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Posté par Michel le Jeudi 26/02/2009 à 00:00
La tectonique des plaques change-t-elle le climat global ?
La tectonique des plaques, en modifiant la physionomie du globle, peut-elle modifier le climat ? C'est la question que se posent depuis quelques années les géodynamiciens, en particulier dans le cadre du programme Relief de l'Institut National des Sciences de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.). Des chercheurs français et chilien montrent dans une publication qui vient de paraître dans la revue internationale Earth and Planetary Science Letters, que des modifications de la physiographie du passage de Drake en relation avec une phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) tectonique (La tectonique (du grec « τ?κτων » ou « tekt?n » signifiant batisseur, charpentier) est l'étude des structures géologiques d'échelle kilométrique et plus (chaînes de montagnes, bassins...) affectant la connexion Antarctique-Patagonie ont pu modifier la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) du courant circum polaire et de ce fait intervenir sur le climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se...) global.


Carte tectonique du passage de Drake

Les variations climatiques au Cénozoïque

Au cours du Cénozoïque, entre 65 millions d'années (Ma) et notre époque moderne, le climat global a connu une révolution fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) liée à la mise en place et à la croissance de ses deux calottes de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) polaires. 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...) est ainsi passée d'une configuration sans calottes, dite Greenhouse, de climat chaud, à une configuration avec calottes, dite Icehouse, de climat froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.).


Schémas montrant l'évolution de la position des continents Antarctique et Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et l'Océanie par le détroit de Béring et l'océan Pacifique; et à l'est, de l'Europe et de l'Afrique...) du Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.)
La constriction du Passage de Drake correspond à la période où s'édifie
la chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) de la Terre de Feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation appelée combustion.)

Les calottes de glace, en stockant de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) douce froide et solide en très grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur...), sont un paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte pour prendre une décision ou pour effectuer un calcul.) essentiel de la régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) de notre climat moderne. Les premiers grands glaciers se sont installés en Antarctique vers 30 Ma. La calotte polaire a ensuite grossi progressivement pour atteindre une épaisseur locale de glace de 2 à 3 km. Les premières calottes arctiques sont beaucoup plus récentes et s'établissent durablement au Quaternaire.


Schémas de la tectonique des plaques en Mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) de Scotia.
La plaque Scotia actuelle résulte de la coalescence de plusieurs petites plaques.
Quand la dorsale de la Mer de Scotia fonctionnait, un petite plaque rapide, la Plaque Magallanes,
se déplaçait au sud de l'Amérique du Sud, sa bordure nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) fonctionnait en transpression,
causant la surrection de la chaîne de la Terre de Feu.

La transformation climatique globale du Cénozoïque est intimement liée à autre révolution essentielle dans l'histoire de notre planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre...), celle qui a concerné la circulation océanique générale. A partir d'environ 50 Ma, la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de...) des eaux océaniques profondes a chuté progressivement de 14-15°C pour atteindre 2°C de nos jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et sa durée...). Ce phénomène traduit un refroidissement global de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) de la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps...) océanique, accompagnant le refroidissement global du climat et témoigne de la mise en route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie brisée », c'est-à-dire creusée dans la roche, pour ouvrir le chemin.) de la circulation océanique moderne.

Celle-ci se caractérise par un long cycle, d'une durée de 2000 ans, qui transfère vers les pôles les eaux superficielles chaudes des régions équatoriales, où elles sont refroidies au voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les notions globales comme la continuité qui s'entend ici comme la...) des glaces polaires, et plongent vers les profondeurs océaniques.Cette circulation dite thermohaline fonctionne grâce aux différences de température et de salinité des masses d'eau océaniques.

Son établissement progressif depuis 50 Ma est remarquablement mis en évidence par la compilation des compositions isotopiques (isotopes de l'oxygène) de microfossiles (Les microfossiles sont des fossiles de petites tailles, dont l'étude requiert des moyens techniques différents de ceux mis en œuvre dans l'étude des...) présservés dans les couches de sédiments prélevés par des centaines de forages à travers tous les océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en...). La courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les segments, les lignes...) ainsi obtenue, qui présente des accidents remarquables, peut-être lue comme une courbe des paléotempératures des eaux de fond océaniques. C'est un enregistrement fidèle, au premier ordre, des grands évènements climatiques de la Terre durant le Cénozoïque.

