Histoire des climats de la planète Terre

Le climat actuel tel que nous le voyons ci-dessous est loin d’avoir toujours existé.

Bien entendu, le facteur essentiel est l’énergie solaire, répartie différemment suivant la latitude :

Le climat est un sujet fréquent de discussion et il remplit fréquemment l’actualité. Pourtant, il n’est pas directement accessible sans moyens scientifiques. Ce que nous constatons tous les jours n’est pas le climat mais la météo. le climat est une structure à grande échelle dans laquelle l’unité n’est ni le jour, ni le mois, ni l’année mais plutôt des milliards d’années et même des dizaines et centaines de milliers d’années...

CHRONOLOGIE

Avant 65 Ma, au Crétacé : (MA signifie millions d’années)

Le Crétacé apparaît comme une période chaude, sur l’ensemble des continents et des océans, y compris les parties les plus profondes. Il n’y a pas de Glaciers.

65 Ma, fin Crétacé :

Crise climatique et écologique, liée à l’impact d’un ou plusieurs météorites, ainsi qu’à de nombreuses éruptions volcaniques (trapps du Deccan). C’est l’époque de la disparition des dinosaures.

40 Ma, Éocène :

Ouverture du passage de Drake entre l’Antarctique et l’Australie.

35 MA Oligocène :

L’eau autour de l’Antarctique devient froide (glace marine).

10 MA Miocène :

L’Antarctique atteint la moitié de son volume actuel. Dans l’hémisphère nord, dans les hautes latitudes, en Alaska et au Groenland, de petits glaciers de montagne apparaissent.

6 MA :
L’Inlandsis groenlandais commence à se former, les premiers glaciers apparaissent sur les Alpes.

5 MA :

L’Antarctique est aussi vaste qu’aujourd’hui.

3 MA, Pliocène :

Les premières grandes amplitudes climatiques permettent l’apparition de calottes glaciaires dans l’hémisphère Nord.

Depuis 2,5 Ma, Pléistocène ou Quaternaire :

Derniers grands cycles climatiques, succession d’environ vingt glaciations.

Petite histoire des climats

Bien qu’on nous rabâche que nous détruisons la fixité du climat par notre activité humaine, cette fixité n’existe pas. Le climat n’est pas un facteur fixe ni préexistant mais au contraire dynamique et dont les équilibres instables ont été produits au sein d’une agitation chaotique : ce sont des équilibres émergents.

Au cours du dernier million d’années, le climat de la Terre a été caractérisé par de longues périodes de temps froid durant lesquelles les glaciers continentaux couvraient de vastes surfaces. Chacune de ces périodes durait de 80 000 à 100 000 ans et elles étaient entrecoupées par des périodes plus brèves de temps plus chaud, de 10000 à 15000 ans chacune.

On reconnaît aujourd’hui cinq grandes ères glaciaires (voir schéma) : la glaciation huronienne (de 2,4 à -2,1 milliards d’années), celle de la fin du précambrien (de -800 à -550 Ma), l’ordovicienne (autour de -450 Ma), la permo-carbonifère (de -350 à -250 Ma), enfin l’ère glaciaire actuelle, qui a débuté sur le continent antarctique il y a 30 ou 40 Ma.

La répartition de ces glaciations est très irrégulière. Pour les époques les plus anciennes, la conservation aléatoire des sédiments contribue à cette irrégularité : l’érosion et le recyclage des matériaux de la croûte terrestre ont fait disparaître 90 à 95 % des sédiments âgés de plus de 1 milliards d’années. Deux longues périodes sans glaciation (l’une entre - 2 milliards d’années et - 800 Ma, l’autre entre - 250 Ma et - 30 Ma) sont séparées var une période riche en traces de glaciations sur tous les continents.

Au dernier maximum glaciaire, il y a environ 18000 ans, le niveau des océans était inférieur de 130 m à celui d’aujourd’hui. A cette époque, les Bahamas étaient une énorme masse de terres émergées et la région sahélienne de l’Afrique était un désert. Les glaciers continentaux commencèrent à se retirer il y a à peu près 10 000 ans. Il y a environ 6 000 ans, alors que les glaciers étaient encore en phase de retrait, la Terre est entrée dans une période durant laquelle les températures moyennes étaient à peu près égales à celles d’aujourd’hui mais avec des étés légèrement plus chauds et des hivers plus froids. Les précipitations augmentèrent dans le Sahel africain et le niveau du Lac Tchad monta jusqu’à plus de 40 m au-dessus de celui d’aujourd’hui. En Afrique, les civilisations étaient considérablement plus avancées qu’en Europe. Les plaques de glace continuant à se retirer vers le nord, le Sahel devint à nouveau une région à faible pluviosité, ses zones septentrionales étant envahies par le désert du Sahara.

D’après les données historiques, au cours des 1100 dernières années, la terre a connu des variations climatiques, du moins à l’échelon régional, suffisamment stables et d’assez longue durée pour être considérées comme des changements climatiques (Easterling, 1990).

