Âge de glace -Ice age

Vue d'artiste de la période glaciaire de la Terre au maximum glaciaire.

Une période glaciaire est une longue période de réduction de la température de la surface et de l'atmosphère de la Terre , entraînant la présence ou l'expansion de calottes glaciaires continentales et polaires et de glaciers alpins . Le climat de la Terre alterne périodes glaciaires et périodes de serre , durant lesquelles il n'y a pas de glaciers sur la planète. La Terre est actuellement en glaciation quaternaire . Les impulsions individuelles de climat froid au cours d'une période glaciaire sont appelées périodes glaciaires (ou, alternativement, glaciaires, glaciations, stades glaciaires, stades, stades ou familièrement, périodes glaciaires ), et les périodes chaudes intermittentes au cours d'une période glaciaire sont appeléesinterglaciaires ou interstadiaires .

En glaciologie , l' ère glaciaire implique la présence de vastes calottes glaciaires dans les hémisphères nord et sud. Selon cette définition, la Terre se trouve actuellement dans une période interglaciaire, l' Holocène . La quantité de gaz à effet de serre anthropiques émis dans les océans et l'atmosphère de la Terre devrait empêcher la prochaine période glaciaire des 500 000 prochaines années, qui autrement commencerait dans environ 50 000 ans, et probablement d'autres cycles glaciaires par la suite.

Histoire de la recherche

En 1742, Pierre Martel (1706-1767), ingénieur et géographe résidant à Genève , visite la vallée de Chamonix dans les Alpes de Savoie . Deux ans plus tard, il publie un récit de son voyage. Il a rapporté que les habitants de cette vallée attribuaient la dispersion des rochers erratiques aux glaciers, disant qu'ils s'étaient autrefois étendus beaucoup plus loin. Plus tard, des explications similaires ont été rapportées dans d'autres régions des Alpes. En 1815, le charpentier et chasseur de chamois Jean-Pierre Perraudin (1767–1858) expliqua que les rochers erratiques du Val de Bagnes dans le canton suisse du Valais étaient dus à des glaciers qui s'étendaient auparavant plus loin. Un bûcheron inconnu de Meiringen dans l'Oberland bernois a défendu une idée similaire lors d'une discussion avec le géologue suisse-allemand Jean de Charpentier (1786–1855) en 1834. Des explications comparables sont également connues du Val de Ferret en Valais et du Seeland en Suisse romande et dans l' œuvre scientifique de Goethe . De telles explications pourraient également être trouvées dans d'autres parties du monde. Lorsque le naturaliste bavarois Ernst von Bibra (1806–1878) visita les Andes chiliennes en 1849–1850, les indigènes attribuèrent les moraines fossiles à l'ancienne action des glaciers.

Pendant ce temps, les universitaires européens avaient commencé à se demander ce qui avait causé la dispersion de matériel erratique. Dès le milieu du XVIIIe siècle, certains évoquent la glace comme moyen de transport. L'expert minier suédois Daniel Tilas (1712–1772) fut, en 1742, la première personne à suggérer que la dérive de la glace de mer était une cause de la présence de blocs erratiques dans les régions scandinave et baltique. En 1795, le philosophe écossais et gentleman naturaliste, James Hutton (1726-1797), a expliqué les rochers erratiques dans les Alpes par l'action des glaciers. Deux décennies plus tard, en 1818, le botaniste suédois Göran Wahlenberg (1780-1851) publie sa théorie d'une glaciation de la péninsule scandinave. Il considérait la glaciation comme un phénomène régional.

Lac Haukalivatnet (50 mètres au-dessus du niveau de la mer) où Jens Esmark en 1823 a découvert des similitudes avec les moraines près des glaciers existants dans les hautes montagnes.

Quelques années plus tard seulement, le géologue dano-norvégien Jens Esmark (1762–1839) a plaidé pour une séquence d'ères glaciaires mondiales. Dans un article publié en 1824, Esmark a proposé des changements climatiques comme cause de ces glaciations. Il a tenté de montrer qu'ils provenaient de changements dans l'orbite terrestre. Esmark a découvert la similitude entre les moraines près du lac Haukalivatnet près du niveau de la mer dans le Rogaland et les moraines aux branches de Jostedalsbreen . La découverte d'Esmark a ensuite été attribuée ou appropriée par Theodor Kjerulf et Louis Agassiz .

Au cours des années suivantes, les idées d'Esmark ont ​​été discutées et reprises en partie par des scientifiques suédois, écossais et allemands. À l'Université d'Édimbourg, Robert Jameson (1774–1854) semblait être relativement ouvert aux idées d'Esmark, comme l'a revu le professeur norvégien de glaciologie Bjørn G. Andersen (1992). Les remarques de Jameson sur les anciens glaciers en Écosse ont très probablement été inspirées par Esmark. En Allemagne, Albrecht Reinhard Bernhardi (1797–1849), géologue et professeur de foresterie dans une académie de Dreissigacker (incorporé depuis dans la ville méridionale de Thuringe de Meiningen ), a adopté la théorie d'Esmark. Dans un article publié en 1832, Bernhardi a spéculé sur les calottes glaciaires polaires atteignant autrefois les zones tempérées du globe.

