Tout au long de l'histoire de la Terre, les calottes glaciaires ont été très rares, mais un modèle des 420 millions d'années dernières suggère une explication pour expliquer pourquoi ils se forment parfois
Ice antarctique le 1er janvier 2024
Le climat de la Terre n'est pas facile à refroidir – surtout si vous le souhaitez assez froid pour que les calottes glaciaires se forment. Selon un modèle des forces géologiques qui façonnent le climat au cours des 420 millions d'années, atteignant ces températures de «maison de glace» nécessite une combinaison d'érosion rocheuse rapide éliminant le dioxyde de carbone de l'atmosphère et moins d'activité volcanique de libération de CO2.
Malgré des températures records élevées sur de brèves échelles de temps humain, le climat de la Terre est actuellement plus froid que d'habitude. «Lorsque vous regardez en arrière dans le passé géologique et que vous essayez de comprendre à quel point la Terre a été chaude dans son histoire, vous trouvez beaucoup de preuves de climats chauds», explique Benjamin Mills à l'Université de Leeds, au Royaume-Uni. « Vous ne trouvez pas beaucoup de preuves de glaciation. »
Les périodes relativement rares où il faisait assez froid pour former des calottes glaciaires permanentes aux pôles – appelées «climats de maison de glace» – sont associés à de faibles niveaux de CO2 dans l'atmosphère réduisant l'effet de serre. Mais il existe différentes explications sur ce qui a conduit ces périodes de CO2 faible.
Certains chercheurs ont proposé qu'ils étaient dus à des réductions du CO2 libérées par des volcans; D'autres ont suggéré qu'ils ont été causés par une augmentation des taux d'érosion de la roche – un processus connu sous le nom d'altération qui implique des réactions chimiques qui éliminent le CO2 de l'atmosphère. Les taux d'altération peuvent augmenter lorsque les continents entrent en collision pour faire de longues chaînes de montagnes qui sont ensuite soumises à l'érosion, ou lorsque la dérive des continents entraîne des masses terres dans des régions – comme les tropiques – où des taux de précipitations et des températures plus élevés peuvent accélérer l'érosion. Les changements dans la couverture de la végétation peuvent également augmenter les taux d'altération.
Pour déterminer si l'un de ces processus de refroidissement géologique a stimulé les maisons glaciaires du passé profond, Mills et ses collègues ont développé un modèle de système terrestre pour expliquer les changements dans les niveaux de CO2 dans l'atmosphère au cours des 420 millions d'années – une période de temps couvrant la plupart des membres de L'éon Phanerozoic, qui a vu plusieurs maisons glaciaires distinctes.
Une différence clé par rapport aux modèles précédents était qu'ils représentaient l'évolution de la position des continents. «Personne n'a pu le faire dans un système tridimensionnel», explique Mills.
Les chercheurs ont constaté que les résultats du modèle correspondaient au mieux aux enregistrements géologiques observés de la température, aux niveaux de CO2 et à la position des calottes glaciaires lorsqu'ils incluaient à la fois les effets de l'altération rocheuse et les changements dans la suppression des volcans. Cela suggère qu'aucun des facteurs ne puisse expliquer les transitions vers les climats de la maison de glace, explique Mills. «Cela signifie que tout le monde avait un peu raison.»
Cependant, la conclusion de l'étude selon laquelle plusieurs facteurs sont nécessaires pour stimuler une maison de glace est loin d'être le dernier mot sur le sujet, explique Isabel Montañez à l'Université de Californie à Davis. «Nous avons tous compris depuis des décennies que c'est plus d'un processus», dit-elle. «Par définition, c'est le système terrestre. Cet article ne nous donne pas réellement de solution. »
Une partie du problème est que le modèle capture des changements sur des dizaines de millions d'années au mieux, donc ne peut pas expliquer les changements à court terme dans le climat, explique Montañez. Elle dit également qu'elle s'appuie sur un enregistrement obsolète de changements dans le CO2. Le modèle ne tient pas non plus compte de la dispersion et de l'évolution des plantes pendant le phanérozoïque, ce qui a affecté le taux d'altération de la roche. «Ils doivent ajouter la végétation, car cela a un impact énorme», dit-elle.
La modélisation plus détaillée pourrait faire la lumière sur le rythme beaucoup plus rapide du changement climatique en réponse aux émissions humaines de CO2, et sur le climat de la maison Ice House au cours des 34 derniers millions d'années. Mais ces nouveaux résultats capturent les changements beaucoup trop longs pour être directement pertinents pour aujourd'hui, explique Andrew Merdith à l'Université de Leeds, l'un des auteurs de l'étude.
Pourtant, le fait que les climats de la maison de glace puissent rapidement se terminer est un avertissement de ce qui peut arriver dans le système terrestre, dit Merdith. «Nous devons être prudents en supposant que si nous inversons la hausse du CO2, les choses reviendront à ce qu'elles étaient à l'âge préindustriel.»
