Théorie astronomique des paléoclimats - Définition et Explications

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Introduction

La théorie astronomique des paléoclimats est un modèle utilisé en sciences de la Terre pour expliquer le caractère cyclique des variations générales du climat au cours des temps géologiques. Cette théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) explique que l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) radiative reçue par la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) en provenance de l'espace — essentiellement par le Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) — est quantitativement affectée de variations à long terme, corrélées à celles de son orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) et de ses paramètres de rotation. Ces variations sont en outre périodiques et influencent le climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une...) selon un motif cyclique (alternance de périodes glaciaires et interglaciaires, notamment). Il est possible d'en retrouver une trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le...) dans les roches sédimentaires. La théorie astronomique des paléoclimats (La théorie astronomique des paléoclimats est un modèle utilisé en sciences de...) est l'explication classique des phénomènes de (dé)glaciation au Quaternaire, mais trouve également des applications pour des périodes plus anciennes de l'échelle des temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) géologiques.

Éléments généraux — Cas de la Terre

Le climat terrestre est largement influencé par l'intensité de l'insolation en provenance de l'espace, intensité mesurée comme un flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) énergétique (W.m − 2). Pour l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo...), qui réside sur Terre, l'insolation connaît des variations en fonction des saisons (cycles annuels, entre été et hiver), mais aussi en fonction de la latitude (La latitude est une valeur angulaire, expression du positionnement nord-sud d'un point sur Terre...) (gradient de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) des pôles à l'équateur). La théorie astronomique des paléoclimats stipule (En botanique, les stipules sont des pièces foliaires, au nombre de deux, en forme de feuilles...) qu'il existe un forçage astronomique de ces variations sur le très long terme, en raison d'évolutions cycliques ou quasi-cycliques de la configuration des corps célestes — les objets concernés étant principalement le Soleil, la Terre et les planètes géantes.

Les principaux paramètres influençant l'insolation de la Terre et responsables de ce forçage du climat sont :

  • l'excentricité (Cet article décrit l'excentricité en mathématiques et en psychologie.) de l'orbite terrestre ;
  • l'inclinaison (En mécanique céleste, l'inclinaison est un élément orbital d'un corps en orbite autour d'un...) de l'axe de rotation de la planète ;
  • la précession (La précession est le nom donné au changement graduel d'orientation de l'axe de rotation d'un...) climatique.

Ces paramètres connaissent des évolutions à caractère périodique : on parle de cycles de Milankovitch. À une configuration astronomique donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire,...) correspond un niveau d'insolation donné, c'est-à-dire un flux énergétique dont la valeur est modifiée par des rétroactions, positives ou négatives, prenant place à l'intérieur du système climatique terrestre (en particulier, du fait des interactions entre atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) et hydrosphère : albédo (L'albédo est le rapport de l'énergie solaire réfléchie par une surface sur l'énergie solaire...) terrestre, action des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie...), absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...) par les nuages, réflexion par la végétation (La végétation est l'ensemble des plantes (la flore) sauvages ou cultivées qui...), etc.)

Ces rétroactions sont à l'origine de tendances climatiques (au refroidissement ou au réchauffement) dont le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) est notamment enregistré dans les sédiments, au travers d'indicateurs climatiques. De ce fait, la théorie du forçage astronomique des paléoclimats est à la base de la cyclostratigraphie (La cyclostratigraphie est une méthode particulière de stratigraphie, discipline des...) et intervient également en climatologie. Initialement développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de...) pour apporter une réponse quantitative aux problèmes des alternances glaciaires-interglaciaires au Quaternaire, elle tend à être généralisée pour les temps plus anciens néanmoins accessibles à travers un enregistrement stratigraphique complet, i.e. jusqu'à la limite avec le Précambrien. Les difficultés rencontrées sont de plusieurs types : l'absence de séries sédimentaires sur lesquelles travailler ; la nécessité de dissocier ce qui est de l'ordre du forçage astronomique, des rétroactions, et ce dans des contextes climatiques différents de l'actuel (atmosphère réductrice, etc. donc rétroactions éventuelles différentes) ; l'imprécision et l'incertitude sur les valeurs des périodes des paramètres de Milankovitch au-delà de quelques dizaines de millions d'années (évolution chaotique du système solaire).

Il n'y a de fait pas de consensus sur l'application de la théorie astronomique des paléoclimats au-delà d'une limite qui correspond grosso modo au Tertiaire. Il est possible que pour les temps plus anciens, le climat ait été paramétré à la fois par un contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) orbital (l'insolation a toujours varié puisque les planètes et le Soleil ont toujours été mobiles en termes relatifs et absolus), mais aussi par la tectonique (La tectonique (du grec « τ?κτων » ou « tekt?n »...) (répartition des masses continentales, des courants océaniques...).

En accord avec la théorie d'un forçage astronomique du climat, des modèles climatiques sont proposés afin d'étudier les interactions entre ce forçage et les rétroactions. Contrairement aux premières hypothèses, l'évolution climatique sous contrôle orbital n'est pas progressive, mais connaît des phases de transition plus ou moins abrupte. L'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) de différents mécanismes régulateurs ou amplificateurs semblent engendrer un comportement de « seuils. » À ces premiers éléments de complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par...) s'ajoutent la multiplication (La multiplication est l'une des quatre opérations de l'arithmétique élémentaire...) des facteurs à prendre en compte pour affiner les modèles, de petites variations pouvant résulter en de grandes variations à ne pas négliger, du fait des rétroactions.

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