En 1829, indépendamment de ces débats, l'ingénieur civil suisse Ignaz Venetz (1788–1859) expliqua la dispersion de blocs erratiques dans les Alpes, les montagnes voisines du Jura et la plaine d'Allemagne du Nord comme étant due à d'énormes glaciers. Lorsqu'il a lu son article devant la Société suisse de recherches naturelles, la plupart des scientifiques sont restés sceptiques. Enfin, Venetz a convaincu son ami Jean de Charpentier. Charpentier a transformé l'idée de Venetz en une théorie avec une glaciation limitée aux Alpes. Ses pensées ressemblaient à la théorie de Wahlenberg. En fait, les deux hommes partageaient les mêmes hypothèses volcanistiques, ou dans le cas de Charpentier plutôt plutonistes , sur l'histoire de la Terre. En 1834, Charpentier présente son article devant la Société suisse de recherches naturelles. Entre-temps, le botaniste allemand Karl Friedrich Schimper (1803–1867) étudiait les mousses qui poussaient sur des rochers erratiques dans les hautes terres alpines de Bavière. Il commença à se demander d'où venaient ces masses de pierre. Au cours de l'été 1835, il fit quelques excursions dans les Alpes bavaroises. Schimper est arrivé à la conclusion que la glace devait être le moyen de transport des rochers dans les hautes terres alpines. Au cours de l'hiver 1835-1836, il donna quelques conférences à Munich. Schimper a alors supposé qu'il devait y avoir eu des temps mondiaux d'effacement (" Verödungszeiten ") avec un climat froid et de l'eau gelée. Schimper passa les mois d'été de 1836 à Devens, près de Bex, dans les Alpes suisses avec son ancien ami universitaire Louis Agassiz (1801–1873) et Jean de Charpentier. Schimper, Charpentier et peut-être Venetz ont convaincu Agassiz qu'il y avait eu une période de glaciation. Au cours de l'hiver 1836/37, Agassiz et Schimper ont développé la théorie d'une séquence de glaciations. Ils se sont principalement inspirés des travaux précédents de Venetz, Charpentier et de leur propre travail de terrain. Agassiz semble avoir déjà été familier avec l'article de Bernhardi à cette époque. Au début de 1837, Schimper a inventé le terme "ère glaciaire" ( "Eiszeit" ) pour la période des glaciers. En juillet 1837, Agassiz présenta leur synthèse devant la réunion annuelle de la Société suisse de recherches naturelles à Neuchâtel. Le public était très critique, et certains étaient opposés à la nouvelle théorie car elle contredisait les opinions établies sur l'histoire climatique. La plupart des scientifiques contemporains pensaient que la Terre s'était progressivement refroidie depuis sa naissance en tant que globe en fusion.

Afin de convaincre les sceptiques, Agassiz se lance dans des travaux géologiques de terrain. Il publie son livre Study on Glaciers ("Études sur les glaciers") en 1840. Charpentier en est découragé, car il prépare également un livre sur la glaciation des Alpes. Charpentier a estimé qu'Agassiz aurait dû lui donner la priorité car c'est lui qui avait initié Agassiz à la recherche glaciaire approfondie. À la suite de querelles personnelles, Agassiz avait également omis toute mention de Schimper dans son livre.

Il a fallu plusieurs décennies avant que la théorie de l'ère glaciaire ne soit pleinement acceptée par les scientifiques. Cela s'est produit à l'échelle internationale dans la seconde moitié des années 1870, à la suite des travaux de James Croll , notamment la publication de Climate and Time, dans Their Geological Relations en 1875, qui a fourni une explication crédible des causes des périodes glaciaires.

Preuve

Il existe trois principaux types de preuves des périodes glaciaires : géologiques, chimiques et paléontologiques.

Les preuves géologiques des périodes glaciaires se présentent sous diverses formes, notamment le décapage et le grattage des roches, les moraines glaciaires , les drumlins , la coupe de vallées et le dépôt de till ou de tillites et d'erratiques glaciaires . Les glaciations successives ont tendance à déformer et à effacer les preuves géologiques des glaciations antérieures, ce qui les rend difficiles à interpréter. De plus, ces preuves étaient difficiles à dater exactement; les premières théories supposaient que les glaciaires étaient courts par rapport aux longs interglaciaires. L'avènement des sédiments et des carottes de glace a révélé la réalité : les glaciaires sont longs, les interglaciaires courts. Il a fallu un certain temps pour que la théorie actuelle soit élaborée.

Les preuves chimiques consistent principalement en des variations dans les rapports des isotopes dans les fossiles présents dans les sédiments et les roches sédimentaires et les carottes de sédiments océaniques . Pour les périodes glaciaires les plus récentes, les carottes de glace fournissent des proxys climatiques , à la fois à partir de la glace elle-même et à partir d'échantillons atmosphériques fournis par les bulles d'air incluses. Étant donné que l'eau contenant des isotopes plus légers a une chaleur d'évaporation plus faible , sa proportion diminue avec des conditions plus chaudes. Cela permet de construire un enregistrement de température. Cette preuve peut cependant être confondue par d'autres facteurs enregistrés par les rapports isotopiques.

Les preuves paléontologiques consistent en des changements dans la répartition géographique des fossiles. Au cours d'une période glaciaire, les organismes adaptés au froid se sont répandus dans les latitudes inférieures et les organismes qui préfèrent les conditions plus chaudes disparaissent ou se retirent dans les latitudes inférieures. Cette preuve est également difficile à interpréter car elle nécessite (1) des séquences de sédiments couvrant une longue période de temps, sur une large gamme de latitudes et qui sont facilement corrélées ; (2) des organismes anciens qui survivent plusieurs millions d'années sans changement et dont les préférences de température sont facilement diagnostiquées ; et (3) la découverte des fossiles pertinents.

Malgré les difficultés, l'analyse des carottes de glace et des carottes de sédiments océaniques a fourni un enregistrement crédible des glaciaires et des interglaciaires au cours des derniers millions d'années. Ceux-ci confirment également le lien entre les périodes glaciaires et les phénomènes de la croûte continentale tels que les moraines glaciaires, les drumlins et les erratiques glaciaires. Par conséquent, les phénomènes de la croûte continentale sont acceptés comme une bonne preuve des périodes glaciaires antérieures lorsqu'ils se trouvent dans des couches créées bien avant la période pour laquelle les carottes de glace et les carottes de sédiments océaniques sont disponibles.

Grandes périodes glaciaires

Chronologie des glaciations, représentée en bleu.

