Une période glaciaire
Une période glaciaire est un épisode de glaciation au cours d'une période géologique passée. Une baisse des températures moyennes entraîne l'expansion des calottes glaciaires à l'échelle mondiale. Le Pléistocène a connu la dernière série d'épisodes glaciaires (ère glaciaire).
La Terre au cours d'une période glaciaire :
Les périodes glaciaires sont des périodes où les calottes glaciaires et les glaciers s'étendent sur la planète, ce qui correspond à des baisses importantes des températures mondiales et peut durer des millions d'années.
Généralités
Une période glaciaire est une période de l'histoire de la Terre au cours de laquelle la glace sur les calottes polaires se dilate considérablement en raison d'une baisse des températures globales de la Terre. Au cours de millions d'années, la Terre a connu au moins cinq périodes glaciaires majeures.
Les périodes glaciaires ont commencé il y a 2,58 millions d'années et ont duré jusqu'à il y a 11 500 ans (würm). Pendant ce temps, le climat de la terre a changé à plusieurs reprises entre des périodes très froides, pendant lesquelles les glaciers couvraient de grandes parties du monde, et des périodes très chaudes pendant lesquelles de nombreux glaciers ont fondu.
Les scientifiques savent depuis un certain temps que la Terre traverse des cycles de changements climatiques. En raison de changements dans l'orbite de la Terre, de facteurs géologiques ou de changements dans la production solaire, la Terre subit occasionnellement des réductions significatives de ses températures de surface et atmosphériques. Il en résulte de longues périodes de glaciation, ou ce que l'on appelle plus familièrement une ère glaciaire.
Ces épisodes de glaciation sont caractérisés par la croissance et l'expansion des calottes glaciaires à la surface de la Terre, qui interviennent tous les quelques millions d'années.
Au cours d'une période glaciaire, il existe des différences de température importantes entre l'équateur et les pôles, et il a également été démontré que les températures au niveau des mers profondes chutent. Cela permet à de grands glaciers (comparables aux continents) de se développer, couvrant une grande partie de la surface de la planète. Depuis l'ère précambrienne (il y a environ 600 millions d'années), des périodes glaciaires sont intervenues à des intervalles largement espacés d'environ 200 millions d'années.
De nos jours
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 retrait des glaciers, caractéristique de la fin d'une période glaciaire avec un réchauffement climatique.
Histoire
Le premier scientifique à théoriser sur les périodes glaciaires passées fut l'ingénieur et géographe suisse du 18ème siècle Pierre Martel. En 1742, alors qu'il visitait une vallée alpine, il écrivit sur la dispersion de gros rochers dans des formations erratiques, que les habitants attribuaient aux glaciers s'étant autrefois étendus beaucoup plus loin. Des explications similaires ont commencé à émerger au cours des décennies suivantes pour des modèles similaires de distribution de rochers dans d'autres parties du monde.
À partir du milieu du 18ème siècle, les érudits européens ont de plus en plus commencé à envisager 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 dano-norvégien Jens Esmark (1762–1839) qui a le premier soutenu l'existence d'une séquence d'ères glaciaires à l'échelle mondiale.
Cette théorie a été détaillée dans un article qu'il a publié en 1824, dans lequel il a proposé que les changements du climat de la Terre (qui étaient dus aux changements de son orbite) en étaient responsables. Cela a été suivi en 1832 par le géologue et professeur forestier allemand Albrecht Reinhard Bernhardi qui a spéculé sur la façon dont les calottes glaciaires polaires auraient pu atteindre les zones tempérées du monde.
À la même époque, le botaniste allemand Karl Friedrich Schimper et le biologiste américano-suisse 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 19ème siècle, la théorie de l'âge glaciaire a progressivement a commencé à être largement acceptée sur l'idée que la Terre se refroidissait progressivement à partir de son état de fusion d'origine.
Au 20ème siècle, le polymathe serbe Milutin Milankovic a développé son concept de cycles de Milankovic, qui reliait les changements climatiques à long terme aux changements périodiques de l'orbite de la Terre autour du Soleil. Cela a offert une explication démontrable des périodes glaciaires et a permis aux scientifiques de faire des prédictions sur le moment où des changements importants dans le climat de la Terre pourraient survenir à nouveau.