Durant la période de l’histoire de l’Europe connue sous le nom de Moyen Age, un climat chaud, qui a duré à peu près de 900 à 1200 après J.-C. a dominé la plus grande partie de l’Europe ; il fut appelé Optimum Médiéval. Cette période a permis à l’homme de s’installer dans des régions qui seraient aujourd’hui considérées comme trop rudes sur le plan climatique. Durant l’Optimum Médiéval, on cultivait l’avoine et l’orge en Islande et la vigne prospérait dans le sud de l’Angleterre. Les forêts canadiennes s’étendaient beaucoup plus loin vers le nord qu’elles ne le font aujourd’hui, les colonies agricoles prospéraient dans les hautes terres du nord de l’Ecosse et une colonie viking était établie au Groenland.

L’Optimum Médiéval se termina au XIIIe siècle et fut remplacé par 600 années de refroidissement prononcé. Le froid s’intensifiant, cette période est devenue connue sous le nom de Petit Age Glaciaire. La couverture de neige et de glace n’avait jamais été aussi étendue depuis le Pléistocène et ses immenses glaciers. Les colonies vikings qui existaient au Groenland entre 985 et 1500 après J.-C. disparurent. Les forêts d’Amérique du Nord se retirèrent vers le sud et, dans le nord de l’Europe, les canaux étaient souvent gelés pendant tout l’hiver, bloquant les transports par voie d’eau.

Lorsque le Petit Age Glaciaire relâcha sa prise sur le climat de l’Europe au milieu du XIXe siècle, on avait commencé à enregistrer systématiquement divers paramètres climatiques comme les températures et les précipitations1. Ces données montrent qu’à la fin du XIXe siècle, une tendance au réchauffement commençait à se manifester dans les hémisphères nord et sud. Cette tendance atteignit son premier point culminant dans les années 30. Les années suivantes, les températures globales accusèrent une légère baisse avant de reprendre leur tendance à la hausse. La tendance au refroidissement était plus prononcée dans l’hémisphère nord.

EN RÉSUMÉ

Les quatre premiers milliards d’années

Les climats des deux premiers milliards d’années restent largement hypothétiques. La luminosité solaire qui était inférieure de 30% à sa valeur actuelle selon les modèles devait être compensée par un effet de serre très important (atmosphère plus riche en CO2 et en vapeur d’eau) et la faiblesse de l’étendue des continents.

La première glaciation connue remonte à 2,3 Ga BP. Elle se lit dans les stries dues aux mouvements des glaciers sur des roches trouvées en Amérique du Nord, en Afrique du Sud et en Australie. La fourchette d’incertitude dans les datations allant de 2,5 à 2 Ga, il est vraisemblable que cet événement représente un ensemble d’âges glaciaires différents qui pourraient être dus à la tectonique des plaques, à l’activité volcanique et à un affaiblissement de l’effet de serre sous un soleil encore faible.

2,3 - 0,9 Ga BP : la Terre semble libre de glace malgré un luminosité solaire faible et une réduction de l’effet de serre. L’existence d’un pareil climat sous de telles conditions reste un mystère. Les premières évaporites à 1,7 Ga BP indiquent un climat sec et chaud.

0,9-0,6 Ga BP° : 3 glaciations retrouvées aux basses latitudes d’une durée chacune de 100 Ma environ. Leur caractère global, leur extension en latitude, leur durée restent litigieux. Une des causes évoquées a l’apparition de ces glaciations serait l’obliquité élevée de l’écliptique.
Du Cambrien à la fin du Permien

Climat généralement chaud, ponctué toutefois par des poussées glaciaires :

– vers 450 Ma BP, à l’Ordovicien glaciation relativement brève dont on retrouve la trace au Sahara (blocs erratiques, roches striées...) ;
– entre 330 et 250 Ma BP, une glaciation Permo-Carbonifère annoncée par l’installation progressive d’un climat plus froid et plus humide au Carbonifère.

Les données paléomagnétiques indiquent une forte corrélation entre la position des continents aux latitudes élevées et la formation de calottes glaciaires.
Le Secondaire (250-65 Ma BP)

Cette ère fut caractérisée par l’absence de calottes polaires.

Le climat fut au début similaire à celui du Permien (frais et humide). Au Trias moyen (225 Ma BP), au moment de la soudure totale des continents en un bloc appelé Pangée, le climat devint extrêmement continental. L’importance des dépôts de roches continentales rouges et d’évaporites révèle un climat sec et beaucoup plus chaud que l’actuel. La température des eaux profondes devait être supérieure à 14°C. Les températures polaires variaient entre 10 et 20°C.

Le fractionnement progressif de la Pangée va ensuite faire évoluer le climat.

