À la recherche des traces de l'évolution climatique de la Terre

2023/05/22 Naroa Martínez Braceras - EHUko Geologia Departamentuko ikerlari doktorea Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Faire face au changement climatique en cours est l’un des grands défis de la société actuelle. Les scientifiques ont construit plusieurs modèles climatiques pour prédire l'évolution des conditions climatiques à la suite du réchauffement de la planète. L'avenir annoncé ne semble pas bon. Si les taux d’émission de gaz à effet de serre ne diminuent pas sensiblement, la température mondiale moyenne devrait augmenter de 1,5 à 2 °C au cours des prochaines décennies. À cet égard, les experts prédisent un certain nombre d'effets néfastes tels que l'augmentation de la désertification, l'intensification des périodes pluvieuses, l'élévation du niveau de la mer et la disparition de certains êtres vivants. Les nouvelles mondiales ont montré que certaines de ces conclusions sont en cours. Mais comment prédire l’impact de ce réchauffement sur la dynamique du climat terrestre? Pour construire le scénario climatique de demain, il est indispensable de nous plonger dans l’histoire climatique de notre planète pour analyser l’influence des épisodes climatiques extrêmes précédents.

Figure 1: Longueur et résolution des temps que les fichiers climatiques peuvent afficher. Ed. Adapté de Ruddiman 2007.

Bien que nous ayons des registres instrumentaux de certains paramètres climatiques qui atteignent le XIXe siècle, les milliards d'années de la Terre restent en rien. Alors, comment pouvons-nous reculer dans le temps pour savoir comment était le climat de l'ancienne Terre? C'est là que repose la paléoclimatologie. Les paléoclimatologues étudient comment était un climat très ancien, son origine et ses conséquences, en analysant des archives naturelles telles que des sondages de glace, des sédiments de lacs et de mers et des rochers sédimentaires. Les caractéristiques physiques, chimiques et biologiques de ces registres aident à résoudre les conditions climatiques de différentes époques. Il n'y a pas de registre couvrant l'évolution paléoclimatique de toute l'histoire géologique. L’intégration de signaux paléoclimatiques de différentes origines a permis d’approfondir l’histoire climatique de la Terre. Chaque fichier possède ses propres caractéristiques et selon la tranche d'âge et la résolution avec laquelle vous souhaitez enquêter, les matériaux sont sélectionnés. Par exemple, même si les sondages de glace fournissent des enregistrements très fiables et précis, ils ne permettent d'étudier que ces derniers millions d'années.

De nombreuses études paléoclimatiques liées au changement climatique actuel se sont concentrées sur les 2,59 millions d'années écoulées de l'histoire de la Terre, la période carcérale. À cette époque, des glaciations connues de tous se sont produites. Cependant, selon les prévisions des modèles climatiques, le réchauffement rapide actuel et futur n’a pas de parallèle dans le passé le plus proche. On prévoit que si les émissions actuelles de gaz sont maintenues, le climat en 2150 sera similaire à celui de l'époque de l'Eocène (il y a 56 millions d'années). Pendant l'éocène, la température moyenne de la surface a enregistré un maximum, 13 ° C plus chaud que la température actuelle. Les concentrations et les températures des gaz qui augmentent l'effet de serre étaient si élevées que la glace des pôles a disparu. Ces périodes chaudes de la planète Terre associées aux fortes concentrations de gaz à effet de serre sont appelées greenhouse (serres en anglais). L'Eocène a été la dernière période greenhouse de l'histoire de la Terre, mais dans des époques plus anciennes, comme la moitié du Crétacé (il y a 95 millions d'années), les conditions étaient similaires. En ces temps chauds, en plus d’être chaud dans le climat général, des épisodes climatiques associés à des poussées de température rapides et brusques qui pourraient être analogues au changement climatique actuel ont été enregistrés. À titre d'exemple, la température maximale qui a déclenché la période Éocène (PETM: Paléocene-Eocene Thermal Maximum) ou épisodes océaniques anoxyques du milieu crétacé (OAE: Oceanic Anoxic Event).

2. Image. Évolution des températures moyennes des 65 millions d'années passées par rapport aux températures actuelles. On observe les principales tendances climatiques, telles que le refroidissement global moyen qui a été maintenu jusqu'à présent, ainsi que l'augmentation de température prévue par les modèles face aux différentes situations d'émission. Ed. Burke et al. Adapté du travail 2018.

Les séquences paléoclimatiques qui dépassent les dizaines de millions d'années semblent particulièrement intéressantes. Les registres paléoclimatiques de ces âges ont souvent été analysés dans des séries sédimentaires. Les sédiments sont des particules solides qui se forment, transportent et s'accumulent à la suite des processus et phénomènes affectant l'atmosphère, l'hydrosphère et la biosphère. Ils sont souvent déposés dans des masses d'eau calées contenant des restes minéralisés (coquillages, morceaux de squelette, etc.) des organismes qui y habitent. La composition physique (taille des grains, structures sédimentaires...), la chimie (isotopes stables, teneur en minéraux, composition chimique..) et la teneur en fossiles reflètent les conditions climatiques environnantes. Trouver des sédiments de dizaines de millions d'années n'est pas facile. En outre, pour bien conserver le signal climatique, les registres doivent montrer une sédimentation continue et constante, sans influence de l'intense activité tectonique qui la déforme.