Les ajustement physiographiques par la tectonique des plaques

La tectonique globale, qui régit la position relative des continents, et ouvre ou ferme les seuils océaniques, est un acteur (Un acteur est un artiste qui incarne un personnage dans un film, dans une pièce de théâtre, à la télévision, à la radio, ou même dans des spectacles de...) incontournable de notre évolution climatique. Ainsi, la mise en route de la circulation thermohaline (La circulation thermohaline est la circulation permanente à grande échelle de l'eau des océans engendrée par des écarts de température et de salinité des masses d'eau. La salinité et la température ont un impact sur la...), qui suppose un brassage global des océans, n'est intervenue qu'à la suite de l'interconnection des 3 océans Pacifique, Atlantique et Indien.


Position des principaux événements tectoniques cités dans le texte,
le long de la courbe isotopique de Zachos. A droite courbe des isotopes du Néodyme.

Cette interconnection ne fut possible que grâce à l'ouverture de deux passages océaniques: le passage de Drake qui sépare l'Antarctique de la Patagonie (La Patagonie (en espagnol et en anglais : Patagonia), également appelée Le Grand Sud, désigne une région géographique appartenant au Cône Sud située dans...), et le passage qui sépare l'Antarctique de la Tasmanie (La Tasmanie est une île d'Océanie et un État australien, située à 240 km de la côte Sud-Est du continent australien dont elle...). Par ces deux seuils circule le courant circumpolaire Antarctique, qui, poussé par les vents d'ouest (L’ouest est un point cardinal, opposé à l'est. C'est la direction vers laquelle se couche le Soleil à l'équinoxe, le couchant (ou ponant).), active les eaux jusqu'aux plus grandes profondeurs.

Ce courant est un acteur majeur du système climatique actuel car il isole thermiquement l'Antarctique et empêche les eaux chaudes de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique,...) en provenance de l'Equateur de venir lécher les côtes de ce continent (Le mot continent vient du latin continere pour « tenir ensemble », ou continens terra, les « terres continues ». Au sens...), comme c'était le cas dans la configuration Greenhouse. Il joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert...) également le rôle d'aspirateur d'eaux profondes provenant de l'Atlantique nord. Il s'agit donc d'un activateur essentiel de la circulation thermohaline.

On peut s'attendre à ce que toute modification topographique importante de la forme des seuils océaniques péri-Antarctique ait un effet sur la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale »...) du courant circumpolaire Antarctique. Et en conséquence, on peut s'attendre à ce que des modifications de la circulation thermohaline entraînent des modifications climatiques.

C'est cette relation entre tectonique et climat que les auteurs ont exploré dans cette publication. Ils ont pu dater la formation et l'évolution du passage de Drake et du passage Tasmanie-Antarctique par des études géologiques et paléomagnétiques. Ainsi, à partir de 50-40 Ma, la subsidence (abaissement) des seuils continentaux a rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de...) possible la mise en route d'une proto-circulation circumpolaire Antarctique, ce qui coïncide avec les enregistrements isotopiques montrant le début du refroidissement global dès cette époque. Puis sur chaque seuil, des dorsales océaniques ont fonctionné après la distension continentale, ouvrant franchement le passage Tasmanie-Antarctique à partir de 34 Ma, puis le Passage de Drake à partir de 29 Ma.

L'évolution de l'enregistrement isotopique depuis 50 Ma n'est pas régulière. La courbe des isotopes de l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) montre ainsi des accidents, non encore expliqués. Deux pics nets sont visibles vers 26 et 15 Ma et correspondent à des retours vers des conditions plus chaudes. Ils encadrent une période de 11 Ma dont les valeurs isotopiques de l'oxygène sont basses indiquant un réchauffement assez net des eaux de fond océaniques.

Durant cette même période, entre 26 et 15 Ma, des événements tectoniques décisifs se sont produits en Patagonie et en Terre de Feu, affectant donc la physiographie du passage de Drake. Avant 22 Ma (limite Oligo-Miocene) la Terre de Feu n'existait pas. A sa place un sillon marin permettait la circulation des eaux froides du proto-courant circumpolaire Antarctique. Un changement dans l'organisation (Une organisation est) des frontières de plaques a induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en force (moteur).) la compression de cette région, se traduisant par la surrection de la Terre de Feu.

