Les variations du climat au cours de l'histoire de la Terre
Mise à jour : 02/07/2002
Rédigé par J-M. Greffion, Lycée A. Thierry, Blois
Principalement à partir de Le climat de la Terre. Un passé pour quel avenir ? (A. Berger, éd. De Boeck Université - 1992)
Les quatre premiers milliards d'années
Les climats des deux premiers milliards d'années restent largement hypothétiques. La luminosité solaire qui était inférieure de 30% à sa valeur actuelle selon les modèles devait être compensée par un effet de serre très important (atmosphère plus riche en CO2 et en vapeur d'eau) et la faiblesse de l'étendue des continents.
La première glaciation connue remonte à 2,3 Ga BP. Elle se lit dans les stries dues aux mouvements des glaciers sur des roches trouvées en Amérique du Nord, en Afrique du Sud et en Australie. La fourchette d'incertitude dans les datations allant de 2,5 à 2 Ga, il est vraisemblable que cet événement représente un ensemble d'âges glaciaires différents qui pourraient être dus à la tectonique des plaques, à l'activité volcanique et à un affaiblissement de l'effet de serre sous un soleil encore faible.
2,3 - 0,9 Ga BP : la Terre semble libre de glace malgré un luminosité solaire faible et une réduction de l'effet de serre. L'existence d'un pareil climat sous de telles conditions reste un mystère. Les premières évaporites à 1,7 Ga BP indiquent un climat sec et chaud.
0,9-0,6 Ga BP° : 3 glaciations retrouvées aux basses latitudes d'une durée chacune de 100 Ma environ. Leur caractère global, leur extension en latitude, leur durée restent litigieux. Une des causes évoquées a l'apparition de ces glaciations serait l'obliquité élevée de l'écliptique.
Du Cambrien à la fin du Permien
Climat généralement chaud, ponctué toutefois par des poussées glaciaires :
- vers 450 Ma BP, à l'Ordovicien glaciation relativement brève dont on retrouve la trace au Sahara (blocs erratiques, roches striées...) ;
- entre 330 et 250 Ma BP, une glaciation Permo-Carbonifère annoncée par l'installation progressive d'un climat plus froid et plus humide au Carbonifère.
Les données paléomagnétiques indiquent une forte corrélation entre la position des continents aux latitudes élevées et la formation de calottes glaciaires.
Le Secondaire (250-65 Ma BP)
Cette ère fut caractérisée par l'absence de calottes polaires.
Le climat fut au début similaire à celui du Permien (frais et humide). Au Trias moyen (225 Ma BP), au moment de la soudure totale des continents en un bloc appelé Pangée, le climat devint extrêmement continental. L'importance des dépôts de roches continentales rouges et d'évaporites révèle un climat sec et beaucoup plus chaud que l'actuel. La température des eaux profondes devait être supérieure à 14°C. Les températures polaires variaient entre 10 et 20°C.
Le fractionnement progressif de la Pangée va ensuite faire évoluer le climat.
Au Crétacé supérieur les coraux s'étendaient jusqu'à 30°N et S. Les arbres à pain crurent jusqu'à 60°N et on trouvait des palmiers en Alaska déjà en position polaire. Le niveau des mers étaient de 200m plus élevé qu'actuellement, la température moyenne supérieure de 6°C et les précipitations supérieures de 20%. Ce type de climat semble s'expliquer par l'importance de la superficie des continents subtropicaux, le transport de l'énergie par les océans, et par l'augmentation considérable de CO2.
A partir de 90Ma BP le climat se refroidit.
Le Tertiaire (65-3Ma BP)
Si au début du tertiaire le climat est encore chaud, il va progressivement se refroidir. Le premier refroidissement sévère s'observe à la transition Éocène Oligocène. La température des eaux profondes passe de 10 à 5°C. La glace de mer commence à se former autour de l'Antarctique. Vers 30Ma BP s'établit le courant océanique Circum-Antarctique qui isole ce continent, événement majeur qui va fortement contribuer à l'établissement des glaciations au Quaternaire. Un réchauffement se produit à l'Oligocène supérieur (28 Ma BP) et au Miocène inférieur, mais le refroidissement s'intensifie aux hautes latitudes, le gradient nord-sud de la température augmente donc ainsi.
La calotte glaciaire antarctique commence à se former vers 14 Ma BP (peut-être même avant) et atteint sa taille actuelle vers 8 Ma BP, la rétroaction albédo-température jouant un rôle prépondérant. Les glaces de l'hémisphère nord demeurent très éparses. Le climat est alors très asymétrique entre les deux hémisphères. L'Europe Occidentale était couverte de forêts d'arbres habitant aujourd'hui les régions chaudes et humides.
L'expansion rapide des glaciers dans l'hémisphère nord, il y a 3 Ma marque l'entrée de la Terre dans la Période Glaciaire. La position de l'Antarctique centrée sur le pôle, la séparation de l'Océan Arctique des océans des régions tempérées, les paramètres astronomiques, l'activité épiro-orogénique formèrent les conditions indispensables à l'existence des glaciations du Quaternaire.
Le Quaternaire (3-0 Ma BP)
Vers 2,4 Ma BP, on observe la première avancée glaciaire accompagnée par une diminution du niveau marin de plus de 100 mètres. A partir de ce moment le climat va osciller entre deux états extrêmes caractéristiques des stades glaciaire et interglaciaire. Ce dernier est chaud et assez comparable au climat actuel, tandis que les stades glaciaires sont caractérisés par le développement de gigantesques calottes de glace sur le nord de l'Europe et de l'Amérique et une extension appréciable de la glace marine dans l'hémisphère sud avec une baisse importante du niveau des mers et un refroidissement considérable des hautes et moyennes latitudes.
Quatre refroidissement majeurs marquent les derniers 1,7 Ma : 1,6 à 1,3, 0,9 à 0,7, 0,55 à 0,4 et 0,08 à 0,01 Ma. De plus superposé à ces événements, on trouve une série de variations plus rapides, représentant 17 cycles glaciaire-interglacaire. Au Quaternaire moyen et supérieur les glaciations deviennent plus intenses.
L'origine des cycles glaciaire- interglaciaire est expliquée par la théorie astronomique des climats.