Être climato-réaliste est une vraie mission (épisode 2) : les paléoclimats

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À la suite de l’engouement planétaire pour l’évolution du climat des scientifiques sérieux ont appliqué les techniques les plus modernes et sensibles d’analyse isotopique dans les roches pour tenter de reconstituer l’évolution du climat passé. Ces analyses isotopiques concernent pour le CO2 atmosphérique la variation du rapport existant entre les deux isotopes stables du carbone les carbone-12 et carbone-13. Selon la teneur des roches sédimentaires en ces deux isotopes, à l’exclusion des roches métamorphiques, granitiques et volcaniques, il est possible de reconstituer la teneur atmosphérique en CO2 avec une incertitude variable qui s’accroît au fur et à mesure qu’on remonte dans le temps. En utilisant le même type d’approche, cette fois en s’intéressant aux isotopes de l’oxygène, il est possible de se faire une idée de la température de l’atmosphère en ces temps reculés. En effet l’oxygène de la molécule d’eau peut être soit de l’oxygène-16, le plus abondant, soit de l’oxygène-18. L’écart de poids entre une molécule d’eau contenant un oxygène-16 et une molécule d’eau contenant un oxygène-18 est de 11 %. Il faut donc plus d’énergie thermique pour évaporer la molécule plus lourde, c’est-à-dire celle contenant de l’oxygène-18. Résultat des analyses de teneur en oxygènes 16 et 18 dans les roches sédimentaires : on peut reconstruire l’évolution des températures sur la Terre. Enfin le dosage très précis de divers isotopes radioactifs (ou non) apparus avec le rayonnement cosmiques permet de se faire une idée de l’activité solaire. Plus l’activité magnétique solaire est élevée plus le rayonnement cosmique est dévié de « la banlieue » de la Terre et ainsi la spallation cosmique, c’est-à-dire l’apparition de ces isotopes ayant capturé un neutron énergétique d’origine cosmique ou résultant d’un évènement collisionnel provoqué par une particule cosmique de haute énergie avec un atome d’oxygène ou d’azote, augmente quand l’activité solaire est faible et inversement diminue quand cette activité solaire est élevée.

C’est un exercice compliqué car toutes sortes d’évènements ont pu émailler l’histoire de la Terre au cours des quelques 600 millions d’années passées, comme par exemple des éruptions volcaniques massives telles que les traps du Deccan quand le sous-continent indien se trouvait encore au milieu de l’océan, la collision des plaques tectoniques, ou encore la chute de gros cailloux célestes comme celui qui anéantit les dinosaures. Néanmoins, ne reculant jamais dans leur curiosité les spécialistes de la paléoclimatologie, une discipline à part qui fait surtout appel à des connaissances très étendues en géologie et en physique, sont arrivé à cette illustration synthétique intéressante à plus d’un point :

D’abord l’évolution de la température moyenne globale sur la Terre n’a jamais dépassé 25 degrés. J’avoue ne pas avoir trop cherché une explication à cette première observation mais on peut supposer que quand cette température est atteinte la fuite d’énergie thermique sous forme de rayonnement infra-rouge vers l’espace s’accélère et qu’au delà de cette température cette fuite est tellement intense que la température moyenne de la Terre ne peut plus augmenter. Il existe cependant deux petits « pics » de température dépassant cette température limite, l’une vers 250 millions d’années et l’autre au début du Cénozoïque, vers 60 millions d’années. Le premier pic correspond à l’extinction massive dite du Permien-Trias. Elle coïncide avec des éruptions volcaniques massives qui eurent lieu dans ce qui est aujourd’hui la Sibérie ayant eu pour résultat les traps de Sibérie. L’autre petit pic correspond à la chute d’un météore riche en iridium qui anéantit, outre les dinosaures, près de 95 % de la faune et de la flore, c’était l’extinction Crétacé-Paléogène. Certains géologues considèrent qu’il n’y a pas eu un unique impact dans l’actuel Golfe du Mexique mais une série de météorites qui ont atteint la Terre pendant près de cinq millions d’années. Le « dépassement » de la limite de température de 25 degrés reste à expliquer. Il semblerait qu’une forte activité volcanique ait pu contribuer à ce réchauffement anormal. Enfin il faut aussi noter que dans cette représentation graphique il existe une incertitude dans la datation des roches, incertitude qui augmente au fur et à mesure que l’on remonte dans le temps. Cette incertitude était de l’ordre de 5 millions d’années (en plus ou en moins) lors de l’extinction Crétacé-Paléogène.

Pour l’évolution des teneurs en CO2 atmosphérique l’incertitude est très grande. Elle est figurée en grisé dans l’illustration.

La grande explosion de vie, surtout marine, du Cambrien a provoqué une chute de la teneur en CO2 atmosphérique. L’apparition de la plupart des phylums animaux et végétaux datent de cette période reculée. Elle a été le résultat de l’apparition initiale de la photosynthèse chez les cyanobactéries, un processus lent qui demanda des centaines de millions d’années, photosynthèse source de toute vie sur la Terre avec un enrichissement de la teneur en oxygène de l’atmosphère qui a son tour a favorisé la complexification animale tant marine que terrestre. Tout cela se passait il y à 540 millions d’années.

