Il y a plus de 600 millions d’années, la majeure partie de la Terre a complètement gelé, devenant ainsi la « Terre boule de neige ». Mais même pendant cette période glaciale, le climat s'est toujours comporté de manière familière, rapportent la spécialiste des sciences de la terre Chloe Griffin et ses collègues dans le 1er avril. Lettres scientifiques de la Terre et des planètes. Il semble même y avoir eu un cycle climatique tropical, comme les El Niños et La Niñas modernes.
« Tout le monde pensait que le système climatique serait vraiment assez stable en raison de la couverture mondiale de glace », explique Griffin, de l'Université de Southampton en Angleterre. Au lieu de cela, elle et ses collègues ont trouvé des preuves d'un climat actif et d'un océan partiellement ouvert.
La Terre a connu sa première vague de gel il y a environ 2,4 milliards d’années. Puis, au cours de la période cryogénienne, il y a environ 720 à 635 millions d’années, il y a eu deux époques de la Terre Boule de Neige. La première, la glaciation sturtienne, a duré il y a environ 717 à 658 millions d'années.
Griffin et son équipe ont étudié les roches sturtiennes des îles Garvellach, au large de la côte ouest de l'Écosse. Les roches contiennent des empilements de fines couches magnifiquement préservées, alternant entre des sédiments grossiers et fins. Ceci est inhabituel pour les roches du Cryogénien : la plupart sont fortement érodées et mélangées parce que les glaciers les ont déchirées.
Aujourd’hui, ces couches se trouvent sous les lacs glaciaires. Chaque été, des sédiments grossiers sont transportés dans le lac par l'eau de fonte des glaciers. Mais pendant l’hiver, l’eau de fonte cesse et seules de fines argiles se déposent. En conséquence, chaque année produit deux couches distinctes. C'est ce processus, dit Griffin, qui a produit les roches sturtiennes. Les roches contiennent environ 2 600 paires de couches, ce qui signifie qu'elles ont enregistré environ 2 600 ans.
Il est « sans précédent » de trouver des relevés annuels aussi lointains dans le temps, déclare Thomas Gernon, coauteur de l'étude et spécialiste des sciences de la Terre également à l'Université de Southampton.
L'épaisseur de chaque couche fait allusion aux conditions météorologiques de cette saison. Par exemple, un été chaud signifie davantage de mouvements et d’érosion des glaciers, produisant une épaisse couche de sédiments. Les chercheurs ont analysé mathématiquement l’épaisseur des couches pour rechercher des motifs. Ils ont trouvé quatre cycles distincts, se répétant toutes les 4 à 4,5 couches, 9 couches, 13,7 à 16,9 couches et 130 à 150 couches.
Ceux-ci correspondent tous à des cycles climatiques modernes bien connus, en supposant que les couches se déposent chaque année. Le cycle de 4 à 4,5 ans ressemble le plus à l'oscillation australe El Niño, dans laquelle l'océan Pacifique tropical libère alternativement de la chaleur dans l'atmosphère, créant des conditions El Niño, et absorbe la chaleur de l'air, créant des conditions La Niña. Griffin affirme que les découvertes de son équipe reflètent « une certaine forme de transport de chaleur entre un océan et une atmosphère se produisant sous les tropiques », ce qui indique qu'il devait y avoir un océan ouvert, probablement près de l'équateur.
Les trois cycles restants semblent représenter l’intensité croissante et décroissante du soleil, ont conclu les chercheurs.
Bien qu'il ne soit pas possible de confirmer que les couches ont été déposées année après année, il s'agit d'une interprétation raisonnable, explique le géologue Tony Prave de l'Université de St. Andrews en Écosse. «Vous pourriez aller dans un lac glaciaire en Suisse, observer une carotte extraite de ce lac, et elle ressemblerait exactement à celle préservée dans les îles Garvellach», dit-il.
Les découvertes alimentent un différend en cours sur l’étendue et la gravité de Snowball Earth et sur l’existence de zones d’eau libre. Les données du monde entier soutiennent une glaciation véritablement mondiale, dans laquelle les cycles biogéochimiques ont été interrompus et les océans ont à peine interagi avec l'atmosphère, explique Prave. Mais des sites comme les îles Garvellach témoignent d’un climat plus dynamique.
Les roches pourraient refléter un réchauffement à court terme, peut-être causé par des volcans ou des impacts d'astéroïdes, suggère Gernon. Alors que les couches s'étendent sur environ 2 600 ans, la glaciation sturtienne a duré 59 millions d'années, dit-il.
Il est également possible que les roches datent du début ou de la fin de la glaciation sturtienne, lorsque la Terre était en partie dégelée, explique Prave.