Il y a eu au moins cinq périodes glaciaires majeures dans l'histoire de la Terre (l' huronien , le cryogénien , l' andino-saharien , le paléozoïque tardif et la dernière période glaciaire du quaternaire ). En dehors de ces âges, la Terre semble avoir été libre de glace même dans les hautes latitudes ; ces périodes sont appelées périodes de serre .

Carte de la période glaciaire du nord de l'Allemagne et de ses voisins du nord. Rouge : limite maximale du glaciaire weichsélien ; jaune : Saale glaciaire au maximum (stade Drenthe) ; bleu : glaciation maximale glaciaire d' Elster .

Les roches de la première période glaciaire bien établie, appelée Huronien , ont été datées d'environ 2,4 à 2,1 Ga ( milliards d'années) au début de l' éon protérozoïque . Plusieurs centaines de kilomètres du supergroupe huronien sont exposés de 10 à 100 kilomètres (6,2 à 62,1 mi) au nord de la rive nord du lac Huron, s'étendant de près de Sault Ste. Marie à Sudbury, au nord-est du lac Huron, avec des couches géantes de lits de till maintenant lithifiés, de dropstones , de varves , de délavage et de roches de sous-sol décapées. Des dépôts huroniens corrélatifs ont été découverts près de Marquette, dans le Michigan , et une corrélation a été établie avec des dépôts glaciaires paléoprotérozoïques d'Australie occidentale. La période glaciaire huronienne a été causée par l'élimination du méthane atmosphérique , un gaz à effet de serre , lors du grand événement d'oxygénation .

La prochaine période glaciaire bien documentée, et probablement la plus grave du dernier milliard d'années, s'est produite il y a 720 à 630 millions d'années (la période cryogénienne ) et a peut-être produit une Terre boule de neige dans laquelle les calottes glaciaires ont atteint l'équateur, peut-être terminée par l'accumulation de gaz à effet de serre tels que le CO 2 produits par les volcans. "La présence de glace sur les continents et de banquise sur les océans inhiberait à la fois l' altération des silicates et la photosynthèse , qui sont les deux principaux puits de CO 2 à l'heure actuelle." Il a été suggéré que la fin de cette période glaciaire était responsable de l'explosion ultérieure de l' Édiacarien et du Cambrien , bien que ce modèle soit récent et controversé.

L' Andino-saharien s'est produit il y a 460 à 420 millions d'années, pendant l' Ordovicien supérieur et la période silurienne .

Enregistrements de sédiments montrant les séquences fluctuantes des glaciaires et des interglaciaires au cours des derniers millions d'années.

L'évolution des plantes terrestres au début de la période dévonienne a provoqué une augmentation à long terme des niveaux d'oxygène planétaire et une réduction des niveaux de CO 2 , ce qui a abouti à la glacière du Paléozoïque tardif . Son ancien nom, la glaciation du Karoo, a été nommé d'après les tills glaciaires trouvés dans la région du Karoo en Afrique du Sud. Il y avait de vastes calottes glaciaires polaires à des intervalles de 360 ​​à 260 millions d'années en Afrique du Sud au cours du Carbonifère et du début du Permien . Des corrélatifs sont connus d'Argentine, également au centre de l'ancien supercontinent Gondwanaland .

La glaciation quaternaire / période glaciaire quaternaire a commencé il y a environ 2,58 millions d'années au début de la période quaternaire lorsque la propagation des calottes glaciaires dans l'hémisphère nord a commencé. Depuis lors, le monde a connu des cycles de glaciation avec des calottes glaciaires avançant et reculant sur des échelles de temps de 40 000 et 100 000 ans appelées périodes glaciaires , glaciaires ou avancées glaciaires, et périodes interglaciaires , interglaciaires ou retraits glaciaires. La Terre est actuellement dans un interglaciaire et la dernière période glaciaire s'est terminée il y a environ 11 700 ans. Tout ce qui reste des calottes glaciaires continentales sont les calottes glaciaires du Groenland et de l'Antarctique et des glaciers plus petits comme sur l'île de Baffin .

La définition du Quaternaire comme commençant à 2,58 Ma est basée sur la formation de la calotte glaciaire arctique . La calotte glaciaire antarctique a commencé à se former plus tôt, vers 34 Ma, au milieu du Cénozoïque ( limite Éocène-Oligocène ). Le terme période glaciaire du Cénozoïque tardif est utilisé pour inclure cette première phase.

Les périodes glaciaires peuvent être divisées en fonction du lieu et de l'heure; par exemple, les noms Riss (180 000–130 000 ans bp ) et Würm (70 000–10 000 ans bp) font spécifiquement référence à la glaciation dans la région alpine . L'étendue maximale de la glace n'est pas maintenue pendant tout l'intervalle. L'action de récurage de chaque glaciation a tendance à éliminer presque complètement la plupart des preuves des calottes glaciaires antérieures, sauf dans les régions où la dernière calotte n'atteint pas une couverture complète.

Glaciaires et interglaciaires

Montre le schéma des changements de température et de volume de glace associés aux glaciaires et interglaciaires récents
Glaciation minimale et maximale
Glaciation minimale (interglaciaire, noire) et maximale (glaciaire, grise) de l' hémisphère nord
Glaciation minimale (interglaciaire, noire) et maximale (glaciaire, grise) de l' hémisphère sud

Au cours de la glaciation actuelle, des périodes plus tempérées et plus sévères se sont produites. Les périodes les plus froides sont appelées périodes glaciaires , les périodes les plus chaudes interglaciaires , comme l' Eemian Stage . Il existe des preuves que des cycles glaciaires similaires se sont produits dans les glaciations précédentes, y compris la maison de glace andine-saharienne et la fin du Paléozoïque. Les cycles glaciaires de la glacière du Paléozoïque supérieur sont probablement responsables du dépôt de cyclothemes .

