Théorie astronomique des paléoclimats - Définition

Ailleurs que sur Terre

Les cycles de Milankovitch s'appliquant aux autres planètes du système solaire, la possibilité d'un forçage astronomique du climat n'est pas à écarter. Plusieurs difficultés majeures sont toutefois à surmonter :

• il faut déterminer des solutions astrophysiques aux paramètres de Milankovitch en tenant compte de l'évolution chaotique des orbites ;
• il faut collecter des données permettant d'utiliser un indicateur quelconque, afin de pouvoir vérifier l'existence d'une corrélation entre cycles et climat ;
• il faut construire un modèle climatique général pour examiner la validité des éventuels résultats.

Mars

Parmi les planètes proches étudiées, Mars est celle ayant reçu le plus d'attention à ce jour. L'insolation martienne est tributaire des mêmes paramètres que sur Terre, mais les périodes et perturbations en jeux sont largement différents. L'obliquité moyenne martienne est très comparable à celle de la Terre : 25,2° et 23,3° respectivement. Toutefois, ces valeurs proches ne résultent pas de la même dynamique. Sur Terre, le couple Lune-Terre maintient l'obliquité dans une fourchette de valeurs restreinte, avec une amplitude d'un degré et demi seulement. L'obliquité martienne connaît par contre une évolution chaotique et n'est par conséquent calculable avec une marge d'erreur acceptable que pour quelques millions d'années seulement dans le passé. Parmi les facteurs influençant l'obliquité figure la variation de l'inclinaison du plan orbital de Mars (le plan orbital terrestre, ou « plan de l'écliptique », connaît également des variations angulaires).

Il s'avère que la gamme de valeurs prises par l'obliquité et la précession martiennes aboutit à des phases de résonance orbitale, pendant lesquelles la valeur de la précession climatique est égale à la vitesse d'évolution angulaire du plan de l'orbite. Ces phases amplifient les variations de l'obliquité, ce qui aboutit à son évolution chaotique par « saut » de valeurs. De ce fait, Mars connaît plusieurs régimes orbitaux (excentricité forte et faible avec transition rapide), une situation originale par rapport à la Terre, relativement stabilisée. Dans ces conditions, quel modèle de forçage climatique éventuel peut être proposé pour Mars ?

La mission Mars Surveyor 98 de la NASA a donné accès à des données géologiques minimales sur la calotte glaciaire au pôle sud. Les photographies montrent, aux abords de crevasses, des empilements stratifiés interprétés comme l'étagement de dépôts successifs de glace. En utilisant la méthodologie développée en cyclostratigraphie, des résultats ont été obtenus, à condition de postuler l'existence effective d'un forçage climatique — sans quoi il était évidemment illusoire d'espérer mettre à jour une corrélation entre climat et cycles de Milankovitch martiens. Les indicateurs utilisés étaient la luminosité des strates et leur altimétrie. Les biais, classiques mais importants, étaient la constance du taux d'accumulation, l'absence de hiatus d'érosion et de non dépôt, etc. L'analyse spectrale des données ainsi échantillonnées établit une bonne corrélation pour l'obliquité et la précession climatique, avec un taux moyen d'accumulation de la glace égal à environ 0,5 mm par an. Cette corrélation est donc l'indice de l'existence effective d'un forçage astronomique du climat marsien, pour les quelques dizaines de millions d'années passées.

Des recherches plus poussées, assistées d'un modèle climatique général relativement simplificateur, montrent l'existence probable de tendances climatiques de long terme : en régime de forte obliquité, la glace s'accumule dans quelques régions équatoriales isolées ; en régime de faible obliquité, ces calottes fondent et la glace s'accumule aux hautes latitudes sud et nord, de façon généralisée. On retrouve alors une dynamique pseudo-glaciaire-interglaciaire par analogie à la Terre. En fait, ces phases sont plus marquées sur Mars et pourraient expliquer pourquoi d'immenses étendues du sous-sol martien aux hautes latitudes est constitué d'un mélange de glace et de régolithe dans des proportions étonnantes. Globalement, ces résultats, bien qu'imprécis et tributaires de postulats forts, sont compatibles avec les données et hypothèses géologiques et chimiques issues des missions spatiales successives.