En bonne voie, les conditions susmentionnées se trouvent dans des masses d'eau calmes, des lacs et de la mer ouverte. On peut supposer que les sédiments marins qui s'accumulent à des centaines ou des milliers de mètres de profondeur peuvent peu parler des conditions climatiques de la surface terrestre. Cependant, une partie des sédiments accumulés dans la mer profonde provient du continent, qu'ils soient transportés par le vent ou par des adultes par les courants d'eau. Une autre partie, souvent la principale, aura une origine marine. La fraction la plus importante d'origine marine est constituée de caparazons et de squelettes minéralisés microscopiques des organismes qui habitent. Ces êtres vivants dépendent également des conditions physico-chimiques de la surface océanique qui produit le climat, de sorte qu'ils sont parfois capables d'enregistrer les changements climatiques. Dans certains sondages sédimentaires réalisés dans le golfe de Biscaye, par exemple, l'étude des caractéristiques physiques et chimiques des organismes microscopiques et des sédiments marins a permis d'observer l'évolution climatique des 140 000 dernières années.

Bien que les sédiments du golfe de Biscaye n'aient pas permis d'étudier des âges très anciens, la recherche sur les sédiments sous-marins a permis de reconstruire le signal paléoclimatique de 100 millions d'années. Pour obtenir des enregistrements plus longs et plus anciens, il a fallu éloigner des centaines de kilomètres de la côte et plonger sous une colonne d'eau d'autres mètres. La réalisation de sondages de plusieurs mètres dans ces conditions nécessite un support technologique très avancé. Comme on peut l'imaginer, cette infrastructure n'est pas à la portée de tous les chercheurs. Par conséquent, si nous ne pouvons pas étudier l'un de ces sondages océaniques, n'est-il pas possible d'étudier l'ancien paléoclimat? Heureusement !

Il existe un autre type d'enregistrement plus accessible et permettant l'étude des mineurs: roches sédimentaires. Les roches sédimentaires sont des sédiments durcis et compactés pour devenir des rochers. Les sédiments sont transformés en roche en raison des mouvements des fluides intergranulaires qui se produisent lorsque les sédiments sont enterrés et de la pression exercée par les sédiments les plus jeunes qui s'accumulent sur eux. Grâce au soulèvement tectonique, nous pouvons aujourd'hui trouver dans l'écorce terrestre des roches très anciennes formées à grande profondeur dans le sous-sol. Ces roches permettent l'étude d'enregistrements de plus de 100 millions d'années, y compris le fichier paléoclimatique. En outre, les rochers conservent la dérive des continents qui ont souffert de la planète Terre, l'activité tectonique, les phénomènes extraterrestres, les extinctions et les manifestations des êtres vivants et les réponses d'autres aspects géologiques. Malheureusement, plus les roches sont anciennes, plus l'influence des processus post-empilés peut être importante pour transformer le signal climatique original de la roche. Par conséquent, les séquences de roches doivent être étudiées en profondeur, en sélectionnant soigneusement les échantillons et les paramètres à analyser.

Les rochers sédimentaires dominent dans notre région, des extrémités des montagnes aux falaises. Ces roches sont constituées de matériaux accumulés dans la dépression sédimentaire appelée bassin cantabrique basque. Un registre sédimentaire d'environ 250 à 35 millions d'années s'est accumulé dans le bassin. Les efforts tectoniques qui ont provoqué le soulèvement des Pyrénées ont permis aujourd'hui de trouver affleurés ces rochers sédimentaires. Ainsi, pour étudier les affleurements composés d'anciens sédiments, nous n'allons dépenser qu'un peu d'essence et de bottes de montagne.

3. Image. Flysch de Zumaia, succession géologique de millions d'années de sédiments accumulés dans la mer profonde. Nous y avons des enregistrements de référence de différents événements géologiques ainsi que paléoclimatiques, comme le PETM. Ed. Naroa Martínez Braceras

Dans le bassin du Cantabrique Vasco, de nombreuses séquences géologiques idéales ont été trouvées pour la réalisation d'études paléoclimatiques qui ont été essentielles pour la connaissance de certains phénomènes climatiques qui ont affecté le monde. Dans certains affleurements de notre côte, on peut trouver des séquences de roches accumulées à grande profondeur sous-marine dans les périodes de greenhouse mentionnées ci-dessus. On peut citer, par exemple, les séquences de roches qui affleurent à Dispu-Zumaia ou à Uribe Kosta, caractérisées par des milliers de couches de planches et suivies latéralement. Ces couches sont similaires aux pages du livre qui conserve l'histoire paléoclimatique de la Terre et permettent de connaître l'évolution de l'ancien climat par la lecture de divers paramètres physiques, chimiques et biologiques qui y sont contenus. À Zumaia, nous avons un excellent registre de PETM sous-marin de référence mondiale qui a attiré des chercheurs de différents pays. À Bizkaia, sur les falaises allant de Sopelana à Punta Galea, en plus d’affleurer les registres partiels de PETM, d’autres registres d’événements climatiques plus faibles survenus à l’échelle mondiale dans l’Eocène, importants pour bien connaître la variabilité du climat terrestre, ont été identifiés. En outre, des registres uniques de l'OAE centrale de la Creta ont été trouvés sur les plates-formes continentales à moyenne profondeur du bassin Vasco-Cantabrique, aujourd'hui en affleurement d'Aralar, Pagasarri ou Ouest de la Cantabrie.

Bibliographie

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