Les glaciers sont caractérisés par des climats plus frais et plus secs sur la majeure partie de la Terre et de grandes masses de glace terrestre et marine s'étendant vers l'extérieur à partir des pôles. Les glaciers de montagne dans des zones autrement non glaciaires s'étendent à des altitudes plus basses en raison d'une ligne de neige plus basse . Le niveau de la mer baisse en raison de l'élimination de grands volumes d'eau au-dessus du niveau de la mer dans les calottes glaciaires. Il est prouvé que les schémas de circulation océanique sont perturbés par les glaciations. Les glaciaires et les interglaciaires coïncident avec des changements du forçage orbital du climat dus aux cycles de Milankovitch , qui sont des changements périodiques de l'orbite terrestre et de l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre.

La Terre est dans une période interglaciaire connue sous le nom d' Holocène depuis environ 11 700 ans, et un article paru dans Nature en 2004 affirme qu'elle pourrait être la plus analogue à un interglaciaire précédent qui a duré 28 000 ans. Les changements prévus dans le forçage orbital suggèrent que la prochaine période glaciaire commencerait dans au moins 50 000 ans. De plus, on estime que le forçage anthropique dû à l'augmentation des gaz à effet de serre l'emporte potentiellement sur le forçage orbital des cycles de Milankovitch pendant des centaines de milliers d'années.

Processus de rétroaction

Chaque période glaciaire est soumise à une rétroaction positive qui la rend plus sévère, et à une rétroaction négative qui l'atténue et (dans tous les cas jusqu'à présent) finit par la terminer.

Positif

Une forme importante de rétroaction est fournie par l' albédo de la Terre , qui correspond à la quantité d'énergie solaire réfléchie plutôt qu'absorbée par la Terre. La glace et la neige augmentent l'albédo de la Terre, tandis que les forêts réduisent son albédo. Lorsque la température de l'air diminue, les champs de glace et de neige se développent et réduisent le couvert forestier. Cela continue jusqu'à ce que la concurrence avec un mécanisme de rétroaction négative force le système à un équilibre.

En 1956, Ewing et Donn ont émis l'hypothèse qu'un océan Arctique sans glace entraîne une augmentation des chutes de neige aux latitudes élevées. Lorsque la glace à basse température recouvre l'océan Arctique, il y a peu d'évaporation ou de sublimation et les régions polaires sont assez sèches en termes de précipitations, comparables à la quantité trouvée dans les déserts des latitudes moyennes . Ces faibles précipitations permettent aux chutes de neige des hautes latitudes de fondre pendant l'été. Un océan Arctique sans glace absorbe le rayonnement solaire pendant les longues journées d'été et évapore davantage d'eau dans l'atmosphère arctique. Avec des précipitations plus élevées, des parties de cette neige peuvent ne pas fondre pendant l'été et ainsi de la glace glaciaire peut se former à des altitudes plus basses et des latitudes plus au sud, réduisant les températures terrestres par un albédo accru comme indiqué ci-dessus. De plus, selon cette hypothèse, l'absence de banquise océanique permet un échange accru d'eaux entre l'Arctique et l'Atlantique Nord, réchauffant l'Arctique et refroidissant l'Atlantique Nord. (Les conséquences actuelles projetées du réchauffement climatique incluent un océan Arctique largement libre de glace d'ici 5 à 20 ans ) . Une telle réduction (en atténuant les effets du Gulf Stream ) aurait un effet refroidissant sur l'Europe du Nord, ce qui conduirait à son tour à une augmentation de la rétention de neige aux basses latitudes pendant l'été. Il a également été suggéré qu'au cours d'une période glaciaire étendue, les glaciers pourraient traverser le golfe du Saint-Laurent et s'étendre suffisamment loin dans l'océan Atlantique Nord pour bloquer le Gulf Stream.

Négatif

Les calottes glaciaires qui se forment pendant les glaciations érodent les terres en dessous. Cela peut réduire la superficie terrestre au-dessus du niveau de la mer et ainsi diminuer la quantité d'espace sur laquelle les calottes glaciaires peuvent se former. Cela atténue la rétroaction de l'albédo, tout comme l'élévation du niveau de la mer qui accompagne la réduction de la surface des calottes glaciaires, car l'océan ouvert a un albédo plus faible que la terre.

Un autre mécanisme de rétroaction négative est l'aridité accrue qui se produit avec les maxima glaciaires, ce qui réduit les précipitations disponibles pour maintenir la glaciation. Le retrait glaciaire induit par ce processus ou tout autre processus peut être amplifié par des rétroactions positives inverses similaires à celles des avancées glaciaires.

Selon une étude publiée dans Nature Geoscience , les émissions humaines de dioxyde de carbone (CO 2 ) retarderont la prochaine période glaciaire. Les chercheurs ont utilisé des données sur l'orbite terrestre pour trouver la période interglaciaire chaude historique qui ressemble le plus à la période actuelle et à partir de là, ils ont prédit que la prochaine période glaciaire commencerait généralement dans 1 500 ans. Ils poursuivent en prédisant que les émissions ont été si élevées qu'elles ne le seront pas.

causes

Les causes des périodes glaciaires ne sont pas entièrement comprises ni pour les périodes de période glaciaire à grande échelle ni pour les flux et reflux plus petits des périodes glaciaires-interglaciaires au sein d'une période glaciaire. Le consensus est que plusieurs facteurs sont importants : la composition atmosphérique , comme les concentrations de dioxyde de carbone et de méthane (les niveaux spécifiques des gaz mentionnés précédemment peuvent maintenant être vus avec les nouveaux échantillons de carottes de glace de l'EPICA Dome C en Antarctique au-dessus de la 800 000 dernières années); changements dans l'orbite de la Terre autour du Soleil connus sous le nom de cycles de Milankovitch ; le mouvement des plaques tectoniques entraînant des changements dans l'emplacement relatif et la quantité de croûte continentale et océanique à la surface de la Terre, qui affectent les vents et les courants océaniques ; variations du rendement solaire ; la dynamique orbitale du système Terre-Lune ; l'impact de météorites relativement importantes et du volcanisme, y compris les éruptions de supervolcans .

