Les climats du passé

Eclipse II apporte des réponses nouvelles sur les scénarios climatiques du passé, à différentes échelles de temps, d'il y a 750 millions d'années à nos jours. Pour cela, les chercheurs ont utilisé des archives du climat jusque là inexploitées (poissons fossiles, carottes sédimentaires et coralliennes, niveaux lacustres etc.). Ils ont pris en compte les relations étroites entre le climat, la tectonique des plaques et la concentration en CO2 dans l'atmosphère.

La Terre « boule de neige » (il y a 735 et 610 millions d'années)

Simulation de l'évolution du CO2 avec le modèle GEOCLIM entre ~ 850 et 730 millions d'années tenant compte de la disposition des continents au cours du temps et des provinces basaltiques. La zone bleue indique les valeurs de CO2 requises pour générer une glaciation globale en configuration dispersée (celle atteinte autour de 750 Ma) avec le modèle GEOCLIM. Les barres d'erreur verticales représentent les incertitudes sur le flux de dégazage et sur la surface des "traps" mise en place. Le fractionnement du supercontinent Rodinia concomitant à la mise en place des provinces basaltiques provoque une chute de la teneur en CO2 de 1550 ppm, soit une baisse du forçage radiatif de 10,65 W.m-2, suite à l'augmentation du ruissellement continental liée à la diminution de la continentalité [Donnadieu et al., 2004]. Cette baisse de CO2 produit l'initiation d'une glaciation globale dans le modèle GEOCLIM. Le scénario quantifié ici permet donc d'expliquer l'existence d'un événement de type Snowball Earth durant le Néoprotérozoïque. Les chercheurs ont travaillé sur l'entrée dans les phases de glaciation qui ont eu lieu il y a 735 millions d'années et 610 millions d'années. Ils ont précisé la place des continents à cette époque par des études de paléomagnétisme des roches continentales, réalisées pour la première fois dans certaines régions de la Chine, d'Afrique équatoriale et du Brésil. Ces études montrent qu'après l'éclatement du supercontinent Rodina, toutes les plaques continentales se sont réparties autour de l'équateur. Cette configuration est probablement unique dans l'histoire de la Terre. Elle a eu un impact important sur la machine climatique. Dans ces milieux tropicaux humides qui couvraient donc l'ensemble des continents, les pluies abondantes ont capté le CO2 atmosphérique, puis ont érodé les continents. L'acide carbonique, en altérant les roches du socle continental, s'est transformé en ions carbonates, transportés par les rivières jusqu'aux océans. Les ions ont alors précipité sous forme de carbonate de calcium, qui s'est intégré à la géosphère. Les chercheurs ont montré que ce processus a conduit à un écroulement de la concentration en CO2 dans l'atmosphère. L'effet de serre a ainsi fortement diminué et la Terre s'est refroidie, jusqu'à s'englacer totalement. La position équatoriale des continents semble nécessaire à l'avènement d'une glaciation majeure de la Terre.

Les chercheurs ont précisé le cycle du carbone pour l'entrée dans la phase glaciaire, pendant cette phase et pendant la déglaciation qui a suivie, jusqu'au retour à l'équilibre, environ 20 millions d'années plus tard (et 200 millions d'années pour ce qui est du cycle du carbone). Pendant la glaciation, il ne pleut pratiquement plus, ce qui supprime le puits de carbone. Mais les éruptions volcaniques continuent à enrichir l'atmosphère en CO2, jusqu'à ce que l'effet de serre réchauffe à nouveau la Terre. Comment les micro-organismes qui peuplaient la planète à cette époque se sont-ils maintenus pendant la glaciation et au cours de la phase de déglaciation ? Quels sont les liens entre l'évolution du climat après ces glaciations majeures et l'explosion de la vie au Cambrien, il y a -540 millions d'années ? Ces interconnections restent à préciser.

 

La dislocation de la Pangée refroidit la Terre (il y a 250 à 145 millions d'années)

En prenant en compte la paléogéographie pour calculer la concentration du CO2 atmosphérique, les chercheurs ont travaillé sur la fragmentation du supercontinent Pangée au secondaire (il y a 250 à 65 millions d'années). Ces études ont montré qu'il y a 250 millions d'années, le climat était chaud et sec. La présence de très grandes masses continentales limitait la quantité de pluies : la consomme de CO2 par dissolution des roches continentales était faible, tandis que le CO2 provenant des éruptions volcanique s'accumulait dans l'atmosphère. Les températures continentales ont atteint des valeurs élevées, proches de 40°C à l'équateur, il y a 240 millions d'années. En revanche, avec la dislocation progressive de la Pangée qui a suivie, la quantité de pluie et le taux de dissolution des roches continentales ont augmenté, ce qui a réduit la concentration de CO2 dans l'air. Au cours du secondaire (il y a 250 à 65 millions d'années), le climat est devenu de plus en plus humide et frais, avec un refroidissement de 4.5°C sur les continents.

