Pendant longtemps, le climat de la Terre a fluctué pour dix raisons différentes, notamment les oscillations orbitales, les changements tectoniques, les changements évolutifs et d'autres facteurs. Ils ont plongé la planète soit dans les périodes glaciaires, soit dans la chaleur tropicale. Comment sont-ils liés au changement climatique anthropique contemporain?
Tout au long de son histoire, la Terre a réussi à être une boule de neige et une serre. Et si le climat a changé avant l'apparition de l'homme, alors comment savons-nous que c'est nous qui sommes responsables du réchauffement brutal que nous observons aujourd'hui?
En partie parce que nous pouvons établir une relation causale claire entre les émissions anthropiques de dioxyde de carbone et une augmentation de 1,28 degré Celsius de la température mondiale (qui, incidemment, se poursuit) au cours de l'ère préindustrielle. Les molécules de dioxyde de carbone absorbent le rayonnement infrarouge, de sorte que leur quantité dans l'atmosphère augmente, elles retiennent plus de chaleur, qui s'évapore de la surface de la planète.
Dans le même temps, les paléoclimatologues ont fait de grands progrès dans la compréhension des processus qui ont conduit au changement climatique dans le passé. Voici dix cas de changement climatique naturel - par rapport à la situation actuelle.
Cycles solaires
Échelle: refroidissement de 0,1-0,3 degrés Celsius
Chronologie: déclins périodiques de l'activité solaire allant de 30 à 160 ans, séparés par plusieurs siècles
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Tous les 11 ans, le champ magnétique solaire change et s'accompagne de cycles de 11 ans d'éclaircissement et de gradation. Mais ces fluctuations sont faibles et n'affectent que de manière insignifiante le climat de la Terre.
Les «grands minima solaires», périodes de dix ans de diminution de l'activité solaire qui se sont produites 25 fois au cours des 11 000 dernières années, sont beaucoup plus importants. Un exemple récent, le minimum de Maunder, s'est produit entre 16 h 45 et 17 h 15 et a fait chuter l'énergie solaire de 0,04% à 0,08% en dessous de la moyenne actuelle. Pendant longtemps, les scientifiques ont cru que le minimum de Maunder aurait pu provoquer le «petit âge glaciaire», une vague de froid qui a duré du 15ème au 19ème siècle. Mais il est apparu depuis que c'était trop bref et que c'était arrivé au mauvais moment. Le refroidissement a probablement été causé par l'activité volcanique.
Depuis un demi-siècle, le Soleil s'assombrit légèrement et la Terre se réchauffe, et il est impossible d'associer le réchauffement climatique à un corps céleste.
Soufre volcanique
Echelle: 0,6 - 2 degrés de refroidissement Celsius
Durée: de 1 à 20 ans
En 539 ou 540 après J.-C. e. il y a eu une éruption si puissante du volcan Ilopango au Salvador que son panache a atteint la stratosphère. Par la suite, des étés froids, la sécheresse, la famine et la peste ont dévasté les établissements du monde entier.
Les éruptions à l'échelle d'Ilopango projettent des gouttelettes réfléchissantes d'acide sulfurique dans la stratosphère, qui filtrent la lumière du soleil et refroidissent le climat. En conséquence, la glace de mer s'accumule, davantage de lumière solaire est réfléchie dans l'espace et le refroidissement global s'aggrave de plus en plus.
Suite à l'éruption d'Ilopango, la température mondiale a chuté de 2 degrés en 20 ans. Déjà à notre époque, l'éruption du mont Pinatubo aux Philippines en 1991 a refroidi le climat mondial de 0,6 degré pendant 15 mois.
Le soufre volcanique dans la stratosphère peut être dévastateur, mais à l'échelle de l'histoire de la Terre, son effet est minime et également transitoire.
Fluctuations climatiques à court terme
Échelle: jusqu'à 0,15 degrés Celsius
Délai: de 2 à 7 ans
En plus des conditions météorologiques saisonnières, il existe d'autres cycles à court terme qui affectent également les précipitations et la température. Le plus important d'entre eux, El Niño ou Oscillation australe, est un changement périodique de la circulation dans l'océan Pacifique tropical sur une période de deux à sept ans qui affecte les précipitations en Amérique du Nord. L'oscillation nord-atlantique et le dipôle de l'océan Indien ont un fort impact régional. Les deux interagissent avec El Niño.
