Introduction

Aujourd’hui, parlons climat ! Dans cette nouvelle catégorie, nous parlerons des climats passés de la Terre, des indices qui nous permettent de les reconstituer mais également des climats actuels et futurs. L’étude du climat est un enjeu actuel capital et connaître son évolution au cours de l’histoire de la Terre nous permettra de mieux appréhender notre avenir.

Nous allons commencer par nous intéresser dans un double article à l’évolution du climat sur la période géologique actuelle : le Quaternaire (troisième période de l’ère Cénozoïque), qui a commencé il y a environ 2 Ma. Le Quaternaire est caractérisé par une alternance de périodes dites glaciaires et de périodes dites interglaciaires. Ces glaciations ont un impact important sur l’apparence de notre planète ainsi que sur l’évolution et la répartition des écosystèmes terrestres.

Mais alors, à quoi sont dues ces ères glaciaires ? Comment pouvons-nous retracer l’évolution du climat durant les deux derniers millions d’années ? C’est ce que nous allons voir dans ces deux articles.

Qu’est ce qu’un âge glaciaire ?

Le climat de la Terre est actuellement de type « icehouse », c’est-à-dire que la Terre porte des calottes glaciaires au niveau des pôles (les calottes antarctique et groënlandaise). Ca n’a pas toujours été le cas. Par exemple, durant le Mésozoïque, la Terre était la plupart du temps dépourvue de calottes glaciaires. Nous y reviendrons plus longuement juste après ces deux articles sur les glaciations récentes. Lorsque le climat est en période « icehouse », il se met alors en place une alternance cyclique de périodes glaciaires et interglaciaires.

Afin d’y voir un peu plus clair, essayons d’apporter une définition du terme “ère glaciaire”. C’est une période durant laquelle la température moyenne à la surface de la Terre diminue de manière significative, ce qui entraîne de nombreux changements. Le niveau des mers diminue et la taille des calottes glaciaires (c’est-à-dire des glaces reposant sur une surface continentale) augmente fortement.

Tout cela a évidemment un impact important sur les écosystèmes. La faune et la flore des régions éloignées de l’équateur doivent s’adapter à des conditions de vie plus difficiles. Ces périodes ont vu le développement de “mégafaunes” vivant dans les immenses étendues de steppes et de taïgas. Les grands animaux les plus connus étant bien entendu les mammouths laineux mais aussi les ours des cavernes, les cerfs géants …

Les traces/preuves des âges glaciaires quaternaires

Il est possible de reconstituer les climats passés et de connaître approximativement la température moyenne à la surface de la Terre grâce à différentes méthodes, d’autant plus que nous cherchons ici à connaître des climats très récents à l’échelle des temps géologiques.

Les premières preuves de glaciations à avoir été étudiées sont les traces laissées par les glaciers. Cela a été étudié dès le XVIIIème siècle, dans les Alpes notamment. En effet, durant une période plus froide, les glaciers se développent fortement et occupent des espaces bien plus importants qu’actuellement. Les traces d’un glacier à un endroit qui en est aujourd’hui dépourvu prouvent une ancienne étendue plus vaste des masses glaciaires. Par exemple, des glaciers ont érodé les stratovolcans d’Auvergne (le Cantal et les Monts-Dore) en creusant des vallées en leur sein (la vallée de Chaudefour par exemple). Plus aucun de ces glaciers n’existe actuellement en Auvergne. Un glacier laisse de nombreuses traces de son passage. En voici quelques exemples :

– Les moraines sont des dépôts sédimentaires laissés par les glaciers. En effet, comme pour une rivière, un glacier “s’écoule” en transportant et en arrachant des sédiments au substratum géologique. Les moraines sont des dépôts mal triés comportant des éléments grossiers et fins.

– Les blocs erratiques sont d’énormes blocs rocheux “posés” ou « imbriqués » dans les sédiments d’une zone actuellement dépourvue de glacier. La nature de la roche, différente de celles qui l’entoure, laisse deviner que de tels blocs ont subi un transport. Ils ont en effet été transportés et abandonnés par le cours d’un glacier.

