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Posté par Michel le Vendredi 02/01/2009 à 00:00
Un super effet de serre après la Terre « boule de neige »
Une équipe de chercheurs français (Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (LSCE/IPSL) et Laboratoire des mécanismes et transferts en géologie (LMTG/OMP)), américains (Department of geophysical sciences, Université de Chicago) et australiens (School of earth and environmental sciences, Université d'Adelaide) ont modélisé le climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue de la météorologie qui...) de "super effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des corps du système solaire) ou d'autres étoiles (dans le cas...)" qu'a dû connaître notre planète après sa période d'intense glaciation (Une glaciation ou période glaciaire est à la fois une phase paléoclimatique froide et une période géologique de la Terre durant...) dite "boule de neige (La neige est une forme de précipitation, constituée de glace cristallisée et agglomérée en flocons pouvant être ramifiés d'une infinité de façons. Puisque les...)". Contre toute attente, ce climat extrêmement chaud a dû être suffisamment sec pour que l'altération continentale, et donc la consommation du CO2 atmosphérique, en soit fortement limitée. Le retour à des conditions préglaciaires n'a donc pas pu se faire avant plusieurs millions d'années.

Il y a environ 700 Ma au cours du néo-Protérozoïque, la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus...) aurait connu un refroidissement extrême et unique dans son histoire, au cours duquel elle aurait été entièrement recouverte de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.). Cette hypothèse, dite de la Terre "boule de neige" ou Snowball Earth, pourrait s'expliquer par la dislocation (En science des matériaux, une dislocation est un défaut linéaire correspondant à une discontinuité dans l'organisation de la...) du super continent (Le mot continent vient du latin continere pour « tenir ensemble », ou continens terra, les « terres continues ». Au sens propre, ce terme...) Rodania qui regroupait alors toutes les surfaces continentales de la planète et s'étendait des latitudes 60° nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) à 60° sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.).

Comment cette Terre entièrement blanche a-t-elle perdu sa couverture neigeuse ?

Un scénario simple pourrait être que l'accumulation dans l'atmosphère, pendant des millions d'années, du CO2 issu du volcanisme a permis la genèse d'un méga effet de serre (Une serre est une structure généralement close destinée à la production agricole. Elle vise à soustraire aux éléments climatiques les cultures produites pour l'alimentation ou le...) (avec une pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) en CO2 dans l'atmosphère plus de 600 fois la pression actuelle) capable de surpasser l'effet refroidissant du fort albédo des glaces et de la neige. La fonte de la glace aurait alors conduit à une forte diminution de l'albédo planétaire, donc à une accélération du réchauffement et in fine à une déglaciation extrême et une montée rapide des eaux, le CO2 demeurant dans l'atmosphère.
Cette situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre plus général afin de le qualifier...) singulière a amené les climatologues à considérer cette époque post-glaciaire comme une période dite de "super effet de serre" ou hothouse (1), caractérisée par:

- un cycle hydrologique intense ;
- des températures tropicales généralisées ;
- une très forte altération continentale (2), amplifiée par les pluies acides (pH ~ 4) engendrées par la forte concentration atmosphérique en CO2.

Cependant, le climat au lendemain d'une telle glaciation globale n'avait jamais été jusqu'à présent rigoureusement modélisé.

Quels sont aujourd'hui les vestiges de la fin de cette période "boule de neige" ?

Les uniques témoins de cette période post-glaciaire sont les bancs de carbonates (2) riches en magnésium qui recouvrent aujourd'hui les dépôts glaciaires du néo-Protérozoïque, formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est...) des couches dont l'épaisseur varie entre 2 et 38 mètres. Ce sont leurs caractéristiques sédimentaires et leurs anomalies géochimiques qui permettent en effet de considérer ces carbonates comme l'expression de l'altération intense des continents qui a dû accompagner le dégel massif (Le mot massif peut être employé comme :) de la "boule de neige".
La compréhension de ces déglaciations extrêmes passe donc par la compréhension de la formation de ces dépôts inhabituels de carbonates.

