Les scientifiques savent depuis un certain temps que la Terre traverse des cycles de changement climatique. En raison des changements dans l'orbite de la Terre, des facteurs géologiques et / ou des changements dans la production solaire, la Terre connaît parfois des réductions significatives de sa température de surface et atmosphérique. Il en résulte des périodes de glaciation à long terme, ou ce qui est plus familièrement connu comme une «ère glaciaire».
Ces périodes sont caractérisées par la croissance et l'expansion des calottes glaciaires à la surface de la Terre, ce qui se produit tous les quelques millions d'années. Par définition, nous sommes encore dans la dernière grande période glaciaire - qui a commencé à l'époque du Pliocène supérieur (il y a environ 2,58 millions d'années) - et nous sommes actuellement dans une période interglaciaire, caractérisée par le recul des glaciers.
Définition:
Bien que le terme «âge glaciaire» soit parfois utilisé généreusement pour désigner les périodes froides de l’histoire de la Terre, cela tend à démentir la complexité des périodes glaciaires. La définition la plus précise serait que les périodes glaciaires sont des périodes où les calottes glaciaires et les glaciers s'étendent à travers la planète, ce qui correspond à des baisses importantes des températures mondiales et peut durer des millions d'années.
Pendant une période glaciaire, il y a des différences de température importantes entre l'équateur et les pôles, et les températures au niveau des grands fonds ont également baissé. Cela permet aux grands glaciers (comparables aux continents) de s'étendre, couvrant une grande partie de la surface de la planète. Depuis l'ère précambrienne (il y a environ 600 millions d'années), les périodes glaciaires se sont produites à des intervalles spatiaux d'environ 200 millions d'années.
Histoire de l'étude:
Le premier scientifique à théoriser sur les périodes glaciaires passées a été l'ingénieur et géographe suisse du XVIIIe siècle Pierre Martel. En 1742, alors qu'il visitait une vallée alpine, il écrivit sur la dispersion de grosses roches dans des formations erratiques, que les habitants attribuaient aux glaciers s'étendant autrefois beaucoup plus loin. Des explications similaires ont commencé à émerger dans les décennies qui ont suivi pour des schémas similaires de distribution de blocs dans d'autres parties du monde.
À partir du milieu du XVIIIe siècle, les universitaires européens ont de plus en plus envisagé la glace comme moyen de transport de matériaux rocheux. Cela comprenait la présence de rochers dans les zones côtières des États baltes et de la péninsule scandinave. Cependant, c'est le géologue danois-norvégien Jens Esmark (1762-1839) qui a le premier fait valoir l'existence d'une séquence d'âges glaciaires mondiaux.
Cette théorie a été détaillée dans un article qu'il a publié en 1824, dans lequel il proposait que les changements du climat de la Terre (qui étaient dus aux changements de son orbite) étaient responsables. Cela a été suivi en 1832 par le géologue et professeur de foresterie allemand Albrecht Reinhard Bernhardi spéculant sur la façon dont les calottes glaciaires polaires ont pu atteindre les zones tempérées du monde.
À la même époque, le botaniste allemand Karl Friedrich Schimper et le biologiste suisse-américain Louis Agassiz ont commencé à développer indépendamment leur propre théorie sur la glaciation mondiale, ce qui a conduit Schimper à inventer le terme «âge glaciaire» en 1837. À la fin du 19e siècle, la théorie de l'âge glaciaire a progressivement a commencé à être largement acceptée par la notion selon laquelle la Terre se refroidirait progressivement à partir de son état fondu d'origine.
Au 20e siècle, le polymathe serbe Milutin Milankovic a développé son concept de cycles de Milankovic, qui a lié les changements climatiques à long terme aux changements périodiques de l'orbite de la Terre autour du Soleil. Cela a fourni une explication démontrable des périodes glaciaires et a permis aux scientifiques de faire des prévisions sur le moment où des changements significatifs du climat de la Terre pourraient se reproduire.
Preuve de l'âge des glaces:
Il existe trois formes de preuves pour la théorie de l'âge glaciaire, qui vont du géologique et du chimique au paléontologique (c'est-à-dire les archives fossiles). Chacun a ses avantages et ses inconvénients particuliers, et a aidé les scientifiques à développer une compréhension générale de l'effet des périodes glaciaires sur les données géologiques au cours des derniers milliards d'années.