Au Crétacé supérieur les coraux s’étendaient jusqu’à 30°N et S. Les arbres à pain crurent jusqu’à 60°N et on trouvait des palmiers en Alaska déjà en position polaire. Le niveau des mers étaient de 200m plus élevé qu’actuellement, la température moyenne supérieure de 6°C et les précipitations supérieures de 20%. Ce type de climat semble s’expliquer par l’importance de la superficie des continents subtropicaux, le transport de l’énergie par les océans, et par l’augmentation considérable de CO2.
A partir de 90Ma BP le climat se refroidit.
Le Tertiaire (65-3Ma BP)

Si au début du tertiaire le climat est encore chaud, il va progressivement se refroidir. Le premier refroidissement sévère s’observe à la transition Éocène Oligocène. La température des eaux profondes passe de 10 à 5°C. La glace de mer commence à se former autour de l’Antarctique. Vers 30Ma BP s’établit le courant océanique Circum-Antarctique qui isole ce continent, événement majeur qui va fortement contribuer à l’établissement des glaciations au Quaternaire. Un réchauffement se produit à l’Oligocène supérieur (28 Ma BP) et au Miocène inférieur, mais le refroidissement s’intensifie aux hautes latitudes, le gradient nord-sud de la température augmente donc ainsi.

La calotte glaciaire antarctique commence à se former vers 14 Ma BP (peut-être même avant) et atteint sa taille actuelle vers 8 Ma BP, la rétroaction albédo-température jouant un rôle prépondérant. Les glaces de l’hémisphère nord demeurent très éparses. Le climat est alors très asymétrique entre les deux hémisphères. L’Europe Occidentale était couverte de forêts d’arbres habitant aujourd’hui les régions chaudes et humides.

L’expansion rapide des glaciers dans l’hémisphère nord, il y a 3 Ma marque l’entrée de la Terre dans la Période Glaciaire. La position de l’Antarctique centrée sur le pôle, la séparation de l’Océan Arctique des océans des régions tempérées, les paramètres astronomiques, l’activité épiro-orogénique formèrent les conditions indispensables à l’existence des glaciations du Quaternaire.
Le Quaternaire (3-0 Ma BP)

Vers 2,4 Ma BP, on observe la première avancée glaciaire accompagnée par une diminution du niveau marin de plus de 100 mètres. A partir de ce moment le climat va osciller entre deux états extrêmes caractéristiques des stades glaciaire et interglaciaire. Ce dernier est chaud et assez comparable au climat actuel, tandis que les stades glaciaires sont caractérisés par le développement de gigantesques calottes de glace sur le nord de l’Europe et de l’Amérique et une extension appréciable de la glace marine dans l’hémisphère sud avec une baisse importante du niveau des mers et un refroidissement considérable des hautes et moyennes latitudes.

Quatre refroidissement majeurs marquent les derniers 1,7 Ma : 1,6 à 1,3, 0,9 à 0,7, 0,55 à 0,4 et 0,08 à 0,01 Ma. De plus superposé à ces événements, on trouve une série de variations plus rapides, représentant 17 cycles glaciaire-interglacaire. Au Quaternaire moyen et supérieur les glaciations deviennent plus intenses.

L’origine des cycles glaciaire- interglaciaire est expliquée par la théorie astronomique des climats.

Issue de la théorie proposée en 1924 par le yougoslave Milankovitch, théorie qui explique les variations de l’ensoleillement des différentes régions sur Terre suite à l’évolution du mouvement de la Terre autour du Soleil.

L’alternance des époques glaciaires et interglaciaires qui se sont succédé sur les hautes latitudes de l’hémisphère nord (HN) depuis deux millions d’années est initiée par la combinaison des paramètres orbitaux qui définissent la position de la Terre dans l’espace par rapport au soleil. Une fois déclenchée, la construction (ou la fusion) de calottes de glace conduit à une diminution (ou une augmentation) des gaz à effet de serre dans l’atmosphère, ce qui amplifie le refroidissement (ou le réchauffement) du climat.

La combinaison des deux paramètres (distance Terre-Soleil le 21 juin et inclinaison de l’axe de rotation de la Terre) vont conduire à des situations plus ou moins favorables à la dynamique des calottes dans les hautes latitudes de l’hémisphère nord. Cette dynamique est enregistrée dans l’évolution du niveau marin dont la baisse caractérise le volume des glaces stockées dans les calottes glaciaires. On constate que les enregistrements des niveaux marins dans les sédiments océaniques sur les deux derniers millions d’années présentent bien les 3 périodes clés (19 et 23 000, 41 000 et 100 000 ans) des trois paramètres astronomiques décrits ci-dessus (voir la figure Variation des paramètres orbitaux de la Terre). Ce fait a été la première confirmation éclatante de la validité de la théorie astronomique du climat. La combinaison de l’ensemble des fréquences conduit à l’émergence en moyenne environ tous les 100 000 ans d’un interglaciaire marqué suivant une glaciation importante. De la même manière, en moyenne, les périodes interglaciaires (dont les durées peuvent s’étendre de quelques milliers d’années à plusieurs dizaines de milliers d’années, selon la conjoncture astronomique) durent en moyenne une dizaine de milliers d’années.