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2.1 L’histoire du climat sous l’eau et dans les glaces
2.1.1 Les sédiments marins : le climat gravé dans les roches
Les sédiments des fonds des océans contiennent des informations sur les conditions climatiques passées. Les scientifiques étudient les atomes des minéraux constituant les roches et les coquilles des organismes marins (Encadré 2.1). Ils en déduisent les variations de la température et du volume des calottes polaires au cours du temps. Les forages s’effectuent dans tous les océans du globe, ce qui permet de déterminer les différences locales des changements climatiques et les courants océaniques.
2.1.2 Les carottages glaciaires : les glaces racontent le climat
Les glaces sont des archives exceptionnelles des climats du passé : elles enregistrent la température et piègent également de l’air « fossile » sous forme de bulles (Encadré 2.2). Les glaces étudiées sont celles des calottes polaires et des glaciers de montagne. Aux pôles, les glaces sont très épaisses ; les glaces profondes peuvent atteindre l’âge d’un million d’années. Les carottages des glaciers de montagne sont moins profonds mais enregistrent les variations climatiques régionales plus précisément. Par exemple, l’analyse de la glace sur 20 000 ans du Sajama en Bolivie a montré les rejets récents en métaux lourds dans l’atmosphère (Barbante et al, 2004).
Étude de la glace
La conductivité, c’est-à-dire la capacité du courant électrique à traverser la glace, donne une première approche de la température. En période froide, les continents sont plus arides et le transport de poussières par l’atmosphère est renforcé (Wolff et al, 2006). La conductivité, qui dépend de la concentration en poussières continentales et en acides, est relativement faible.
La composition des molécules d’eau de la glace (isotopes) renseigne précisément sur la température de l’air à l’époque de la formation de la neige.
Étude des sédiments et des poussières
La glace conserve les particules en suspension dans l’atmosphère (aérosols) apportées par la neige : poussières d’origine continentale et sels d’origine marine. Ces deux composants sont plus concentrés en période glaciaire en raison d’une intensité des vents plus importante.
Des fragments d’Acide DésoxyriboNucléique (ADN) retrouvés dans les carottes de glace permettent de reconstituer la faune et la flore à certaines périodes (Willerslev et al, 2007).
Étude des bulles d’air : de l’air d’un million d’années conservé dans la glace
La neige se tasse avec le temps et devient progressivement de la glace en piégeant des bulles d’air et des poussières (Figures 2.1 et 2.2). Cet air piégé constitue un échantillon de l’atmosphère à l’époque où la neige s’est déposée. Il permet de déterminer notamment les concentrations des gaz à effet de serre (Figure 2.4).
Comme la transformation de neige en glace nécessite quelques dizaines à quelques milliers d’années, l’air piégé est légèrement plus jeune que la glace qui le contient (Raynaud & Lorius, 2004). Une imprécision existe sur l’âge de l’air, qui diminue si l’accumulation de neige est forte (Jouzel, 2003).
Les différents carottages polaires
Des carottes de glace sont extraites en Antarctique et au Groenland (Encadré 2.2). Comme les calottes polaires sont très épaisses, des forages de plusieurs kilomètres sont réalisés. Le dernier forage, en Antarctique (Dôme Concordia), est profond de plus de trois kilomètres et a permis de découvrir de la glace de près d’un million d’années (EPICA Community Members, 2004). Les forages sont creusés au niveau du dôme central, c’est-à-dire dans la zone où la calotte est la plus épaisse et où la glace se déplace verticalement.
- Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement (LGGE) : http://www-lgge.ujf-grenoble.fr
- Les carottes glaciaires (animation EducaPoles) : http://www.educapoles.org/index.php...
- Les forages glaciaires et leur utilisation (Plaquette « Découvertes glaciales ») : http://www.eawag.ch/media/2005/2005...
- La vie de la base Concordia (les scientifiques sont des gens comme tout le monde !) : http://www.concordiabase.eu
2.2 Les données obtenues à partir des sédiments et des carottes glaciaires
Des variations de température
Les scientifiques ont mis en relation les données sédimentaires, obtenues sur les continents et dans les océans, avec les données glaciaires des pôles. La plupart de ces données géologiques indiquent des variations de température similaires pendant les mêmes périodes (les données sont dites « corrélées »). Les modifications du climat sont donc globales (Figure 2.3).
Des cycles climatiques
Depuis 430 000 ans le climat varie selon des cycles de 100 000 ans (Figure 2.4). Des périodes froides, les « périodes glaciaires », alternent avec des périodes plus chaudes, les « périodes interglaciaires ». Les périodes interglaciaires durent entre 10 000 et 30 000 ans (ce qui ne représente que 20 % du temps sur un cycle de 100 000 ans). La température varie de 15°C entre la période la plus froide du cycle (glaciaire) et la période la plus chaude (interglaciaire).
Entre -740 000 et -430 000 ans, le climat variait selon des cycles de 40 000 ans (EPICA Community Members, 2004). Les périodes interglaciaires étaient plus longues et plus froides.
Des analyses récentes de fragments d’ADN retrouvés dans les carottes de glace montrent que pendant les interglaciaires le sud du Groenland était recouvert d’une forêt (Willerslev et al, 2007).
Une relation entre la température et les gaz à effet de serre
Les gaz à effet de serre (CO2 et CH4) mesurés dans les carottes glaciaires sont étroitement corrélés avec la température (Figure 2.4). Entre une période glaciaire et une période interglaciaire le CO2 passe de 180 à 300 ppm (IPCC, 2007a).
2.3 La théorie astronomique des paléoclimats de Milankovitch
L’astronome serbe Milankovitch propose en 1941 une idée novatrice : le climat de la Terre est contrôlé par le mouvement de la planète dans l’espace, ce qui modifie sa relation avec le Soleil. En effet, l’attraction de la Lune et des autres planètes perturbe la rotation de la Terre autour du Soleil (Encadré 2.4). L’inclinaison et la direction de l’axe de rotation ainsi que la forme de l’ellipse de rotation sont modifiées. Ces variations s’effectuent à des échelles de temps longues, de l’ordre de plusieurs dizaines de milliers d’années. Ces fluctuations du mouvement de la Terre dans l’espace entraînent des variations de l’insolation suivant les saisons et les régions (Encadré 2.4). Les composantes du système climatique sont modifiées : zones recouvertes de glace, concentration des gaz à effet de serre, etc. Ces modifications entraînent des changements climatiques.
