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GLACIATIONS ET
INTERGLACIATONS
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1ère
PARTIE
LES
CAUSES DES GLACIATIONS
ET DES PERIODES CHAUDES
Les causes des
glaciations et périodes chaudes résident
à la fois dans l'astronomie et la géophysique
:
On songe en premier lieu à l’environnement
de la Terre, c’est-à-dire ses relations
avec le Soleil. En
effet, notre étoile évolue et son activité
fait varier sa luminosité, ce qui affecte directement
la température de notre planète. Il y
a 400 millions d’années, la constante solaire
était inférieure à sa valeur actuelle
de 4.%. Or, nous
ne connaissons pas l’importance relative de l’activité
solaire par rapport à une variation de CO2.
Certains modèles doivent surestimer la constante
solaire. Pour d’autres, ce serait l’inverse.
La réponse du climat aux variations astronomiques
est complexe : on doit aussi prendre en compte les multiples
interactions non linéaires qui interviennent
entre l'atmosphère, les glaces, l'océan,
la terre et même la biosphère (l'ensemble
des organismes vivants ). La dynamique des immenses
calottes glaciaires entre en jeu de plusieurs façons.
Une fois présentes, les calottes de glace tendent
à s'étaler et intensifient le refroidissement
de la surface de la Terre. Un glacier déforme
également le socle rocheux sur lequel il repose.
Par sa lenteur, ce processus de réajustement
isostatique engendre une dissymétrie entre les
phases d'accumulation et de fonte des calottes. Il favorise
l'accumulation de glace en tant que l'enfoncement du socle
n'est pas significatif, mais, au contraire, accélère
la fonte dès qu'une baisse notable de l'altitude
de la calotte se produit.
D'après Milutin Milankovitch, qui développa
cette théorie dans les années 1920, lorsque
l'ensoleillement reçu pendant l'été
sous les hautes latitudes de l'hémisphère
Nord diminue, la neige tombée en hiver ne fond
plus complètement pendant l'été
et commence à s'accumuler. Or la neige réfléchit
fortement le rayonnement solaire, ce qui tend à
accentuer le refroidissement et permet d'enclencher
une glaciation.
Sans compter que dans ce flou climatique, la Terre
a aussi son mot à dire.
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LA
VARIATION DE TROIS PARAMETRES
Le mouvement de la Terre a aussi beaucoup d'influences
sur le climat. L'astronome serbe nommé Milutin Milankovitch
a démontré entre 1920 et 1941 que la Terre
subit trois variations et qu'elles sont les causes des
glaciations et périodes chaudes :
Deux paramètres orbitaux interviennent
en même temps pour expliquer les variations des
saisons.
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La
Précession des équinoxes
L'axe de rotation de la Terre
qui est incliné de 23,27° justifie
l'existence des
différentes saisons. Mais son axe
varie au cour du temps, il décrit un
cône en 25.868 années : les saisons
se déplacent sur l'orbite terrestre.
Ce mouvement, appelé précession
axiale, est dû à l'attraction combinée
du Soleil et de la Lune sur le bourrelet équatorial.
Grâce à notre satellite l'échéance
de la variation de l'axe de rotation est plus
lente et permet d'y avoir la vie sur notre planète.
Donc sans la Lune l'axe de la Terre décrirait
un cône en même pas 10.000
ans ce qui aurait des effets sur le climat.
Actuellement l'axe de rotation de la Terre est
dirigé vers l'étoile polaire de
la constellation de la Petite Ours mais dans
12.934 ans elle sera dirigé vers l'étoile
Véga de la constellation de la Lyre et
12.934 ans plus tard l'axe de la Terre serra
de nouveau pointée vers l'étoile
polaire. Dans l'hémisphère Nord,
la distance au Soleil est minimale en hiver
et maximale en été, et inversement
dans l'hémisphère Sud. Nous sommes
dans une situation qui adoucit les hivers et
refroidit les étés de l'hémisphère
Nord, alors qu'elle accroît les contrastes
saisonniers de l'hémisphère Sud.
Au contraire, il y a environ 10.000 ans, la
Terre passait par le point le plus proche du
Soleil au moment du solstice d'été
boréal et non au solstice d'hiver comme
de nos jours. L'hémisphère Nord
recevait alors plus d'énergie solaire
en été et moins en hiver.
l'évolution de
l'inclinaison de l'axe des pôles
Une vidéo de la precession des
équinoxes
La précession axiale
A la précession des équinoxes
se superposent des ondulations mises en évidences
en 1748 par James Bradley, nommées la
nutation. Cette dernière est un léger
mouvement d'oscillation de l'axe de la Terre
causé par l’évolution de
l'orbite de la Lune, perturbée par
le Soleil, autour de la Terre. Ce mouvement
parcourt un tracé en boucle sur la
trajectoire de précession dont chaque
oscillations est d'une période de 18,6
ans. Cela représente un faible basculement
de l'axe des pôles d'un maximum de 0,0025°
(9,21") dans un intervalle de temps de
18,6 ans.
