Record de température géologique - Geologic temperature record
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Les enregistrements de températures géologiques sont des changements dans l' environnement de la Terre tels que déterminés à partir de preuves géologiques sur des échelles de temps allant de plusieurs millions à plusieurs milliards (10 9 ) années. L'étude des températures passées fournit un aperçu paléoenvironnemental important car elle est une composante du climat et de l' océanographie de l'époque.
Méthodologie
Les preuves des températures passées proviennent principalement de considérations isotopiques (en particulier δ 18 O ); le rapport Mg/Ca des tests de foram , et les alcénones , sont également utiles. Souvent, beaucoup sont utilisés conjointement pour obtenir une estimation multi-proxy de la température. Cela s'est avéré crucial dans les études sur la température glaciaire/interglaciaire.
Description du relevé de température
pléistocène
Les 3 derniers millions d'années ont été caractérisés par des cycles glaciaires et interglaciaires au sein d'une ère glaciaire qui s'approfondit progressivement . Actuellement , la Terre est dans une période interglaciaire, commençant il y a environ 20 000 ans (20 kya).
Les cycles de glaciation impliquent la croissance et le retrait des calottes glaciaires continentales dans l'hémisphère nord et impliquent des fluctuations à plusieurs échelles de temps, notamment aux échelles 21 ky, 41 ky et 100 ky. De tels cycles sont généralement interprétés comme étant entraînés par des changements prévisibles de l'orbite terrestre connus sous le nom de cycles de Milankovitch . Au début du Pléistocène moyen (il y a 0,8 million d'années, près de l' inversion géomagnétique de Brunhes-Matuyama ), il y a eu un changement largement inexpliqué dans la périodicité dominante des glaciations du cycle 41 ky au 100 ky.
L'intensification progressive de cette ère glaciaire au cours des 3 derniers millions d'années a été associée à la baisse des concentrations du gaz à effet de serre dioxyde de carbone , bien qu'il reste difficile de savoir si ce changement est suffisamment important pour avoir causé les changements de températures . Une baisse des températures peut entraîner une diminution du dioxyde de carbone car, selon la loi d' Henry , le dioxyde de carbone est plus soluble dans les eaux plus froides, ce qui peut expliquer 30 ppmv de la diminution de 100 ppmv de la concentration de dioxyde de carbone au cours du dernier maximum glaciaire.
De même, l'initiation de cette phase d'approfondissement correspond aussi approximativement à la fermeture de l' isthme de Panama par l'action de la tectonique des plaques . Cela a empêché le flux océanique direct entre le Pacifique et l'Atlantique, ce qui aurait eu des effets importants sur la circulation océanique et la distribution de la chaleur. Cependant, les études de modélisation ont été ambiguës quant à savoir si cela pourrait être la cause directe de l'intensification de la période glaciaire actuelle.
Cette récente période de cycle climatique fait partie de l'ère glaciaire plus étendue qui a commencé il y a environ 40 millions d'années avec la glaciation de l' Antarctique .
Maximums thermiques initiaux de l'Éocène
Dans la première partie de la période éocène , une série de pics thermiques abrupts ont été observés, ne durant pas plus de quelques centaines de milliers d'années. Le plus prononcé d'entre eux, le maximum thermique paléocène-éocène (PETM) est visible sur la figure de droite. Ceux-ci sont généralement interprétés comme causés par des rejets brusques de méthane des clathrates (glaces de méthane gelées qui s'accumulent au fond de l'océan), bien que certains scientifiques contestent que le méthane serait suffisant pour provoquer les changements observés. Au cours de ces événements, les températures dans l' océan Arctique peuvent avoir atteint des niveaux plus généralement associés aux océans tempérés modernes (c'est-à-dire aux latitudes moyennes). Au cours du PETM, la température moyenne mondiale semble avoir augmenté de 5 à 8 °C (9-14 °F) pour atteindre une température moyenne de 23 °C (73 °F), contrairement à la moyenne mondiale. température d'aujourd'hui à un peu moins de 15 °C (60 °F). Les géologues et les paléontologues pensent que pendant une grande partie du Paléocène et du début de l'Éocène, les pôles étaient exempts de calotte glaciaire, et les palmiers et les crocodiles vivaient au-dessus du cercle polaire arctique, tandis que la plupart des États-Unis continentaux avaient un environnement subtropical.
Optimum thermique crétacé
Au cours de la dernière partie du Crétacé , il y a 66 à 100 millions d'années , les températures mondiales moyennes ont atteint leur plus haut niveau au cours des 200 derniers millions d'années. Ceci est probablement le résultat d'une configuration favorable des continents au cours de cette période qui a permis une meilleure circulation dans les océans et a découragé la formation de calotte glaciaire à grande échelle.
