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Au cours des derniers millions d’années, la Terre a traversé plusieurs dizaines d’ères glaciaires, c’est-à-dire des périodes de froid total où la majorité du globe était soumis à des températures très basses et à une glaciation très étendue. Ces périodes ont été entrecoupées de périodes plus chaudes, permettant à la faune et la flore de se développer de nouveau à chaque fois. Ce cycle, au demeurant naturel, est aujourd’hui impacté par le changement climatique dû aux activités humaines.

Au cours des 2.6 millions d’années passées (ce que l’on appelle la période Quaternaire), la planète a traversé plus de 50 périodes glaciaires, avec des périodes interglaciaires plus chaudes entre les deux. Mais qu’est-ce qui fait que les calottes glaciaires et les glaciers s’étendent périodiquement ?

Les périodes glaciaires sont engendrées par un ensemble complexe de facteurs interconnectés, impliquant la position de la Terre dans le Système solaire et des influences plus locales, comme les niveaux de dioxyde de carbone. Les scientifiques tentent toujours de comprendre comment ce système fonctionne, en particulier parce que le changement climatique d’origine humaine peut avoir définitivement rompu le cycle.

Les signes de périodes de glaciation passées

Il y a seulement quelques siècles, les scientifiques ont commencé à reconnaître des indices d’ères glaciaires passées. Au milieu du 19e siècle, le naturaliste suisse-américain Louis Agassiz a documenté les marques que les glaciers avaient laissées sur la Terre, telles que des roches déplacées et des tas de débris géants, appelés moraines, qu’il soupçonnait que d’anciens glaciers avaient transportés et poussés sur de longues distances.

À la fin du 19e siècle, les scientifiques avaient mis en évidence quatre périodes glaciaires s’étant produites à l’époque du Pléistocène, qui a duré d’environ 2.6 millions d’années jusqu’à environ 11’700 ans avant le présent. Ce n’est que des décennies plus tard, cependant, que les chercheurs ont réalisé que ces périodes froides arrivaient avec beaucoup plus de régularité.

Mieux comprendre les périodes glaciaires : le travail de Milankovitch

Une percée majeure dans la compréhension des cycles de l’âge glaciaire est survenue dans les années 40, lorsque l’astrophysicien serbe Milutin Milankovitch a proposé ce qui est devenu connu sous le nom de cycles de Milankovitch, un aperçu du mouvement de la Terre qui est encore utilisé pour expliquer les variations climatiques aujourd’hui.

Milankovitch a décrit trois principales façons dont l’orbite de la Terre varie par rapport au Soleil, explique Mark Maslin, professeur de paléoclimatologie à l’University College London. Ces facteurs déterminent la quantité de rayonnement solaire (en d’autres termes, la chaleur) qui atteint la planète.

Cycle de glaciation : les critères de Milankovitch

Tout d’abord, il y a la forme excentrique de l’orbite de la Terre autour du Soleil, qui varie de presque circulaire à elliptique sur un cycle de 96’000 ans. « La raison pour laquelle cette modification apparaît est parce que Jupiter, qui représente 4% de la masse de notre système solaire, a un fort effet gravitationnel, qui déplace l’orbite de la Terre puis la ramène », indique Maslin.

Deuxièmement, il y a l’inclinaison de la Terre, c’est la raison pour laquelle nous avons des saisons. L’axe incliné de rotation de la Terre signifie qu’un hémisphère se penche toujours loin du Soleil (provoquant l’hiver) tandis que l’autre se penche vers le Soleil (provoquant l’été). L’angle de cette inclinaison varie sur un cycle d’environ 41’000 ans, faisant dès lors varier la rigueur des saisons. Si l’axe est plus droit, alors  les étés seront moins chauds et l’hiver sera un peu moins froid.

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axes terre

Schéma expliquant les notions d’excentricité, inclinaison et précession. Crédits : NASA

Troisièmement, il y a l’oscillation de l’axe de la Terre, qui se déplace comme s’il s’agissait d’une toupie. « Ce qui se passe, c’est que l’élan angulaire de la Terre, qui tourne très rapidement sur elle-même (une fois par jour), fait également osciller l’axe ». Cette oscillation se produit sur un cycle de 20’000 ans.

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Milankovitch a identifié que les conditions orbitales pour les étés frais étaient des précurseurs particulièrement importants des périodes glaciaires. « Vous allez toujours avoir de la glace en hiver. Pour obtenir une ère glaciaire, il faut qu’une partie de cette glace survive tout au long de l’été ».

Activités humaines : elles impactent fortement le cycle de glaciation terrestre

Mais, pour passer à une période glaciaire, les phénomènes orbitaux ne suffisent pas à eux seuls. La causalité réelle d’une période glaciaire est la rétroaction fondamentale du système climatique. Les scientifiques se demandent encore comment divers facteurs environnementaux influencent la glaciation et la déglaciation, mais des recherches récentes ont suggéré que les niveaux de gaz à effet de serre dans l’atmosphère jouent un rôle important.

courbe de Keeling

La courbe de Keeling retrace l’évolution du taux de CO2 atmosphérique terrestre depuis 1958 à partir des données recueillies par l’observatoire Mauna Loa à Hawaï. Crédits : Delorme/NOAA/ESRL

Par exemple, des climatologues de l’Institut de recherche sur l’impact du climat (PIK) de Potsdam en Allemagne, ont montré que les débuts de la période glaciaire passée étaient principalement dus à une diminution du dioxyde de carbone et que l’augmentation spectaculaire du dioxyde de carbone dans l’atmosphère, en raison des activités humaines, a probablement supprimé le début de la prochaine période glaciaire pendant une période pouvant atteindre 100’000 ans.

« Comme aucune autre force sur la planète, les périodes glaciaires ont façonné l’environnement mondial et ont ainsi déterminé le développement de la civilisation humaine. Par exemple, nous devons notre sol fertile à la dernière période glaciaire qui a également sculpté les paysages d’aujourd’hui, laissant les glaciers et les rivières derrière, formant des fjords, des moraines et des lacs. Cependant, aujourd’hui, c’est l’humanité, avec ses émissions provenant de la combustion de combustibles fossiles, qui détermine le développement futur de la planète », conclut Hans Joachim Schellnhuber.

ere glaciaire

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