Introduction :
Alors que le réchauffement climatique devient de plus en plus inquiétant, les scientifiques cherchent à comprendre la dynamique des climats passés afin de mieux comprendre ce qui nous attend dans le futur. Des indices concordants ont été relevés par les géologues, les paléontologues et les archéologues, et ont permis d’appréhender les climats de la Terre à différentes échelles.
Pb- Quels sont les indices permettant d’appréhender les climats du passé ?
-Quelles sont les variations climatiques qui ont été mises en évidence par le passé ?
-Quelles sont les causes de ces variations climatiques ?
-Quelles sont les conséquences et les pistes d’atténuation du réchauffement climatique anthropique ?
Le Quaternaire correspond à la période la plus récente de l’Histoire de la Terre, soit la période entre 2,5 Ma et aujourd’hui.
-On peut étudier certaines traces laissées par les glaciers : Moraines (dépôts sédimentaires charriés par les glaciers), roches striées, vallées en auge (en forme de « U »), sont autant d’indices permettant de connaitre l’extension passée des glaciers. Ces études permettent de savoir que ceux-ci étaient autrefois beaucoup plus étendus qu’aujourd’hui, ce qui démontre l’existence d’anciennes périodes glaciaires.
-L’étude de peintures rupestres de certaines grottes préhistoriques montre que les animaux croisés par nos ancêtres (avant -10 000 ans) étaient typiques d’environnements froids de type toundra ou taïga.
-L’étude de paléorivages montre que le niveau de la mer était autrefois beaucoup plus bas que maintenant, ce qui atteste d’une ancienne glaciation.
Les sédiments continentaux des lacs ou des tourbières contiennent des pollens provenant de la flore locale. Ces grains de pollen peuvent se conserver dans les sédiments pendant des milliers d’années, voire des dizaines de milliers d’années.
Les pollens fossiles récoltés à une profondeur donnée sont datés et identifiés. Les proportions des différentes espèces végétales nous renseignent sur les conditions climatiques de l’époque (ex : l’abondance des herbes et la rareté des arbres indiquent un climat froid).
Les variations de ces proportions au cours du temps sont représentées par un diagramme pollinique. Cela permet de suivre l’évolution des conditions climatiques au lieu considéré.
L’étude des pollens a ainsi permis d’identifier la présence d’un brusque réchauffement du climat datant d’environ 10 000 ans, durant lequel on est passé d’une période glaciaire (froide) à la période interglaciaire (plus chaude) actuelle (l’Holocène).
Les glaces polaires se forment par accumulation et tassement de couches successives de neige.
Les couches de glace peuvent être datées (plus la glace est profonde, plus elle est ancienne).
La température au moment de la précipitation de la neige peut être déterminée grâce à la composition isotopique de l'oxygène de la glace.
En effet, la proportion des deux isotopes 18O et 16O varie en fonction de la température : On peut mesurer le rapport isotopique de l’oxygène 18O/16O et calculer le δ18O (delta isotopique de l’oxygène) en comparant avec un rapport de référence. Le δ18O de la glace diminue lorsque la température au moment de la précipitation de la neige diminue.
Relation entre le δ18O et la température
Ce rapport est donc un indicateur de température (thermomètre isotopique) qui permet de connaître les variations locales de la température au-dessus des calottes polaires depuis 800 000 ans.
L'étude du δ18O des carottes de glace confirme la présence d’une transition entre période glaciaire et période interglaciaire datant d’environ 10 000 ans.
De plus, sur une échelle plus large, elle montre une alternance de cycles climatiques de 100 000 ans environ, avec phase de réchauffement et phase de refroidissement. Chaque cycle contient une période glaciaire et une période interglaciaire plus courte.
La similitude des résultats obtenus aux 2 pôles indique que les changements climatiques concernent l’ensemble de la planète.
Variations de température déduites du δ18O des calottes glaciaires depuis 400 000 ans
Les sédiments océaniques contiennent de très nombreux tests d’organismes microscopiques, en particulier de foraminifères. Ces tests sont formés de carbonate CaCO3 et nous renseignent de 2 façons :
Observation : Les proportions entre tests et particules minérales dépendent de la température (davantage de tests quand la température est plus chaude). Certaines espèces planctoniques sont typiques de températures froides ou de températures chaudes.
Composition isotopique : Le δ18O des carbonates dépend du volume des calottes glaciaires et des glaciers, et donc de la température. En effet, lors d’une glaciation, le volume des glaces augmente. L’eau de mer s’enrichit en 18O plus lourd et le δ18O de l’eau de mer augmente. Or le δ18O des carbonates varie dans le même sens que celui de l’eau de mer. Une glaciation (température basse) se traduit donc par une augmentation du δ18O des carbonates.
Le thermomètre isotopique des carbonates
L’enseignement apporté par l’étude des rapports isotopiques dans les sédiments confirment les résultats obtenus sur les glaces, avec une résolution moindre. L’étude du rapport isotopique des sédiments permet cependant d’appréhender des climats encore beaucoup plus anciens que les glaces polaires.
Les variations climatiques récentes sont liées aux paramètres orbitaux de la Terre (= paramètres de Milankovitch) :
- l'excentricité de l'orbite,
- l'obliquité (= inclinaison de l’axe de rotation),
- la précession des équinoxes liée à l'orientation de l’axe de rotation.
Ces paramètres déterminent la répartition et les variations au cours du temps de l’énergie solaire reçue aux différentes latitudes. Leurs variations régulières entraînent les variations climatiques.
Les paramètres de Milankovitch
Cependant, les variations de l’ensoleillement n’expliquent pas entièrement l’amplitude des variations de températures observées.
a- Les variations de l’albédo de la planète.
L’albédo d'un corps est le rapport entre l’énergie qu’il réfléchit et l’énergie qu’il reçoit. L’albédo de la neige est très élevé, celui de l’eau est beaucoup plus faible. Lors des périodes de faible insolation la température est plus faible et les calottes glaciaires sont plus étendues. L’albédo global de la Terre est plus élevé, ce qui contribue au refroidissement de la planète. L‘effet astronomique est donc amplifié.
b- Les variations de la teneur en CO2 atmosphérique.
L’analyse des microbulles de gaz contenues dans les glaces polaires indique que le taux de CO2 dans l'atmosphère a varié parallèlement à la température.
Le CO2 participe en effet à l’effet de serre de la Terre. Sa concentration dans l’atmosphère est en équilibre avec celle de l’océan. Lors de périodes de forte insolation, la température augmente. Or le CO2 est moins soluble dans l’eau chaude, donc l’équilibre est déplacé : du CO2 passe de l’océan vers l’atmosphère. Cela entraîne une augmentation de l’effet de serre qui amplifie l'effet astronomique.