Preuves de la théorie glaciaire
Il existe trois formes de preuves de la théorie de l'ère glaciaire, qui vont du géologique et du chimique au paléontologique (avec les archives fossiles). Chacun a ses avantages et ses inconvénients particuliers et a aidé les scientifiques à développer une compréhension générale de l'effet que les périodes glaciaires ont eu sur les archives géologiques au cours des derniers milliards d'années.
Géologique : les preuves géologiques comprennent le décapage et le grattage des roches, les vallées sculptées, 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 preuve soit ce qui a conduit à la théorie de l'ère glaciaire en premier lieu, cela 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 avec précision, ce qui pose des problèmes lorsqu'il s'agit d'obtenir une évaluation précise de la durée des périodes glaciaires et interglaciaires.
Chimique : cela consiste en grande partie en des variations dans les rapports des 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 construire un record de température globale, 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 ce moment-là.
Cependant, les limites découlent de divers facteurs. Au premier rang de ceux-ci figurent les rapports isotopiques, qui peuvent avoir un effet déconcertant 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 échantillons de carottes de glace et de sédiments océaniques restent la forme de preuve la plus fiable.
Paléontologique : cette preuve consiste en des changements dans la répartition géographique des fossiles. Fondamentalement, les organismes qui prospèrent dans des conditions plus chaudes s'éteignent pendant les périodes glaciaires (ou deviennent très restreints aux basses latitudes), tandis que les organismes adaptés au froid prospèrent dans ces mêmes latitudes. Par conséquent, des quantités réduites de fossiles dans des latitudes plus élevées sont une indication de la propagation des calottes glaciaires.
Cette preuve peut également être difficile à interpréter car elle nécessite que les fossiles soient pertinents pour la période géologique étudiée. Cela nécessite également que les sédiments sur de larges plages de latitudes et de longues périodes de temps montrent une corrélation distincte (en raison des changements de la croûte terrestre au fil du temps). De plus, de nombreux organismes anciens 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 sur plusieurs sources de données dans la mesure du possible.
Causes des glaciations
Le consensus scientifique est que plusieurs facteurs contribuent à l'apparition des périodes glaciaires. Ceux-ci incluent les changements de l'orbite de la Terre autour du Soleil, le mouvement des plaques tectoniques, les variations de la production solaire, les changements de la composition atmosphérique, l'activité volcanique et même l'impact des grosses météorites. Beaucoup d'entre eux sont interdépendants et le rôle exact que chacun joue est sujet à débat.
Orbite de la Terre : 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). Celles-ci sont caractérisées 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 toutes une redistribution de la lumière solaire reçue par la Terre.
La preuve la plus convaincante du forçage orbital de Milankovic correspond étroitement à la période la plus récente (et étudiée) de l'histoire de la Terre (environ au cours des 400 000 dernières années). 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 que c'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 les positions des continents de la Terre. Pendant ces périodes, ils se trouvaient dans des positions qui perturbaient ou bloquaient l'écoulement d'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 terrestres. Cela a entraîné 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 poursuivra jusqu'à ce que l'apparition d'un effet de serre mette 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 terrestre (comme l'Antarctique le fait aujourd'hui); une mer polaire enclavée (comme l'est aujourd'hui l'océan Arctique); et un super continent couvrant la majeure partie de l'équateur (comme Rodinia l'a fait pendant la période cryogénienne).
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 les précipitations totales de la Terre, il a également augmenté la vitesse à laquelle le CO2 a été retiré de l'atmosphère (diminuant ainsi l'effet de serre). Son existence a également été parallèle à la diminution 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 de la "boule de neige" - dans laquelle la glace a complètement ou presque recouvert la planète au moins une fois dans le passé - la période glaciaire de la fin du Protérozoïque s'est terminée par une augmentation des niveaux de CO2 dans l'atmosphère, qui a été attribuée à l'activité volcanique. éruptions.