Ce même événement tectonique a conduit également au soulèvement de la bordure nord de l'actuelle mer de Scotia, transformant une vaste région de fosses profondes en une série de haut-fonds (Ride nord Scotia).

En Patagonie, à la même période, on assiste à l'édification de la Cordillère (Une cordillère est une chaîne de montagnes allongée et étroite résultant généralement de la rencontre de deux plaques tectoniques.) andine. La surrection de la chaîne se marque vers 20 Ma par la disparition de la mer, chassée de ces régions par la surrection de l'avant-pays, où la sédimentation devient continentale. L'anomalie climatique observé entre 26 et 15 Ma coïncide donc avec la constriction (le resserrement) du passage de Drake.

Les auteurs examinent les effets d'une telle constriction sur la circulation océanique globale et envisagent une diminution de l'efficacité du courant circumpolaire Antarctique, entrainant à son tour un ralentissement (Le signal de ralentissement (de type SNCF) annonce une aiguille (ou plusieurs) en position déviée qui ne peut être franchie à la vitesse normale de la ligne.) de la circulation thermohaline se traduisant par un réchauffement des eaux de fond océanique, bien visible sur l'enregistrement isotopique.

Des corrélations entre les deux hémisphères

La correspondance (La correspondance est un échange de courrier généralement prolongé sur une longue période. Le terme désigne des échanges de courrier personnels plutôt qu'administratifs.) soulignée dans l'article n'est que temporelle et à ce stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) des connaissances, les liens de causalité entre géodynamique de seuils et intensité du courant circumpolaire Antarctique ne peuvent être démontrées formellement. Mais d'autres coïncidences remarquables étayent l'hypothèse d'un forçage majeur de la tectonique (géodynamique) sur le climat du Cénozoïque.

Ainsi on a remarqué très récemment une correspondance entre les périodes d'abaissement et de surrection du seuil de l'Islande (L’Islande, (en islandais Ísland, littéralement « terre de glace »), est un État insulaire de l’océan Atlantique Nord, situé entre le...), à 34 Ma et 26 Ma respectivement, et deux accidents de la courbe isotopique de l'oxygène. Les mouvements verticaux de la lithosphère (La lithosphère (littéralement, la « sphère de pierre ») est la partie superficielle et rigide du matériau dont sont faits les astres telluriques, dont...) dus à l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) du Point (Graphie) chaud de l'Islande auraient favorisé respectivement l'introduction puis la rétention des eaux froides atlantiques polaires dans la circulation thermohaline.

Le premier événement, à 34 Ma, coïncide avec l'ouverture des passages de l'hémisphère sud (L'hémisphère sud ou hémisphère austral est la moitié du globe terrestre qui s'étend entre l'équateur et le pôle Sud. En astronomie, ce terme désigne la partie du ciel située au sud de...) et donc avec la mise en route du courant circumpolaire Antarctique. Le second vers 26 Ma coïncide avec la constriction du Passage de Drake. Il est possible donc que les effets des fluctuations du passage de Drake aient pu être amplifiées à distance de façon totalement indépendante.

Les auteurs (Lagabrielle et coll.) concluent que des évènements géodynamiques non liés, affectant les deux hémisphères nord et sud de façon synchrone, pourraient avoir conjugué (En mathématiques, le conjugué d'un nombre complexe z est le nombre complexe formé de la même partie réelle que z mais de partie imaginaire opposée.) leurs effets pour expliquer quelques très grandes étapes de l'évolution du climat global du Cénozoïque. Pour confirmer cette hypothèse, il faut maintenant compiler avec plus de précision les datations des événements géodynamiques mondiaux d'un côté et les variations des indicateurs paléoclimatiques de l'autre, pour en sortir des corrélations significatives et pour tenter d'établir des liens de causalité. La modélisation numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information dite...) des climats sera essentielle dans cette démarche .

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Source: CNRS / INSU
Illustrations:© Lagabrielle et al. EPSL 2009
 
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