Géologique: Les preuves géologiques comprennent l'affouillement et le grattage des roches, les vallées creusées, la formation de types particuliers de crêtes et le dépôt de matériaux non consolidés (moraines) et de grosses roches dans des formations erratiques. Bien que ce type de preuves soit à l'origine de la théorie de l'âge glaciaire, il reste capricieux.
D'une part, les périodes de glaciation successives ont des effets différents sur une région, ce qui tend à déformer ou à effacer les preuves géologiques au fil du temps. De plus, les preuves géologiques sont difficiles à dater exactement, ce qui pose des problèmes pour obtenir une évaluation précise de la durée des périodes glaciaires et interglaciaires.
Chimique: Cela consiste en grande partie en des variations des rapports d'isotopes dans les fossiles découverts dans des échantillons de sédiments et de roches. Pour les périodes glaciaires plus récentes, les carottes de glace sont utilisées pour établir un record de température mondial, en grande partie à partir de la présence d'isotopes plus lourds (qui conduisent à des températures d'évaporation plus élevées). Ils contiennent souvent aussi des bulles d'air, qui sont examinées pour évaluer la composition de l'atmosphère à l'époque.
Des limites découlent cependant de divers facteurs. Au premier rang de ceux-ci figurent les rapports isotopiques, qui peuvent avoir un effet de confusion sur la datation précise. Mais en ce qui concerne les périodes glaciaires et interglaciaires les plus récentes (c'est-à-dire au cours des derniers millions d'années), les carottes de glace et les carottes de sédiments océaniques restent la forme de preuve la plus fiable.
Paléontologique: Ces preuves consistent en des changements dans la répartition géographique des fossiles. Fondamentalement, les organismes qui prospèrent dans des conditions plus chaudes disparaissent pendant les périodes glaciaires (ou deviennent très restreints aux basses latitudes), tandis que les organismes adaptés au froid prospèrent à ces mêmes latitudes. Ergo, des quantités réduites de fossiles dans les latitudes plus élevées est une indication de la propagation des calottes glaciaires.
Ces preuves peuvent également être difficiles à interpréter car elles nécessitent que les fossiles soient pertinents pour la période géologique étudiée. Cela exige également que les sédiments sur de larges plages de latitudes et de longues périodes de temps présentent une corrélation distincte (en raison des changements dans la croûte terrestre au fil du temps). De plus, il existe de nombreux organismes anciens qui ont montré leur capacité à survivre aux changements de conditions pendant des millions d'années.
En conséquence, les scientifiques s'appuient sur une approche combinée et de multiples sources de données dans la mesure du possible.
Causes de l'âge des glaces:
Le consensus scientifique est que plusieurs facteurs contribuent au début des périodes glaciaires. Ceux-ci incluent les changements dans l'orbite de la Terre autour du Soleil, le mouvement des plaques tectoniques, les variations de la production solaire, les changements dans la composition atmosphérique, l'activité volcanique et même l'impact des grandes météorites. Beaucoup d'entre eux sont interdépendants et le rôle exact que chacun joue est sujet à débat.
Orbite terrestre: Essentiellement, l'orbite de la Terre autour du Soleil est sujette à des variations cycliques dans le temps, un phénomène également connu sous le nom de cycles de Milankovic (ou Milankovitch). Ceux-ci sont caractérisés par des distances changeantes par rapport au Soleil, la précession de l'axe de la Terre et l'inclinaison changeante de l'axe de la Terre - qui entraînent tous une redistribution de la lumière solaire reçue par la Terre.
Les preuves les plus convaincantes du forçage orbital de Milankovic correspondent étroitement à la période la plus récente (et étudiée) de l’histoire de la Terre (environ 400 000 ans). Au cours de cette période, le calendrier des périodes glaciaires et interglaciaires est si proche des changements dans les périodes de forçage orbital de Milankovic qu'il est l'explication la plus largement acceptée pour la dernière période glaciaire.
Plaques tectoniques:Les archives géologiques montrent une corrélation apparente entre le début des périodes glaciaires et la position des continents de la Terre. Pendant ces périodes, ils étaient dans des positions qui perturbaient ou bloquaient l'écoulement de l'eau chaude vers les pôles, permettant ainsi la formation de calottes glaciaires.
Cela a à son tour augmenté l'albédo de la Terre, ce qui réduit la quantité d'énergie solaire absorbée par l'atmosphère et la croûte terrestre. Cela a abouti à une boucle de rétroaction positive, où l'avancée des calottes glaciaires a encore augmenté l'albédo de la Terre et a permis plus de refroidissement et plus de glaciation. Cela se poursuivrait jusqu'à l'apparition d'un effet de serre mettant fin à la période de glaciation.