Certains de ces facteurs s'influencent mutuellement. Par exemple, les changements dans la composition atmosphérique de la Terre (en particulier les concentrations de gaz à effet de serre) peuvent modifier le climat, tandis que le changement climatique lui-même peut modifier la composition atmosphérique (par exemple en modifiant la vitesse à laquelle les intempéries éliminent le CO 2 ).

Maureen Raymo , William Ruddiman et d'autres proposent que les plateaux tibétain et du Colorado sont d'immenses "épurateurs" de CO 2 avec une capacité d'éliminer suffisamment de CO 2 de l'atmosphère mondiale pour être un facteur causal significatif de la tendance au refroidissement cénozoïque de 40 millions d'années. Ils affirment en outre qu'environ la moitié de leur soulèvement (et de leur capacité d'« épuration » du CO 2 ) s'est produite au cours des 10 derniers millions d'années.

Changements dans l'atmosphère terrestre

Il est prouvé que les niveaux de gaz à effet de serre ont chuté au début des périodes glaciaires et ont augmenté pendant le retrait des calottes glaciaires, mais il est difficile d'établir la cause et l'effet (voir les notes ci-dessus sur le rôle de l'altération). Les niveaux de gaz à effet de serre peuvent également avoir été affectés par d'autres facteurs qui ont été proposés comme causes des périodes glaciaires, tels que le mouvement des continents et le volcanisme.

L' hypothèse Snowball Earth soutient que le gel sévère de la fin du Protérozoïque s'est terminé par une augmentation des niveaux de CO 2 dans l'atmosphère, principalement des volcans, et certains partisans de Snowball Earth soutiennent qu'il a été causé en premier lieu par une réduction de l'atmosphère. CO2 . _ L'hypothèse met également en garde contre les futures Snowball Earths.

En 2009, d'autres preuves ont été fournies que les changements dans l' insolation solaire constituent le déclencheur initial du réchauffement de la Terre après une période glaciaire, des facteurs secondaires tels que l'augmentation des gaz à effet de serre expliquant l'ampleur du changement.

Position des continents

Les archives géologiques semblent montrer que les périodes glaciaires commencent lorsque les continents sont dans des positions qui bloquent ou réduisent le flux d'eau chaude de l'équateur vers les pôles et permettent ainsi la formation de calottes glaciaires. Les calottes glaciaires augmentent la réflectivité de la Terre et réduisent ainsi l'absorption du rayonnement solaire. Avec moins de rayonnement absorbé, l'atmosphère se refroidit; le refroidissement permet aux calottes glaciaires de se développer, ce qui augmente encore la réflectivité dans une boucle de rétroaction positive . L'ère glaciaire se poursuit jusqu'à ce que la réduction de l'altération provoque une augmentation de l' effet de serre .

Il y a trois principaux contributeurs de la disposition des continents qui entravent le mouvement de l'eau chaude vers les pôles :

  • Un continent se trouve au sommet d'un pôle, comme le fait l'Antarctique aujourd'hui.
  • Une mer polaire est presque sans littoral, comme l'est aujourd'hui l'océan Arctique.
  • Un supercontinent couvre la majeure partie de l'équateur, comme Rodinia l'a fait pendant la période cryogénienne .

Étant donné que la Terre d'aujourd'hui a un continent au-dessus du pôle Sud et un océan presque sans littoral au-dessus du pôle Nord, les géologues pensent que la Terre continuera à connaître des périodes glaciaires dans un avenir géologiquement proche.

Certains scientifiques pensent que l' Himalaya est un facteur majeur de l'ère glaciaire actuelle, car ces montagnes ont augmenté les précipitations totales de la Terre et donc la vitesse à laquelle le dioxyde de carbone est éliminé de l'atmosphère, diminuant l'effet de serre. La formation de l'Himalaya a commencé il y a environ 70 millions d'années lorsque la plaque indo-australienne est entrée en collision avec la plaque eurasienne , et l'Himalaya continue de s'élever d'environ 5 mm par an car la plaque indo-australienne se déplace toujours à 67 mm/an. L'histoire de l'Himalaya correspond globalement à la diminution à long terme de la température moyenne de la Terre depuis le milieu de l'Éocène , il y a 40 millions d'années.

Fluctuations des courants océaniques

Une autre contribution importante aux régimes climatiques anciens est la variation des courants océaniques , qui sont modifiés par la position du continent, le niveau de la mer et la salinité, ainsi que d'autres facteurs. Ils ont la capacité de refroidir (par exemple en aidant à la création de glace antarctique) et la capacité de se réchauffer (par exemple en donnant aux îles britanniques un climat tempéré par opposition à un climat boréal). La fermeture de l' isthme de Panama il y a environ 3 millions d'années a peut-être inauguré la période actuelle de forte glaciation sur l'Amérique du Nord en mettant fin à l'échange d'eau entre les océans tropicaux Atlantique et Pacifique.

Les analyses suggèrent que les fluctuations des courants océaniques peuvent expliquer de manière adéquate les récentes oscillations glaciaires. Au cours de la dernière période glaciaire, le niveau de la mer a fluctué de 20 à 30 m à mesure que l'eau était séquestrée, principalement dans les calottes glaciaires de l'hémisphère nord . Lorsque la glace s'est accumulée et que le niveau de la mer a suffisamment baissé, le débit dans le détroit de Béring (l'étroit détroit entre la Sibérie et l'Alaska a une profondeur d'environ 50 m aujourd'hui) a été réduit, ce qui a entraîné une augmentation du débit en provenance de l'Atlantique Nord. Cela a réaligné la circulation thermohaline dans l'Atlantique, augmentant le transport de chaleur dans l'Arctique, ce qui a fait fondre l'accumulation de glace polaire et réduit d'autres calottes glaciaires continentales. La libération d'eau a de nouveau élevé le niveau de la mer, rétablissant l'entrée d'eau plus froide du Pacifique avec un changement d'accompagnement vers l'accumulation de glace dans l'hémisphère nord.