Pour explorer l'évolution climatique de la Terre au cours de la période de super effet de serre qui a suivi la période "boule de neige" et la formation associée de couches épaisses de carbonates, les chercheurs ont utilisé un modèle de circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) générale de l'atmosphère, identique à ceux utilisés pour la prédiction du climat futur, couplé à un modèle d'altération chimique des surfaces continentales. Ils ont ainsi pu estimer les flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données,...) de l'altération continentale post-glaciaire, un travail qui a nécessité la reconstruction de la température et du ruissellement, principaux facteurs de contrôle de cette altération.


Températures de surface obtenues avec 400 fois la pression atmosphérique actuelle de CO2
(valeur maximale ayant pu être simulée).
Les continents sont extrêmement chauds, en réponse au fort effet de serre

Le principal résultat de cette étude a été de démontrer que, dans la configuration continentale de l'époque, ce climat extrêmement chaud était relativement sec, suffisamment pour que l'altération continentale sature(3) beaucoup plus rapidement que prévu. Les chercheurs ont ainsi estimé que, pour une pression atmosphérique de CO2 égale à 400 fois la pression actuelle, le ruissellement ne pouvait dépasser 1,5 fois celui observé aujourd'hui et par conséquent que le flux de l'altération continentale ne pouvait atteindre au mieux que 10 fois sa valeur actuelle.

Les implications de ce résultat sont doubles. D'une part, la limitation de l'altération continentale, qui rappelons-le consomme du CO2 atmosphérique (3), implique que plusieurs millions d'années seront nécessaires pour que le carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) stocké dans l'atmosphère revienne à son niveau d'équilibre préglaciaire, et non pas quelques milliers d'années comme cela était supposé. Ainsi, les climats extrêmement chauds qui suivent des climats extrêmement froids ayant perduré des millions d'années semblent devoir durer également plusieurs millions d'années. D'autre part, en utilisant les hypothèses les plus favorables, le flux calculé de cations de magnésium provenant de l'altération continentale indique que plusieurs centaines de milliers d'années seront nécessaires pour obtenir les épaisseurs actuelles des bancs de carbonates magnésiens. Si le dépôt des carbonates cesse dès que le niveau de la mer (Le niveau de la mer est la hauteur moyenne de la surface de la mer, par rapport à un niveau de référence adéquat.) s'arrête de monter, comme le pensent les spécialistes des sédiments, cela signifie que l'élévation du niveau marin (soit la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de fonte) a duré beaucoup plus longtemps que supposé jusqu'alors sur la base des glaciations Quaternaires (environ 10 000 ans). Sinon, c'est que ces cations viennent d'ailleurs...


Notes:

(1) Comme les termes "icehouse" et "greenhouse", qui qualifient de très longues périodes glaciaires et interglaciaires respectivement, ce terme se réfère à un climat ayant perduré sur une longue échelle de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.).

(2) Les silicates (granites, basaltes...) et carbonates (sédiments anciens) continentaux sont dissous par l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), selon un processus chimique qui consomme du CO2 atmosphérique, et ce d'autant plus qu'il fait chaud et humide et que l'eau est acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.). Lessivés par le ruissellement, les produits de l'altération chimique atteignent la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) dans laquelle ils précipitent, donnant des carbonates qui se déposent en banc sur les dépôts glaciaires piégeant ainsi une partie du carbone atmosphérique. Au cours de ces processus, seuls les silicates sont globalement consommateurs de CO2 atmosphérique.

(3) Cette saturation est due au fait que le ruissellement (différence entre les précipitations atmosphériques et l'évaporation), qui favorise l'altération continentale, n'augmente pas de manière proportionnelle mais de manière asymptotique avec la température (plus la température est élevée, moins le ruissellement augmente avec la température). En effet, la quantité d'énergie solaire reçue par la Terre étant limitée et indépendante de la teneur en CO2 de l'atmosphère et l'énergie perdue par évaporation ne pouvant excéder l'énergie incidente solaire, l'intensité du cycle hydrologique (et donc celle du ruissellement) est intrinsèquement limitée: elle atteint son maximum lorsque la quasi-totalité de l'énergie incidente est perdue via l'évaporation.


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Source: CNRS / INSU
Illustration: © LSCE/IPSL