Sur la base des périodes glaciaires passées, trois configurations ont été identifiées qui pourraient conduire à une période glaciaire - un continent assis au sommet du pôle Terre (comme l’Antarctique le fait aujourd’hui); une mer polaire sans littoral (comme l'océan Arctique est aujourd'hui); et un super continent couvrant la majeure partie de l'équateur (comme Rodinia l'a fait pendant la période cryogénique).
De plus, certains scientifiques pensent que la chaîne de montagnes de l'Himalaya - qui s'est formée il y a 70 millions d'années - a joué un rôle majeur dans la dernière période glaciaire. En augmentant la pluviométrie totale de la Terre, elle a également augmenté la vitesse à laquelle le CO² a été éliminé de l'atmosphère (diminuant ainsi l'effet de serre). Son existence est également parallèle à la baisse à long terme de la température moyenne de la Terre au cours des 40 derniers millions d'années.
Composition atmosphérique: Il est prouvé que les niveaux de gaz à effet de serre diminuent avec l'avancée des calottes glaciaires et augmentent avec leur recul. Selon l'hypothèse «Snowball Earth» - dans laquelle la glace recouvrait complètement ou presque la planète au moins une fois dans le passé - l'ère glaciaire du Protérozoïque tardif s'est terminée par une augmentation des niveaux de CO² dans l'atmosphère, attribuée à la formation volcanique éruptions.
Cependant, certains suggèrent que des niveaux accrus de dioxyde de carbone peuvent avoir servi de mécanisme de rétroaction, plutôt que de cause. Par exemple, en 2009, une équipe internationale de scientifiques a produit une étude - intitulée «Le dernier maximum glaciaire» - qui indiquait qu'une augmentation de l'irradiance solaire (c.-à-d. L'énergie absorbée par le soleil) a fourni le changement initial, tandis que les gaz à effet de serre représentaient la ampleur du changement.
Âge des glaces majeur:
Les scientifiques ont déterminé qu'au moins cinq grands âges glaciaires ont eu lieu dans l'histoire de la Terre. Il s'agit notamment des âges glaciaires huronien, cryogénique, andin-saharien, karoo et qauternaire. L'âge glaciaire huronien est daté du début de l'éon protzérozoïque, il y a environ 2,4 à 2,1 milliards d'années, d'après les preuves géologiques observées au nord et au nord-est du lac Huron (et corrélées aux dépôts trouvés au Michigan et en Australie-Occidentale).
La période glaciaire cryogénique a duré il y a environ 850 à 630 millions d'années et était peut-être la plus grave de l'histoire de la Terre. On pense que pendant cette période, les calottes glaciaires ont atteint l'équateur, conduisant ainsi à un scénario «Snowball Earth». On pense également que cela s'est terminé en raison d'une soudaine augmentation de l'activité volcanique qui a déclenché un effet de serre, bien que (comme indiqué), cela soit sujet à débat.
La période glaciaire andine-saharienne s'est produite au cours de l'Ordovicien supérieur et de la période silurienne (il y a environ 460 à 420 millions d'années). Comme son nom l'indique, les preuves ici sont basées sur des échantillons géologiques prélevés dans la chaîne de montagnes du Tassili n'Ajjer dans le Sahara occidental, et corrélées par des preuves obtenues de la chaîne de montagnes andine en Amérique du Sud (ainsi que de la péninsule arabique et du sud Bassin amazonien).
L'âge glaciaire du Karoo est attribué à l'évolution des plantes terrestres au début de la période dévonienne (il y a environ 360 à 260 millions d'années), ce qui a provoqué une augmentation à long terme des niveaux d'oxygène planétaire et une réduction des niveaux de CO² - conduisant à une refroidissement. Il est nommé d'après les dépôts sédimentaires qui ont été découverts dans la région du Karoo en Afrique du Sud, avec des preuves corrélatives trouvées en Argentine.
L'âge glaciaire actuel, connu sous le nom de glaciation Pliocène-Quaternaire, a commencé il y a environ 2,58 millions d'années à la fin du Pliocène, lorsque la propagation des calottes glaciaires dans l'hémisphère Nord a commencé. Depuis lors, le monde a connu plusieurs périodes glaciaires et interglaciaires, où les calottes glaciaires avancent et reculent sur des échelles de temps de 40 000 à 100 000 ans.