Selon une étude publiée dans Nature en 2021, toutes les périodes glaciaires des périodes glaciaires au cours des 1,5 dernier million d'années ont été associées à des déplacements vers le nord de la fonte des icebergs antarctiques, ce qui a modifié les schémas de circulation océanique, entraînant l'extraction de plus de CO 2 de l'atmosphère . Les auteurs suggèrent que ce processus pourrait être perturbé à l'avenir car l' océan Austral deviendra trop chaud pour que les icebergs se déplacent suffisamment loin pour déclencher ces changements.

Soulèvement du plateau tibétain

La théorie géologique de Matthias Kuhle sur le développement de la période glaciaire a été suggérée par l'existence d'une calotte glaciaire recouvrant le plateau tibétain pendant les périodes glaciaires ( dernier maximum glaciaire ?). Selon Kuhle, le soulèvement des plaques tectoniques du Tibet au-delà de la ligne des neiges a conduit à une surface de c. 2 400 000 kilomètres carrés (930 000 milles carrés) passant de la terre nue à la glace avec un albédo supérieur de 70 % . La réflexion de l'énergie dans l'espace a entraîné un refroidissement global, déclenchant l' ère glaciaire du Pléistocène . Parce que ces hautes terres se trouvent à une latitude subtropicale, avec 4 à 5 fois l'insolation des zones de haute latitude, ce qui serait la surface de chauffage la plus forte de la Terre s'est transformée en une surface de refroidissement.

Kuhle explique les périodes interglaciaires par le cycle de 100 000 ans de changements de rayonnement dus aux variations de l'orbite terrestre. Ce réchauffement relativement insignifiant, combiné à l'abaissement des zones de glace intérieure nordique et du Tibet en raison du poids de la charge de glace superposée, a conduit au dégel complet répété des zones de glace intérieure.

Variations de l'orbite terrestre

Les cycles de Milankovitch sont un ensemble de variations cycliques des caractéristiques de l'orbite terrestre autour du Soleil. Chaque cycle a une durée différente, donc à certains moments leurs effets se renforcent mutuellement et à d'autres moments ils s'annulent (partiellement).

Passé et futur de l'insolation moyenne quotidienne au sommet de l'atmosphère le jour du solstice d'été, à 65° de latitude N.

Il existe des preuves solides que les cycles de Milankovitch affectent l'occurrence des périodes glaciaires et interglaciaires au cours d'une période glaciaire. La période glaciaire actuelle est la plus étudiée et la mieux comprise, en particulier les 400 000 dernières années, car c'est la période couverte par les carottes de glace qui enregistrent la composition atmosphérique et les approximations de la température et du volume de glace. Au cours de cette période, la correspondance des fréquences glaciaires / interglaciaires avec les périodes de forçage orbital de Milanković est si proche que le forçage orbital est généralement accepté. Les effets combinés de la distance changeante au Soleil, de la précession de l' axe de la Terre et de l'inclinaison changeante de l'axe de la Terre redistribuent la lumière du soleil reçue par la Terre. Les changements dans l'inclinaison de l'axe de la Terre, qui affectent l'intensité des saisons, revêtent une importance particulière. Par exemple, la quantité d'influx solaire en juillet à 65 degrés de latitude nord varie jusqu'à 22 % (de 450 W/m 2 à 550 W/m 2 ). Il est largement admis que les calottes glaciaires avancent lorsque les étés deviennent trop frais pour faire fondre toutes les chutes de neige accumulées de l'hiver précédent. Certains pensent que la force du forçage orbital est trop faible pour déclencher des glaciations, mais des mécanismes de rétroaction comme le CO 2 peuvent expliquer ce décalage.

Alors que le forçage de Milankovitch prédit que les changements cycliques des éléments orbitaux de la Terre peuvent être exprimés dans l'enregistrement de la glaciation, des explications supplémentaires sont nécessaires pour expliquer quels cycles sont observés comme étant les plus importants dans le calendrier des périodes glaciaires-interglaciaires. En particulier, au cours des 800 000 dernières années, la période dominante d'oscillation glaciaire-interglaciaire a été de 100 000 ans, ce qui correspond à des changements dans l' excentricité et l' inclinaison orbitale de la Terre . Pourtant, c'est de loin la plus faible des trois fréquences prédites par Milankovitch. Au cours de la période il y a 3,0 à 0,8 millions d'années, le schéma dominant de glaciation correspondait à la période de 41 000 ans de changements dans l' obliquité de la Terre (inclinaison de l'axe). Les raisons de la dominance d'une fréquence par rapport à une autre sont mal comprises et constituent un domaine de recherche actif, mais la réponse est probablement liée à une certaine forme de résonance dans le système climatique de la Terre. Des travaux récents suggèrent que le cycle de 100 000 ans domine en raison de l'augmentation de la glace de mer au pôle sud augmentant la réflectivité solaire totale.

L'explication "traditionnelle" de Milankovitch peine à expliquer la dominance du cycle de 100 000 ans sur les 8 derniers cycles. Richard A. Muller , Gordon JF MacDonald et d'autres ont souligné que ces calculs concernent une orbite bidimensionnelle de la Terre, mais que l'orbite tridimensionnelle a également un cycle d'inclinaison orbitale de 100 000 ans. Ils ont proposé que ces variations d'inclinaison orbitale entraînent des variations d'insolation, à mesure que la Terre entre et sort des bandes de poussière connues du système solaire. Bien qu'il s'agisse d'un mécanisme différent de la vision traditionnelle, les périodes "prédites" au cours des 400 000 dernières années sont presque les mêmes. La théorie de Muller et MacDonald, à son tour, a été contestée par Jose Antonio Rial.