L'interrelation de ces cycles pendant longtemps a empêché la preuve que le changement anthropique est statistiquement significatif, et pas simplement un autre saut dans la variabilité naturelle. Mais depuis lors, le changement climatique anthropique est allé bien au-delà de la variabilité naturelle du temps et des températures saisonnières. L'évaluation nationale du climat des États-Unis de 2017 a conclu qu '"il n'y a aucune preuve concluante à partir des données d'observation qui pourrait expliquer le changement climatique observé par les cycles naturels."
Vibrations orbitales
Échelle: environ 6 degrés Celsius au cours du dernier cycle de 100 000 ans; varie avec le temps géologique
Calendrier: cycles réguliers se chevauchant de 23 000, 41 000, 100 000, 405 000 et 2 400 000 ans
L'orbite de la Terre fluctue lorsque le Soleil, la Lune et d'autres planètes changent de position relative. En raison de ces fluctuations cycliques, les soi-disant cycles de Milankovitch, la quantité de lumière solaire fluctue de 25% aux latitudes moyennes et les changements climatiques. Ces cycles ont fonctionné tout au long de l'histoire, créant des couches alternées de sédiments que l'on peut voir dans les roches et les excavations.
Pendant l'ère du Pléistocène, qui s'est terminée il y a environ 11700 ans, les cycles de Milankovitch ont envoyé la planète dans l'une de ses périodes glaciaires. Lorsque le déplacement de l'orbite de la Terre a rendu les étés nordiques plus chauds que la moyenne, d'énormes calottes glaciaires en Amérique du Nord, en Europe et en Asie ont fondu; lorsque l'orbite s'est à nouveau déplacée et que les étés sont redevenus plus froids, ces boucliers ont repoussé. Comme l'océan chaud dissout moins de dioxyde de carbone, le contenu atmosphérique a augmenté et diminué à l'unisson avec les oscillations orbitales, amplifiant leur effet.
Aujourd'hui, la Terre se rapproche d'un autre minimum de lumière solaire du Nord, donc sans émissions anthropiques de dioxyde de carbone, nous entrerions dans une nouvelle ère glaciaire dans les 1500 prochaines années.
Soleil jeune et faible
Echelle: pas d'effet cumulatif de température
Chronologie: permanente
Malgré des fluctuations à court terme, la luminosité du soleil dans son ensemble augmente de 0,009% par million d'années, et depuis la naissance du système solaire il y a 4,5 milliards d'années, elle a augmenté de 48%.
Les scientifiques pensent que la faiblesse du jeune soleil devrait entraîner le fait que la Terre est restée gelée pendant toute la première moitié de son existence. Dans le même temps, paradoxalement, les géologues ont découvert des pierres vieilles de 3,4 milliards d'années formées dans l'eau avec des vagues. Le climat étonnamment chaud de la Terre primitive semble être dû à une combinaison de facteurs: moins d'érosion des terres, un ciel plus clair, des journées plus courtes et une composition particulière de l'atmosphère avant que la Terre n'ait une atmosphère riche en oxygène.
Les conditions favorables dans la seconde moitié de l'existence de la Terre, malgré l'augmentation de la luminosité du soleil, ne conduisent pas à un paradoxe: le thermostat d'altération de la Terre contrecarre les effets de la lumière solaire supplémentaire, stabilisant la Terre.
Thermostat au dioxyde de carbone et aux intempéries
Échelle: contrecarre les autres changements
Chronologie: 100 000 ans ou plus
Le principal régulateur du climat de la Terre a longtemps été le niveau de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, puisque le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre persistant qui bloque la chaleur, l'empêchant de s'élever de la surface de la planète.
Les volcans, les roches métamorphiques et l'oxydation du carbone dans les sédiments érodés émettent tous du dioxyde de carbone dans le ciel, et les réactions chimiques avec les roches silicatées éliminent le dioxyde de carbone de l'atmosphère, formant du calcaire. L'équilibre entre ces processus fonctionne comme un thermostat, car lorsque le climat se réchauffe, les réactions chimiques sont plus efficaces pour éliminer le dioxyde de carbone, inhibant ainsi le réchauffement. Lorsque le climat se refroidit, l'efficacité des réactions diminue au contraire, ce qui facilite le refroidissement. Par conséquent, sur une longue période, le climat de la Terre est resté relativement stable, offrant un environnement habitable. En particulier, les niveaux moyens de dioxyde de carbone ont régulièrement diminué en raison de la luminosité croissante du Soleil.