La Terre est actuellement dans une période interglaciaire, et la dernière période glaciaire s'est terminée il y a environ 10 000 ans. Ce qui reste des calottes glaciaires continentales qui s'étalaient autrefois à travers le monde sont maintenant limités au Groenland et à l'Antarctique, ainsi qu'aux plus petits glaciers - comme celui qui couvre l'île de Baffin.
Changement climatique anthropique:
Le rôle exact joué par tous les mécanismes auxquels les âges glaciaires sont attribués - à savoir le forçage orbital, le forçage solaire, l'activité géologique et volcanique - n'est pas encore entièrement compris. Cependant, compte tenu du rôle du dioxyde de carbone et d'autres émissions de gaz à effet de serre, les effets à long terme de l'activité humaine sur la planète suscitent beaucoup d'inquiétude au cours des dernières décennies.
Par exemple, dans au moins deux grandes périodes glaciaires, l'âge glaciaire cryogénique et karoo, les augmentations et les diminutions des gaz à effet de serre atmosphériques auraient joué un rôle majeur. Dans tous les autres cas, où le forçage orbital serait la principale cause de la fin d'une ère glaciaire, l'augmentation des émissions de gaz à effet de serre était toujours responsable de la rétroaction négative qui a conduit à des augmentations encore plus importantes de la température.
L'ajout de CO2 par l'activité humaine a également joué un rôle direct dans les changements climatiques qui se produisent dans le monde. Actuellement, la combustion de combustibles fossiles par l'homme constitue la plus grande source d'émissions de dioxyde de carbone (environ 90%) dans le monde, qui est l'un des principaux gaz à effet de serre qui permet au forçage radiatif (alias l'effet de serre) d'avoir lieu.
En 2013, la National Oceanic and Atmospheric Administration a annoncé que les niveaux de CO² dans la haute atmosphère atteignaient 400 parties par million (ppm) pour la première fois depuis le début des mesures au 19e siècle. Sur la base du taux actuel d'augmentation des émissions, la NASA estime que les niveaux de carbone pourraient atteindre entre 550 et 800 ppm au cours du siècle à venir.
Si le premier scénario est le cas, la NASA prévoit une augmentation de 2,5 ° C (4,5 ° F) des températures mondiales moyennes, ce qui serait durable. Cependant, si ce dernier scénario s'avérait être le cas, les températures mondiales augmenteraient en moyenne de 4,5 ° C (8 ° F), ce qui rendrait la vie intenable pour de nombreuses parties de la planète. Pour cette raison, des alternatives sont recherchées pour le développement et l'adoption commerciale généralisée.
De plus, selon une étude de 2012 publiée dans Géoscience de la nature- intitulé «Détermination de la longueur naturelle de l'interglaciaire actuel» - les émissions humaines de CO² devraient également différer la prochaine période glaciaire. En utilisant des données sur l'orbite de la Terre pour calculer la longueur des périodes interglaciaires, l'équipe de recherche a conclu que la prochaine glace (attendue dans 1500 ans) nécessiterait des niveaux de CO² atmosphérique pour rester en dessous d'environ 240? Ppm.
En savoir plus sur les périodes glaciaires plus longues ainsi que sur les périodes glaciaires plus courtes qui se sont produites dans le passé de la Terre est une étape importante pour comprendre comment le climat de la Terre change au fil du temps. Cela est d'autant plus important que les scientifiques cherchent à déterminer quelle part du changement climatique moderne est d'origine humaine et quelles contre-mesures possibles peuvent être développées.
Nous avons écrit de nombreux articles sur le magazine Ice Age for Space. Voici une nouvelle étude révèle une petite période glaciaire entraînée par le volcanisme, un astéroïde tueur a-t-il conduit la planète dans une période glaciaire?, Y avait-il une terre de Slushball?, Et Mars sort-il d'une période glaciaire?
Si vous souhaitez plus d'informations sur la Terre, consultez le Guide d'exploration du système solaire de la NASA sur Terre. Et voici un lien vers l'observatoire de la Terre de la NASA.
Nous avons également enregistré un épisode d'Astronomy Cast sur la planète Terre. Écoutez ici, épisode 51: Terre et épisode 308: changement climatique.
La source:
- Wikipédia - L'âge de glace
- USGS - Notre continent en évolution
- PBS NOVA - Qu'est-ce qui déclenche l'âge des glaces?
- UCSD: Earthguide - Aperçu général de l'âge des glaces
- Sciences en direct - Époque pléistocène: faits sur la dernière période glaciaire