En plus de ceci, l’axe
de rotation terrestre varie aussi dans un
repère lié à la planète
elle-même et non au Soleil et à
la Lune. Les composantes principales des variations
observées sont :
- une oscillation annuelle, forcée
par les variations saisonnières de
la pression atmosphérique et océanique.
- une oscillation d'une trajectoire
complexe que le pôle Nord décrit
à la surface du globe appelée
: Polhodie ou mouvement de Chandler. La polhodie
est un mouvement propre dû à
la forme ellipsoïdale du globe de 430
jours et une amplitude de l'ordre de 10 m,
dont l’excitation est liée à
des mouvements internes du magma et non à
l’action de la Lune et du Soleil comme
pour la nutation et la précession.
- Une variation due à la dérive
du continent canadien.
Les différentes forces modifiant
la rotation de la Terre
Ce graphique représente le "mouvement
du pôle" (ici représenté
par la courbe en
pointillés noirs) contenu dans un carré
de 20 mètres de côté et
nn trait plein on voit
l'évolution moyenne année par
année depuis 1890. Ici
vous avez les coordonnées
de l'axe de rotation moyen dans le système
de référence terrestre de l'IERS.
Filtrage de la coordonnée X pôle Nord valeurs
brutes (en haut)
et Y Sud (en bas) depuis 1890
avec
la composante saisonnière, de
Chandler et les variations irrégulières.
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La
Précession du Périhélie
Par rapport aux étoiles, l'orbite
terrestre elliptique effectue une rotation (la précession
du périhélie). Ceci, modifie le mois de l'année
à laquelle la Terre est au périhélie
c'est à dire quand la Terre est au plus proche du
Soleil. Ceci est aussi dû à l'attraction des planètes,
du Soleil et de la Lune.
Evolution de la rotation de l'orbite
terrestre vu de dessus
Ces deux mouvements combinés ramènent
à 22_000 ans la périodicité
de la précession des équinoxes. Ce mouvement
résultant, combiné à la variation de
l'excentricité de l'orbite de la Terre fait varier
la distance Terre-Soleil suivant deux périodes, 19_000
ans et 23_000 ans.
Les variations saisonnières
d'insolation associées au
cycle de précession dépassent souvent 10%.
Il s'agit du
principal forçage climatique à l'échelle
des milliers d'années.
L'axe de rotation de la Terre est actuellement
incliné de 23°27'. Mais elle varie entre 21°59'
et 24°50' sur une période 41_000
années. Cette fluctuation agit sur la répartition
de l'énergie reçue aux différentes
latitudes suivant les saisons, en particulier la durée
de la nuit polaire aux latitudes les plus élevées.
Quand l'obliquité atteint 24°50' cela entraîne
des hivers rigoureux aux latitudes moyennes. Mais lorsque
l'obliquité est moins importante ça favorise
les glaciations et inverse lorsqu'elle est plus importante.
L'obliquité de la Terre
Evolution de l'obliquité de
l'écliptique dans le temps
Cliquez
ici pour voir l'obliquité de la Terre lors de ces
5 millions dernières années
- La
variation de l'orbite terrestre
La masse du Soleil commande le mouvement
de la Terre dans l'espace, mais la présence des
autres planètes (surtout Jupiter)
du Système Solaire perturbe ce mouvement et entraîne
des variations à long terme des paramètres
de l'orbite de la Terre. L'excentricité qui est
de 0,02, mesure l'écart entre l'orbite terrestre
et un cercle parfait. Il varie entre 0 et 0,07. Sa période
varie selon une période 400_000
ans et une de 100_000 ans.
Donc le flux global du rayonnement qu'elle reçoit
du Soleil varie, suivant sa répartition dans l'espace
et le temps.
Excentricité : le caractère
elliptique de l'orbite a été exagéré
L'excentricité lors de ces
1 000 000 dernières années
L'excentricité lors de ces
5 millions d'années
L'astronome Serbe Milutin Milankovitch a démontré
entre 1920 et 1941 que toutes ces variations sont la cause
des glaciations que la Terre a subit. La dernière
grande glaciation a connu son maximum il y a 22.000 ans,
les températures étaient inférieures
d'environ six degrés à celles actuelles et
on peut s'attendre à un retour de la glace dans plusieurs
dizaines de milliers d'années.
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