Quand la Terre fut une " boule de neige "
Publié par Isabelle le 13/11/2017 à 12:00
Source: CEA
Une collaboration internationale publie dans Science Advances, le 8 novembre 2017, une synthèse sur deux épisodes climatiques au cours desquels la Terre fut couverte de glace et de neige. Cet article dresse le bilan de plus de 35 ans de recherches et de polémiques scientifiques sur le fonctionnement d'une 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 massive des quatre planètes...) "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...)" très éloigné de ce que nous connaissons aujourd'hui.


Cisaillement dans des couches de glace: Lors des épisodes de Terre "Snowball" l'épaisseur des plateformes de glace était telle qu'il existait des fissures profondes et très peu éclairées, qui, de ce fait,  avaient essentiellement un rôle de "cheminée (Une cheminée (lat. caminus) est un conduit vertical aménagé dans un bâtiment, (un véhicule), pour évacuer les gaz et fumées toxiques d'un feu brûlant dans son...)" dans les échanges de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper...) entre l'océan (Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau salée. En fait, il s'agit plutôt d'un volume, dont...) et l'atmosphère plutôt que de procurer de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) par photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et σύνθεσις sýnthesis, composition) est le processus...) aux organismes vivants. © Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient...) Advances DOI 10.1126/sciadv.1600983.

La Terre a connu, au Néoprotérozoïque, deux périodes au cours desquelles elle fut totalement couverte de glace et de neige (Snowball Earth), entre 717 et 659 millions d'années (Ma), puis entre 649 et 635 Ma avant notre ère.
Dès les années 1960, ces épisodes ont été décrits à partir de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire,...) géologiques et glaciologiques par le Britannique Walter Brian Harland. À cette époque cependant, aucun processus connu ne permettait d'expliquer comment la 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...) était sortie rapidement d'une telle glaciation (Une glaciation ou période glaciaire est à la fois une phase paléoclimatique froide et une période géologique de la Terre durant laquelle une part...).
En effet, sous le seul effet de la luminosité solaire (En astrophysique, la luminosité solaire est l'unité de luminosité conventionnellement utilisée pour exprimer la luminosité des étoiles. Elle est égale à celle du Soleil.), le dégel aurait pris des milliards d'années.

À la fin des années 1980, les scientifiques ont proposé un processus de seulement quelques dizaines de millions d'années. Sur une Terre totalement englacée, le CO2 émis par les volcans n'est plus absorbé par les puits de 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.) comme l'océan et la biosphère (La notion de biosphère désigne à la fois un espace et un processus auto-entretenu (jusqu'à ce jour et depuis plus de 3 milliards d'années) sur la planète Terre, et qu'on ne connait que sur...) ; il s'accumule dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) jusqu'à des teneurs très élevées, provoquant un 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...) puissant, suivi d'une débâcle (La débâcle, en météorologie, caractérise la fonte des glaces d'un fleuve ou de la mer.).

Les climatologues du Laboratoire des sciences du climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue...) et de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre une...) (CEA-CNRS-UVSQ, Paris-Saclay), en collaboration avec Yves Godderis, du laboratoire Géosciences Environnement Toulouse, se sont attachés à revisiter les relations entre climat et cycle du carbone pendant ces glaciations.

À travers une dizaine d'articles, ils ont contribué à éclaircir plusieurs points.

- La répartition particulière des continents, essentiellement au niveau des tropiques, a pu favoriser le basculement (Le basculement, dans le domaine de l'astronautique, est l'inclinaison progressive d'un véhicule spatial autour d'un axe quelconque. Le basculement peut être utilisé pour modifier la direction du...) vers une Terre totalement englacée.

- Les relations entre climat et cycle du carbone sur une Terre gelée sont beaucoup plus complexes que dans le modèle initial, en particulier parce qu'en réalité, une partie de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure,...) océanique reste libre de glace et autorise des échanges de CO2 entre les réservoirs atmosphérique et océanique.

- La sortie d'une 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 à travers...) Snowball Earth n'est pas simplement une grande débâcle reliée mécaniquement au dépassement (Un dépassement est le fait de rouler pendant un instant, en général relativement court, à côté d’un autre véhicule à une vitesse supérieure à la sienne dans le but final de le...) d'un seuil de concentration en CO2 dans l'atmosphère. Lorsque les valeurs de CO2 deviennent importantes, les paramètres orbitaux de notre planète entrent en scène. Ils enclenchent une série d'oscillations glaciaires-interglaciaires, analogues aux transitions glaciaires-interglaciaires du quaternaire décrites par Milankovitch (1). Chacune de ces périodes interglaciaires contribue au réchauffement progressif jusqu'à la débâcle.

Alors même que la vie (La vie est le nom donné :) existe depuis 3,7 milliards d'années, le climat terrestre a connu, pendant des millions d'années, des dérégulations majeures qui ont conduit à un fonctionnement de la Terre très différent pendant ces évènements de terre boule de neige par rapport à celui que nous connaissons depuis l'explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de...) cambrienne (540 Ma).

À l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il...) de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) de la vie sur d'autres planètes, il serait intéressant de poursuivre l'étude détaillée de ces épisodes pour documenter les variations de la teneur en oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) dans l'atmosphère au cours des âges et le développement de la vie.

Note:
(1) Les cycles glaciaires-interglaciaires des derniers millions d'années s'expliquent par des variations de l'énergie solaire (L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de manière diffuse à travers l'atmosphère. Sur Terre, l'énergie solaire est à l'origine du cycle de...) reçue au sommet de l'atmosphère sous l'effet de trois paramètres astronomiques: l'excentricité (Cet article décrit l'excentricité en mathématiques et en psychologie.) de l'orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) de la planète, l'obliquité ou inclinaison (En mécanique céleste, l'inclinaison est un élément orbital d'un corps en orbite autour d'un autre. Il décrit l'angle entre le plan de l'orbite et le...) de son axe de rotation par rapport au plan orbital et la précession (La précession est le nom donné au changement graduel d'orientation de l'axe de rotation d'un objet ou, de façon plus générale, d'un vecteur sous l'action de l'environnement, par exemple, dans le cas de l'axe de rotation...) de cet axe.


Références publication:
​Hoffman, P. F., Abbot, D. S., Ashkenazy, Y., Benn, D. I., Brocks, J. J., Cohen, P. A., Cox, G. M., Creveling, J. R., Donnadieu, Y., Erwin, D. H., Fairchild, I. J., Ferreira, D., Goodman, J. C., Halverson, G. P., Jansen, M. F., Le Hir, G.,Love, G. D., Macdonald, F. A., Maloof, A. C., Partin, C. A., Ramstein, G., Rose, B. E. J., Rose, C. V., Sadler, P. M., Tziperman, E., Voigt, A. and Warren, S. G. (2017) Snowball Earth climate dynamics and Cryogenian geology–geobiology. Science Advances. ISSN 2375-2548 DOI 10.1126/sciadv.1600983.
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