Un autre chercheur, William Ruddiman , a proposé un modèle qui explique le cycle de 100 000 ans par l' effet modulateur de l'excentricité (cycle faible de 100 000 ans) sur la précession (cycle de 26 000 ans) combiné aux rétroactions des gaz à effet de serre dans les années 41 000 et 26 000. cycles d'années. Une autre théorie a été avancée par Peter Huybers qui a soutenu que le cycle de 41 000 ans a toujours été dominant, mais que la Terre est entrée dans un mode de comportement climatique où seul le deuxième ou le troisième cycle déclenche une ère glaciaire. Cela impliquerait que la périodicité de 100 000 ans est en réalité une illusion créée en faisant la moyenne de cycles de 80 000 et 120 000 ans. Cette théorie est cohérente avec un modèle empirique multi-états simple proposé par Didier Paillard . Paillard suggère que les cycles glaciaires du Pléistocène supérieur peuvent être considérés comme des sauts entre trois états climatiques quasi stables. Les sauts sont induits par le forçage orbital , alors qu'au début du Pléistocène, les cycles glaciaires de 41 000 ans résultaient de sauts entre seulement deux états climatiques. Un modèle dynamique expliquant ce comportement a été proposé par Peter Ditlevsen. Cela vient à l'appui de la suggestion selon laquelle les cycles glaciaires du Pléistocène tardif ne sont pas dus au faible cycle d'excentricité de 100 000 ans, mais à une réponse non linéaire principalement au cycle d'obliquité de 41 000 ans.

Variations de la production d'énergie solaire

Il existe au moins deux types de variations dans la production d'énergie solaire :

  • A très long terme, les astrophysiciens estiment que la production du Soleil augmente d'environ 7% tous les milliards (10 9 ) d'années.
  • Des variations à plus court terme telles que les cycles des taches solaires et des épisodes plus longs tels que le minimum de Maunder , qui se sont produits pendant la partie la plus froide du petit âge glaciaire .

L'augmentation à long terme de la production solaire ne peut pas être une cause d'âges glaciaires.

Volcanisme

Les éruptions volcaniques peuvent avoir contribué au début et/ou à la fin des périodes glaciaires. À certains moments du paléoclimat, les niveaux de dioxyde de carbone étaient deux ou trois fois plus élevés qu'aujourd'hui. Les volcans et les mouvements des plaques continentales ont contribué à de grandes quantités de CO 2 dans l'atmosphère. Le dioxyde de carbone des volcans a probablement contribué aux périodes où les températures globales sont les plus élevées. Une explication suggérée du maximum thermique paléocène-éocène est que les volcans sous-marins ont libéré du méthane des clathrates et ont ainsi provoqué une augmentation importante et rapide de l' effet de serre . Il semble n'y avoir aucune preuve géologique de telles éruptions au bon moment, mais cela ne prouve pas qu'elles ne se sont pas produites.

Phases glaciaires et interglaciaires récentes

Glaciation de l'hémisphère nord au cours des dernières périodes glaciaires. La mise en place de calottes glaciaires de 3 à 4 kilomètres d'épaisseur a provoqué une baisse du niveau de la mer d'environ 120 m.

La période géologique actuelle, le Quaternaire , qui débute il y a environ 2,6 millions d'années et se prolonge jusqu'au présent, est marquée par des épisodes chauds et froids, des phases froides dites glaciaires ( ère glaciaire du Quaternaire ) d'une durée d'environ 100 000 ans, et qui sont ensuite interrompues par la interglaciaires plus chauds qui ont duré environ 10 000 à 15 000 ans. Le dernier épisode froid de la dernière période glaciaire s'est terminé il y a environ 10 000 ans. La Terre se trouve actuellement dans une période interglaciaire du Quaternaire, appelée l' Holocène .

Étapes glaciaires en Amérique du Nord

Les principaux stades glaciaires de la période glaciaire actuelle en Amérique du Nord sont les glaciations de l' Illinois , de l' Eemian et du Wisconsin . L'utilisation des stades Nebraskan, Afton, Kansan et Yarmouthian pour subdiviser la période glaciaire en Amérique du Nord a été abandonnée par les géologues et géomorphologues du Quaternaire. Ces étapes ont toutes été fusionnées dans le pré-illinoien dans les années 1980.

Au cours de la glaciation nord-américaine la plus récente, au cours de la dernière partie du dernier maximum glaciaire (il y a 26 000 à 13 300 ans), les calottes glaciaires se sont étendues jusqu'à environ le 45e parallèle nord . Ces feuilles avaient une épaisseur de 3 à 4 kilomètres (1,9 à 2,5 mi).

Stades de développement des lacs proglaciaires dans la région des Grands Lacs nord-américains actuels .

Cette glaciation du Wisconsin a laissé des impacts étendus sur le paysage nord-américain. Les Grands Lacs et les Finger Lakes ont été creusés par la glace qui a creusé d'anciennes vallées. La plupart des lacs du Minnesota et du Wisconsin ont été creusés par les glaciers et plus tard remplis d'eaux de fonte glaciaire. L'ancien système de drainage de la rivière Teays a été radicalement modifié et largement remodelé pour devenir le système de drainage de la rivière Ohio . D'autres rivières ont été endiguées et détournées vers de nouveaux canaux, comme les chutes du Niagara , qui ont formé une cascade et une gorge spectaculaires, lorsque le débit d'eau a rencontré un escarpement calcaire. Une autre cascade similaire, dans l'actuel Clark Reservation State Park près de Syracuse, New York , est maintenant à sec.