Cependant, certains suggèrent que l'augmentation des niveaux de dioxyde de carbone pourrait 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'est-à-dire l'énergie absorbée par le Soleil) fournissait le changement initial, tandis que les gaz à effet de serre représentaient la ampleur du changement.
Périodes glaciaires majeures
Les scientifiques ont déterminé qu'au moins cinq périodes glaciaires majeures ont eu lieu dans l'histoire de la Terre. Il s'agit notamment des périodes glaciaires huronienne, cryogénienne, andine-saharienne, du Karoo et du Qauternaire. La période glaciaire huronienne est datée du début du Protzérozoïque, il y a environ 2,4 à 2,1 milliards d'années, sur la base de preuves géologiques observées au nord et au nord-est du lac Huron (et corrélées aux gisements trouvés au Michigan et en Australie occidentale).
La période glaciaire cryogénienne a duré il y a environ 850 à 630 millions d'années et a peut-être été la plus grave de l'histoire de la Terre. On pense qu'au cours de cette période, les calottes glaciaires ont atteint l'équateur, conduisant ainsi à un scénario "Terre boule de neige" ("Snowball Earth"). On pense également que cela s'est terminé en raison d'une augmentation soudaine 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 est intervenue au cours de la période de l'Ordovicien supérieur et du Silurien (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 au Sahara occidental, et corrélées par des preuves obtenues dans la chaîne de montagnes andines en Amérique du Sud (ainsi que dans la péninsule arabique et le sud bassin amazonien).
L'ère glaciaire du Karoo est attribuée à l'évolution des plantes terrestres au début de la période Dévonienne (il y a environ 360 à 260 millions d'années) 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 porte le nom de dépôts sédimentaires découverts dans la région de Karoo en Afrique du Sud, avec des preuves corrélatives trouvées en Argentine.
L'ère glaciaire actuelle, connue 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'étendaient autrefois sur le globe se limite désormais au Groenland et à l'Antarctique, ainsi qu'à des glaciers plus petits, comme celui qui recouvre l'île de Baffin.
Rôle anthropique de la fonte des glaciers
Le rôle exact joué par tous les mécanismes auxquels les périodes glaciaires sont attribuées - c'est-à-dire le forçage orbital, le forçage solaire, l'activité géologique et volcanique - n'est pas encore entièrement compris. Cependant, étant donné le rôle du dioxyde de carbone et d'autres émissions de gaz à effet de serre, on s'est beaucoup inquiété ces dernières décennies des effets à long terme de l'activité humaine sur la planète.
Par exemple, dans au moins deux périodes glaciaires majeures, les périodes glaciaires du Cryogénien et du Karoo, on pense que les augmentations et les diminutions des gaz à effet de serre atmosphériques ont joué un rôle majeur. Dans tous les autres cas, où le forçage orbital est considéré comme la principale cause de la fin d'une période 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 interviennent 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 (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 avaient atteint 400 parties par million (ppm) pour la première fois depuis le début des mesures au 19ème siècle. Sur la base du rythme actuel auquel les émissions augmentent, 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 des températures mondiales moyennes, ce qui serait durable. Cependant, si ce dernier scénario s'avère être le cas, les températures mondiales augmenteront en moyenne de 4,5 °C, 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 à grande échelle.
De plus, selon une étude de détermination de la longueur naturelle de l'interglaciaire actuel, les émissions humaines de CO2 devraient également retarder la prochaine période glaciaire. En utilisant des données sur l'orbite terrestre pour calculer la longueur des périodes interglaciaires, l'équipe de recherche a conclu que la prochaine glace (prévue dans 1500 ans) exigerait que les niveaux atmosphériques de CO2 restent inférieurs à environ 240 ppm.
En savoir plus sur les périodes glaciaires plus longues ainsi que sur les périodes glaciaires plus courtes qui ont eu lieu dans le passé de la Terre est une étape importante pour comprendre comment le climat de la Terre change au fil du temps. Ceci est particulièrement important car les scientifiques cherchent à déterminer dans quelle mesure le changement climatique moderne est causé par l'homme et quelles contre-mesures possibles peuvent être développées.
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