Le Crétacé n'était pas aussi chaud qu'on le croyait (il y a 145 à 65 millions d'années)

Le Crétacé était une époque plus chaude qu'aujourd'hui, où la Terre était dépourvue de calottes glaciaires. De nouvelles études ont reconstitué la température de l'eau de surface des océans, sur la base des signatures isotopiques mesurées dans des dents de poisson. Elles concluent qu'au début du Crétacé, le climat n'était pas aussi chaud qu'on le pensait. Ce résultat s'accorde bien avec la diminution du CO2 dans l'air, conséquence de la dislocation de la Pangée. Les niveaux marins du Crétacé ont également été révisés à la baisse de plusieurs dizaines de mètres, ce qui, vu le relief très peu élevé à cette époque, devrait avoir des conséquences importante sur les continents.

La formation du Rift africain assèche l'Afrique orientale (il y a 8 millions d'années)

Voir l'article du Journal du CNRS : Le Rift, agitateur du climat africain

Le méthane aurait contribué au réchauffement du climat (-50 000 à -40 000 ans)

Parmi les nombreux résultats obtenus pour le Quaternaire (il y a deux millions d'années à aujourd'hui), citons la confirmation de l'hypothèse selon laquelle le relargage de méthane présent au fond des océans pourrait être à l'origine d'un changement de la composition atmosphérique et du climat. Ce relargage se produit soudainement à partir d'un composé de clathrate de méthane présent dans les sédiments déposés sur le plancher océanique. Les chercheurs ont réalisé un carottage marin dans le golfe de Papouasie, qui montre que la concentration en méthane dans l'atmosphère a connue deux pics, il y a 55 000 ans et 40 000 à 38 000 ans. Ces dates correspondent à des réchauffements abrupts de la dernière période glaciaire, ce qui tend à prouver que ce gaz à effet de serre a eu une action sur le climat. Ces réchauffements abrupts ont également eu un impact sur les continents : l'analyse des loess (poussières des déserts transportés par les vents) d'Europe et d'Amérique du Nord a montré de faibles dépôts pendant ces périodes relativement chaudes fréquentes durant le dernier maximum glaciaire, qui sont donc caractérisées par de faibles régimes éoliens.

La déforestation : premier impact de l'homme (à partir de 500 avant notre ère)

A une échelle de temps plus courte, celle de la fin de l'Holocène (les derniers 10 000 ans), les chercheurs ont étudié l'impact des activités humaines sur l'environnement et le climat. L'Holocène est une période chaude dominée par des variations naturelles, auxquelles se superpose un impact humain croissant au cours du Néolithique. Les charbons de bois en Europe du Sud ont montré que les feux de végétation étaient tout d'abord naturels et occasionnels. L'homme, par ses activités agro-pastorales, a pu servir de déclencheur mais il fallait tout d'abord que les conditions climatiques s'y prêtent. L'analyse de sédiments du lac du Bourget confirme une installation humaine précoce qui a induit, entre 500 avant notre ère et 500 de notre ère, à une forte déforestation et une pollution importante par le plomb (due à l'emploi de ce métal par la civilisation gallo-romaine). Cette déforestation a pu jouer un rôle dans le refroidissement du climat qui a suivi cette période : sans arbre, la surface réfléchit d'avantage le rayonnement solaire, ce qui conduit à un refroidissement. Le même schéma a pu se répéter pendant le Moyen Âge, qui a connu une déforestation importante et qui a été suivi par le « petit âge glaciaire ».

Les vendanges comme indicateur du climat (depuis 650 ans)

 

Encore plus proche de nous dans le temps : historiens et écologues ont travaillé sur les dates de vendanges en Bourgogne depuis 650 ans. Ils ont ainsi reconstitué les températures estivales. Leurs résultats montrent que la canicule de 2003 est bien le record absolu de cette période. Le record précédent date de 1523, mais la température estimée était moins élevée de 1,8°C. Les modèles climatiques nous prédisent une augmentation de la fréquence et de l'intensité de tels événements au XXIe siècle : l'exception pourrait devenir la norme.


Les vendanges au XVe siècle. © Illustration in Les Très Riches Heures du Duc de Berry.