La région de Long Island à Nantucket, Massachusetts a été formée de till glaciaire , et la pléthore de lacs sur le Bouclier canadien dans le nord du Canada peut être presque entièrement attribuée à l'action de la glace. Au fur et à mesure que la glace se retirait et que la poussière de roche séchait, les vents transportaient le matériau sur des centaines de kilomètres, formant des lits de loess de plusieurs dizaines de pieds d'épaisseur dans la vallée du Missouri . Le rebond post-glaciaire continue de remodeler les Grands Lacs et d'autres régions autrefois sous le poids des calottes glaciaires.

La zone Driftless , une partie de l'ouest et du sud-ouest du Wisconsin ainsi que des parties adjacentes du Minnesota , de l'Iowa et de l'Illinois , n'était pas couverte de glaciers.

Dernière période glaciaire dans les Andes semi-arides autour de l'Aconcagua et de Tupungato

Un changement climatique particulièrement intéressant pendant les périodes glaciaires s'est produit dans les Andes semi-arides. Outre le refroidissement attendu par rapport au climat actuel, un changement significatif des précipitations s'est produit ici. Ainsi, des recherches dans le massif subtropical actuellement semi-aride de l'Aconcagua (6 962 m) ont montré une glaciation glaciaire étonnamment étendue du type "réseau de courants de glace". Les glaciers de vallée reliés dépassant 100 km de long, ont coulé du côté est de cette section des Andes à 32–34 ° S et 69–71 ° W jusqu'à une hauteur de 2 060 m et sur le côté ouest du guindant encore nettement plus profond. Là où les glaciers actuels atteignent à peine 10 km de long, la ligne des neiges (ELA) passe à une hauteur de 4 600 m et était alors abaissée à 3 200 m d' altitude , soit environ 1 400 m. Il en résulte que, à côté d'une dépression annuelle de température d'environ c. 8,4 °C — il y a eu une augmentation des précipitations. Ainsi, aux époques glaciaires, la ceinture climatique humide qui se situe aujourd'hui plusieurs degrés de latitude plus au S, s'est déplacée beaucoup plus au N.

Effets de la glaciation

La Scandinavie présente certains des effets typiques de la glaciation de la période glaciaire, tels que les fjords et les lacs.

Bien que la dernière période glaciaire se soit terminée il y a plus de 8 000 ans, ses effets se font encore sentir aujourd'hui. Par exemple, les glaces en mouvement ont façonné le paysage du Canada (voir Archipel arctique canadien ), du Groenland, du nord de l'Eurasie et de l'Antarctique. Les blocs erratiques , le till , les drumlins , les eskers , les fjords , les lacs de kettle , les moraines , les cirques , les cornes , etc. sont des éléments typiques laissés par les glaciers.

Le poids des calottes glaciaires était si important qu'elles ont déformé la croûte et le manteau terrestres. Après la fonte des calottes glaciaires, la terre couverte de glace a rebondi . En raison de la viscosité élevée du manteau terrestre , le flux de roches du manteau qui contrôle le processus de rebond est très lent - à un rythme d'environ 1 cm/an près du centre de la zone de rebond aujourd'hui.

Pendant la glaciation, l'eau a été prélevée des océans pour former la glace aux hautes latitudes, ainsi le niveau de la mer global a chuté d'environ 110 mètres, exposant les plateaux continentaux et formant des ponts terrestres entre les masses terrestres pour que les animaux migrent. Lors de la déglaciation , l'eau glacée fondue est retournée dans les océans, provoquant une élévation du niveau de la mer. Ce processus peut provoquer des changements soudains dans les littoraux et les systèmes d'hydratation entraînant des terres nouvellement submergées, des terres émergentes, des barrages de glace effondrés entraînant la salinisation des lacs, de nouveaux barrages de glace créant de vastes zones d'eau douce et une altération générale des conditions météorologiques régionales sur une grande mais échelle temporaire. Il peut même provoquer une reglaciation temporaire . Ce type de modèle chaotique de terre, de glace, d'eau salée et d'eau douce en évolution rapide a été proposé comme modèle probable pour les régions baltes et scandinaves , ainsi que pour une grande partie du centre de l'Amérique du Nord à la fin du dernier maximum glaciaire, avec le présent- les littoraux diurnes ne sont atteints qu'au cours des derniers millénaires de la préhistoire. En outre, l'effet de l'élévation sur la Scandinavie a submergé une vaste plaine continentale qui existait sous une grande partie de ce qui est aujourd'hui la mer du Nord, reliant les îles britanniques à l'Europe continentale.

La redistribution de l'eau glacée à la surface de la Terre et l'écoulement des roches du manteau provoquent des changements dans le champ gravitationnel ainsi que des changements dans la distribution du moment d'inertie de la Terre. Ces modifications du moment d'inertie entraînent une modification de la vitesse angulaire , de l' axe et de l'oscillation de la rotation de la Terre.

Le poids de la masse de surface redistribuée a chargé la lithosphère , l'a fait fléchir et a également induit des contraintes au sein de la Terre. La présence des glaciers a généralement supprimé le mouvement des failles en contrebas. Lors de la déglaciation , les failles subissent un glissement accéléré déclenchant des tremblements de terre . Les tremblements de terre déclenchés près de la marge glaciaire peuvent à leur tour accélérer le vêlage des glaces et expliquer les événements de Heinrich . Au fur et à mesure que plus de glace est retirée près de la marge de glace, davantage de tremblements de terre intraplaques sont induits et cette rétroaction positive peut expliquer l'effondrement rapide des calottes glaciaires.

En Europe, l'érosion glaciaire et le naufrage isostatique dus au poids de la glace ont créé la mer Baltique , qui avant la période glaciaire était entièrement drainée par la rivière Eridanos .

Voir également

Références

Liens externes