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Les rares représentants actuels de cette explosion de vie sont les stromatolites qui sont une association de bactéries et de cyanobactéries (illustration, en Australie). À la fin du carbonifère la teneur en CO2 atmosphérique était sensiblement identique à celle d’aujourd’hui. En effet tout ce qui restait de CO2 avait été piégé sous forme de houille. L’augmentation de la teneur en CO2 au cours du Mésozoïque est attribuée en partie à l’activité volcanique mais les hypothèses avancées sont encore conflictuelles. Depuis 50 millions d’années la température moyenne sur la Terre n’a cessé de diminuer, entrainant une diminution de la teneur en CO2 par piégeage dans les océans par le phytoplancton aussi appelé ordre des dinoflagellés dont le squelette est la calcite qui forme les diatomées ou algues microscopiques (illustration). Il y a au nord de l’île de Fuerteventura dans l’archipel des Canaries des dunes de sable très fin et très léger d’une blancheur étonnante. Il ne s’agit pas de sable constitué d’oxydes de silicium mais de diatomées qui se sont accumulées là pendant des millions d’années poussées par les alizés et déposés sur le rivage.

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Enfin ce qui paraît évident dans cette représentation est qu’il n’y a pas de corrélation entre température et CO2 : les évolutions semblent totalement indépendantes. Un enfant de première année d’école primaire pourrait l’affirmer et affirmer aussi que le climat terrestre a toujours évolué dans le passé. Pourquoi alors ce CO2, surtout celui généré par l’activité humaine, serait-il particulièrement mauvais pour le climat ? Comme ça, d’un coup de baguette magique ? On est vraiment en droit de se poser quelques questions !

Suite dans un prochain épisode. Illustrations Wikipedia reprises par de nombreux conférenciers.

Il y a encore de vrais climatologues honnêtes

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La Terre est à peu près sphérique et sur les cartes il y a l’équateur, on va dire géométrique, car il y a un autre équateur fluctuant selon les saisons qu’on appelle l’ « équateur météorologique » et qui ne figure pas sur les cartes. Il se situe dans la zone de convergence intertropicale et les navigateurs la connaissent trop bien pour lui avoir donné le nom de « pot au noir ». Au nord et au sud de cette zone redoutée d’à peine quelques centaines de kilomètres de large il y a les alizés le plus souvent bien établis mais le pot au noir est une zone de turbulences orageuses presque constantes. Entre janvier et juillet il y a d’importantes fluctuations de cet « équateur » qui commande la mousson en Asie, les ouragans dans l’Atlantique Nord, les typhons aux Philippines et au Japon ainsi que les pluies torrentielles en Amazonie et en Amérique Centrale mais aussi les sécheresses en Australie ou en Californie. On peut dire que l’ensemble du climat de la planète est soumis aux fluctuations de cette zone intertropicale particulièrement active et c’est facile à comprendre car c’est là que le Soleil envoie le plus d’énergie.

Cependant très peu d’études ont été réalisées pour tenter de remonter dans le temps, retracer en détail ces fluctuations de l’équateur météorologique et en déterminer les causes. La disparition de la civilisation Maya et de certaines dynasties chinoises a été expliquée par des périodes de sécheresses persistantes associées à une position inhabituelle de cette zone intertropicale. C’est pourquoi une étude de ces fluctuations passées est de toute première importance pour mieux comprendre l’évolution du climat.

Le carottage des sédiments marins apporte de très précieux renseignements sur la pluviométrie et ce n’est pas un hasard si les sites choisis pour cette étude se trouvent au nord de la Mer de Corail et à proximité de la Papouasie-Nouvelle-Guinée (PNG) où la pluviométrie peut atteindre en moyenne 3 mètres par an. Il s’est agi de déterminer la teneur en terres rares dans ces sédiments et de la rapporter au calcium présent dans ces mêmes sédiments, calcium apporté par le plancton marin. En effet, la teneur en terres rares (lanthanides) est beaucoup plus importante dans la croûte terrestre que dans les fleuves ou les rivières, un facteur 1000 de différence. Quant à la teneur dans l’eau de mer de ces mêmes éléments elle est 30 millions de fois plus faible. Déterminer la teneur en lanthanides dans les sédiments marins revient donc à obtenir une appréciation de la pluviométrie conduisant à un lessivage de ces éléments par les pluies.

C’est ce qu’a réalisé une équipe internationale de physiciens en remontant dans le temps jusqu’à 280000 ans en arrière. Il apparaît que les fluctuations de la pluviométrie de la zone intertropicale de convergence dépendent uniquement de la précession des équinoxes, un cycle de 26000 ans, et de l’obliquité de l’axe de rotation de la Terre par rapport au plan de l’écliptique, un cycle de 41000 ans. Lorsque l’obliquité est élevée la pluviométrie en PNG diminue, l’équateur météorologique se déplace vers le sud, poussé par le champ de hautes pressions sibériennes (SH) et inversement quand cette obliquité diminue :

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AL signifie le champ de basses pressions australien et ITCZ la zone intertropicale de convergence.

Il est important de mentionner ici que l’angle d’obliquité de l’axe de rotation de la Terre par rapport au plan de l’écliptique, c’est-à-dire le plan sur lequel se trouve la trajectoire de la Terre autour du Soleil, varie de 24,2 ° à 22,5 ° au cours d’un cycle. Cette très faible variation de 0,013 ° par siècle a conduit certains climatologues à en négliger l’effet sur le climat. Il faut avouer qu’à l’échelle d’une vie humaine cela n’a pas beaucoup d’importance. Il en a été de même pour la précession de l’axe de rotation de la Terre (cycle de 26000 ans). Cette étude récente prouve au contraire qu’il n’en est rien. La figure ci-dessous résume les travaux réalisés :

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De bas en haut : précession de l’axe de rotation de la Terre, obliquité, en bleu précipitations au nord de l’Australie (modélisées), précipitations en PNG, rapport néodyme/calcium dans les foraminifères, variations des basses pressions en Australie, variation des vents du nord et variation des hautes pressions sibériennes. Inutile de dire que tous ces phénomènes sont liés et qu’ils décrivent clairement les fluctuations de l’équateur météorologique au cours des années passées …

Source : Nature, DOI : 10.1038/ncomms10018 en accès libre