Fluctuations pendant le reste du Phanérozoïque
L' éon phanérozoïque , englobant les 542 millions d'années et presque tout le temps depuis l'origine de la vie multicellulaire complexe, a été plus généralement une période de fluctuation de la température entre les périodes glaciaires, telles que l'âge actuel, et les « optimums climatiques », semblable à ce qui s'est passé au Crétacé. Environ 4 de ces cycles se sont produits pendant cette période avec une séparation d'environ 140 millions d'années entre les optima climatiques. En plus du présent, des périodes glaciaires ont eu lieu au cours de l' intervalle Permien - Carbonifère et de la fin de l' Ordovicien au début du Silurien . Il y a aussi un intervalle "plus froid" pendant le Jurassique et le Crétacé inférieur , avec des preuves d'une augmentation de la glace de mer, mais l'absence de continents aux deux pôles pendant cet intervalle a empêché la formation de calottes glaciaires continentales et, par conséquent, cela n'est généralement pas considéré comme un intervalle complet. ère glaciaire à part entière. Entre ces périodes froides, des conditions plus chaudes étaient présentes et souvent désignées sous le nom d'optimums climatiques. Cependant, il a été difficile de déterminer si ces intervalles plus chauds étaient en fait plus chauds ou plus froids que ceux qui se sont produits pendant les optima du Crétacé.
Périodes glaciaires du Protérozoïque tardif
L' ère néoprotérozoïque (il y a 1 000 à 541 millions d'années ), fournit des preuves d'au moins deux et peut-être plus de glaciations majeures. Le plus récent de ces âges glaciaires, englobant les maxima glaciaires marinoens et varangiens (il y a environ 560 à 650 millions d'années ), a été proposé comme un événement terrestre boule de neige avec une glace de mer continue atteignant presque l'équateur. Ceci est significativement plus sévère que l'ère glaciaire pendant le Phanérozoïque. Parce que cette période glaciaire ne s'est terminée que légèrement avant la diversification rapide de la vie lors de l' explosion cambrienne , il a été proposé que cette période glaciaire (ou du moins sa fin) a créé des conditions favorables à l'évolution. Les précédents maxima glaciaires du Sturtien (~ 730 millions d'années) peuvent également avoir été un événement boule de neige sur Terre, bien que cela ne soit pas prouvé.
Les changements qui conduisent au déclenchement d'événements boule de neige sur Terre ne sont pas bien connus, mais il a été avancé qu'ils ont nécessairement conduit à leur propre fin. La banquise étendue empêche le dépôt de carbonates frais dans les sédiments océaniques . Étant donné que ces carbonates font partie du processus naturel de recyclage du dioxyde de carbone, court-circuiter ce processus permet au dioxyde de carbone de s'accumuler dans l'atmosphère. Cela augmente l' effet de serre et conduit à terme à des températures plus élevées et au retrait de la banquise.
Vue d'ensemble
La combinaison directe de ces enregistrements de température géologique interprétés n'est pas nécessairement valide, pas plus que leur combinaison avec d'autres enregistrements de température plus récents , qui peuvent utiliser des définitions différentes. Néanmoins, une perspective d'ensemble est utile même lorsqu'elle est imprécise. Dans cette vue, le temps est tracé en arrière à partir du présent, pris comme 2015 CE. Il est mis à l' échelle linéaire en cinq segments distincts, s'étendant d'environ un ordre de grandeur à chaque coupure verticale. Les températures dans le panneau de gauche sont très approximatives, et il vaut mieux les considérer comme une indication qualitative uniquement. De plus amples informations sont données sur la page de description du graphique .
Autres changements de température dans le passé de la Terre
Avant le Néoprotérozoïque, les preuves de changements de température et de glaciation sont généralement trop dispersées et sporadiques pour tirer des conclusions définitives, bien qu'il semble probable que les fluctuations de température aient également été importantes au cours de cette période.
Les reconstructions de température basées sur les isotopes de l'oxygène et du silicium à partir d'échantillons de roche ont prédit des températures de la mer précambrienne beaucoup plus chaudes. Ces prédictions suggèrent des températures océaniques de 55 à 85 °C au cours de la période de 2 000 à 3 500 millions d'années , suivies d'un refroidissement à des températures plus douces comprises entre 10 et 40 °C il y a 1 000 millions d'années . Des protéines reconstituées à partir d'organismes précambriens ont également fourni la preuve que le monde antique était beaucoup plus chaud qu'aujourd'hui.
Cependant, d'autres preuves suggèrent que la période d'il y a 2 000 à 3 000 millions d'années était généralement plus froide et plus glaciaire que les 500 derniers millions d'années. On pense que cela est le résultat d' un rayonnement solaire inférieur d'environ 20 % à celui d'aujourd'hui. La luminosité solaire était 30 % plus faible lorsque la Terre s'est formée il y a 4,5 milliards d'années, et on s'attend à ce qu'elle augmente d'environ 10 % par milliard d'années dans le futur.
Sur des échelles de temps très longues, l'évolution du soleil est également un facteur important dans la détermination du climat de la Terre. Selon les théories solaires standard, le soleil aura progressivement augmenté en luminosité dans le cadre naturel de son évolution après avoir commencé avec une intensité d'environ 70 % de sa valeur moderne. Le rayonnement solaire initialement faible, s'il était combiné aux valeurs modernes des gaz à effet de serre, n'aurait pas été suffisant pour permettre la formation d'océans liquides à la surface de la Terre. Cependant, des preuves d'eau liquide à la surface ont été démontrées il y a 4 400 millions d'années . Ceci est connu comme le paradoxe du jeune soleil faible et s'explique généralement en invoquant des concentrations de gaz à effet de serre beaucoup plus importantes au début de l'histoire de la Terre, bien que de telles propositions soient mal limitées par les preuves expérimentales existantes.