), du Cénomanien-Turonien (~ 95 Ma) et du Maastrichtien (~ 70 Ma). Ces hypothèses restent cependant assez controversées, en particulier pour l’étage du Cénomanien-Turonien car celui-ci correspond à l’optimum climatique du Crétacé, c’est-à-dire à sa période la plus chaude.

Étudier l’apparition dans le passé de calottes glaciaires à la surface du globe à l’aide de simulations climatiques n’est pas aisé. En effet, la vitesse de calcul informatique des GCMs (entre 1 et 300 ans simulés par jour selon la complexité du modèle) n’est actuellement pas compatible avec le temps requis pour étudier le développement d’une calotte de glace (nécessité de simuler plusieurs dizaines de milliers d’années). Plusieurs méthodes ont été développées ces dernières années pour étudier les interactions climat – calotte de glace avec des temps de calcul raisonnables. Dans le cas présent, l’absence de contrainte sur l’évolution des paramètres orbitaux et la nécessité d’étudier l’englacement de 3 paléogéographies(1) ont conduit les chercheurs à utiliser une méthode simplifiée par rapport aux précédentes mais plus efficace qu’ils ont pu valider à partir des résultats antérieurs obtenus sur la glaciation du continent Antarctique.

Calottes glaciaires obtenues par modélisation numérique pour différentes paléogéographies du Crétacé et différents taux de CO2 atmosphérique. Les résultats de ces travaux suggèrent que les changements de paléogéographie influent fortement sur le climat global, en modulant notamment les seuils de concentration en CO2 atmosphérique en-dessous desquels une calotte glaciaire peut se développer sur l’Antarctique. Les modèles prédisent ainsi que, pour des conditions aux limites (telle la composition de l’atmosphère) identiques à l’exception de la paléogéographie, une calotte ne peut se former sur l’Antarctique et rester stable que lorsque la concentration en CO2 chute en-dessous des seuils suivants :

  • 800 ppm environ (presque 3 fois le taux préindustriel égal à 280 ppm) au cours de l’Aptien ;
  • 400 ppm environ au cours du Cénomanien-Turonien ;
  • 700 ppm environ au cours du Maastrichtien.

Les auteurs expliquent la résistance à l’englacement du monde Cénomanien-Turonien de la manière suivante.
La paléogéographie de cet étage géologique induit une augmentation du transport de chaleur par l’océan vers les moyennes et hautes latitudes de l’hémisphère sud qui se traduit par une série de rétroactions internes au système atmosphérique. Ainsi, en été, cette chaleur supplémentaire apportée par l’océan génère une redistribution de la saturation en eau de l’atmosphère aux latitudes polaires : cette saturation augmente à haute altitude et diminue à moyenne et basse altitude. La quantité accrue d’eau à haute altitude augmente alors l’effet de serre. Quant à la quantité moindre d’eau à moyenne et basse altitude, elle diminue la quantité de nuages de basse altitude, ce qui augmente la quantité d’énergie solaire absorbée par la terre car les nuages de basse altitude ont surtout un effet sur le rayonnement solaire qu’ils réfléchissent très efficacement. Par effet domino, l’augmentation du flux d’énergie solaire à la surface induit la disparition progressive de la neige tombée en hiver, ce qui se traduit par une plus grande quantité d’énergie solaire absorbée à la surface. En résumé, l’augmentation de l’effet de serre et de l’énergie solaire reçue aux moyennes-hautes latitudes de l’hémisphère sud réchauffe fortement l’Antarctique, induisant un seuil de CO2 plus bas pour contrebalancer ce réchauffement et permettre une glaciation.

La confrontation qualitative des résultats de l’étude avec les tendances climatiques issues des données de température et de CO2 disponibles suggère que des épisodes glaciaires ont effectivement pu survenir au cours de l’Aptien et du Maastrichtien, lorsque le taux de CO2 et les paramètres orbitaux de la Terre y étaient favorables. En revanche, elle accrédite l’hypothèse d’un monde Cénomanien-Turonien libre de glace et climatiquement très chaud, et donc représentant véritablement l’optimum climatique du Crétacé.

Note(s): 
  1. La paléogéographie désigne la disposition continents-océans, l’orographie, la bathymétrie… d’une période passée de l’histoire de la Terre.
Source(s): 

Ladant, J.-B. & Donnadieu, Y. Palaeogeographic regulation of glacial events during the Cretaceous supergreenhouse, Nature Communications, 7:12771, doi:10.1038/ncomms12771 (2016).

Contact(s):
  • Jean-Baptiste Ladant, LSCE/IPSL
    jean-baptiste [dot] ladant [at] lsce [dot] ipsl [dot] fr, 01 69 08 31 97

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