– Les stries glaciaires sont des rayures plus ou moins parallèles que l’on peut retrouver sur certaines roches sur lesquelles sont passées un glacier. Ces stries ont été formées par la charge rocailleuse en base du glacier lors de son passage sur la roche.

Bien entendu, les données Paléontologiques permettent de reconstituer les climats passés. Un fossile de mammouth laineux, adapté à un environnement froid, retrouvé à une latitude aujourd’hui tempérée, indique un paléoenvironnement plus froid que l’actuel. Les fossiles de végétaux sont également très utiles dans cette optique. Il est également possible d’effectuer des carottages dans des tourbières pour étudier les pollens qui s’y trouvent conservés. Une tourbière est un milieu très particulier : la matière organique (restes de végétaux notamment) n’y est quasiment pas dégradée (l’acidité du milieu empêche les microorganismes décomposeurs de s’y développer). Une tourbière va donc croitre avec le temps. Comme pour les roches sédimentaires, plus on va profond, plus on remonte le temps ! Les pollens des différents végétaux permettent une reconstitution du paléoenvironnement.

Enfin, terminons cette partie par une autre méthode ayant recours à des carottages mais cette fois-ci dans les glaces. Sur le même principe, creuser dans les glaces permet de remonter le temps : les glaces les plus profondes d’une calotte sont celles qui se sont formées il y a le plus longtemps. On étudie notamment les isotopes de l’atome d’oxygène pris dans la glace. L’isotope le plus courant est le ¹⁶O mais il existe également le ¹⁸O. Tentons d’expliquer simplement : les molécules d’eau (H₂O pour rappel, sait-on jamais) vont soit porter un atome ¹⁶O, soit un atome ¹⁸O. Mettons nos molécules d’eau dans la mer. L’évaporation de l’eau de mer, qui va former les nuages, va préférentiellement “emporter” les molécules contenant l’atome ¹⁶O, plus léger. Ces molécules peuvent ensuite se retrouver dans les molécules d’eau des calottes glaciaires lorsque les précipitations se font au-dessus. On va ensuite calculer le rapport ¹⁸O/¹⁶O. Si vous m’avez bien suivi, vous aurez compris que sa valeur sera bien plus importante dans l’eau de mer que dans l’eau des calottes glaciaires. Ce rapport va également varier selon le climat global. En effet, lors d’une période glaciaire, le niveau de la mer diminue et les calottes glaciaires croissent. Le ¹⁸O va en quelque sorte se retrouver “concentré” dans l’eau de mer car beaucoup de ¹⁶O se retrouve dans les glaces. Pour la même raison, l’eau des calottes va “diluer” le peu de ¹⁸O qu’elle comporte. En période glaciaire, le rapport ¹⁸O/¹⁶O va donc augmenter dans l’eau de mer et diminuer dans l’eau des calottes. Ce sera l’inverse pour une période plus chaude qu’actuellement. Les variations de ce rapport permettent d’évaluer l’évolution de la température moyenne ! Le rapport ¹⁸O/¹⁶O dans les glaces est donc mesuré grâce à des carottages. Il est également possible de mesurer ce rapport pour les eaux de mers grâce aux fossiles de foraminifères, des micro-organismes marins qui forment des test calcaires, c’est-à-dire des « coquilles » calcaires (CaCO₃). Pour comparer les rapports ¹⁸O/¹⁶O entre plusieurs périodes, on utilise le δ ¹⁸O, qui permet de comparer le rapport d’un échantillon avec une valeur référence. Si vous voulez quelques infos supplémentaires par rapport à mes explications ultra-simplifiées, les pages Wikipedia à propos du δ ¹⁸O, des carottes de glace et des foraminifères sont assez concises et peuvent vous intéresser.

Nous savons à présent qu’il existe de nombreux moyens de “détecter” une période glaciaire passée mais nous ne savons toujours pas pourquoi nous avons ce cycle glaciaire / interglaciaire durant le Quaternaire. Cet article étant déjà bien chargé alors petit cliffhanger : la suite la prochaine fois !