Cependant, il faut des centaines de millions d'années pour que le thermostat de vieillissement réagisse à la poussée de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Les océans de la Terre absorbent et éliminent plus rapidement l'excès de carbone, mais même ce processus prend des millénaires - et peut être arrêté, avec le risque d'acidification des océans. Chaque année, la combustion de combustibles fossiles émet environ 100 fois plus de dioxyde de carbone que les volcans en éruption - les océans et les intempéries échouent - le climat se réchauffe et les océans s'oxydent.
Changements tectoniques
Échelle: environ 30 degrés Celsius au cours des 500 derniers millions d'années
Chronologie: des millions d'années
Le mouvement des masses terrestres de la croûte terrestre peut déplacer lentement le thermostat de vieillissement vers une nouvelle position.
Au cours des 50 derniers millions d'années, la planète s'est refroidie, des collisions de plaques tectoniques poussant des roches chimiquement réactives comme le basalte et les cendres volcaniques dans les tropiques chauds et humides, augmentant le taux de réactions qui attirent le dioxyde de carbone du ciel. De plus, au cours des 20 derniers millions d'années, avec la montée de l'Himalaya, des Andes, des Alpes et d'autres montagnes, le taux d'érosion a plus que doublé, conduisant à une accélération des intempéries. Un autre facteur qui a accéléré la tendance au refroidissement a été la séparation de l'Amérique du Sud et de la Tasmanie de l'Antarctique il y a 35,7 millions d'années. Un nouveau courant océanique s'est formé autour de l'Antarctique et a intensifié la circulation de l'eau et du plancton, qui consomme du dioxyde de carbone. En conséquence, les calottes glaciaires de l'Antarctique se sont considérablement développées.
Auparavant, pendant les périodes jurassique et crétacé, les dinosaures parcouraient l'Antarctique, car sans ces chaînes de montagnes, l'activité volcanique accrue maintenait le dioxyde de carbone à des niveaux de l'ordre de 1000 parties par million (contre 415 aujourd'hui). La température moyenne dans ce monde sans glace était de 5 à 9 degrés Celsius plus élevée qu'elle ne l'est maintenant, et le niveau de la mer était de 75 mètres plus haut.
Chutes d'astéroïdes (Chikshulub)
Échelle: d'abord refroidissement d'environ 20 degrés Celsius, puis réchauffement de 5 degrés Celsius
Chronologie: des siècles de refroidissement, 100 000 ans de réchauffement
La base de données des impacts d'astéroïdes sur la Terre contient 190 cratères. Aucun d'entre eux n'a eu d'effet notable sur le climat de la Terre, à l'exception de l'astéroïde Chikshulub, qui a détruit une partie du Mexique et tué les dinosaures il y a 66 millions d'années. Des simulations informatiques montrent que Chikshulub a jeté suffisamment de poussière et de soufre dans la haute atmosphère pour éclipser la lumière du soleil et refroidir la Terre de plus de 20 degrés Celsius, ainsi qu'acidifier les océans. Il a fallu des siècles à la planète pour revenir à sa température antérieure, mais elle s'est ensuite réchauffée de 5 degrés supplémentaires en raison de la pénétration de dioxyde de carbone du calcaire mexicain détruit dans l'atmosphère.
Comment l'activité volcanique en Inde a affecté le changement climatique et l'extinction massive reste controversée.
Changements évolutifs
Échelle: dépendante de l'événement, refroidissement d'environ 5 degrés Celsius à la fin de la période de l'Ordovicien (il y a 445 millions d'années)
Chronologie: des millions d'années
Parfois, l'évolution de nouvelles espèces de vie réinitialisera le thermostat de la Terre. Ainsi, les cyanobactéries photosynthétiques, apparues il y a environ 3 milliards d'années, ont lancé le processus de terraformation, libérant de l'oxygène. À mesure qu'ils se propagent, l'oxygène dans l'atmosphère a augmenté il y a 2,4 milliards d'années, tandis que les niveaux de méthane et de dioxyde de carbone ont fortement chuté. Au cours de 200 millions d'années, la Terre s'est transformée à plusieurs reprises en "boule de neige". Il y a 717 millions d'années, l'évolution de la vie océanique, plus grande que les microbes, a déclenché une autre série de «boules de neige» - dans ce cas, parce que les organismes ont commencé à libérer des détritus dans les profondeurs de l'océan, en prenant le carbone de l'atmosphère et en le cachant en profondeur.
Lorsque les premières plantes terrestres sont apparues environ 230 millions d'années plus tard au cours de la période ordovicienne, elles ont commencé à former la biosphère terrestre, enterrant le carbone sur les continents et extrayant les nutriments de la terre - elles se sont déversées dans les océans et y ont également stimulé la vie. Ces changements semblent avoir conduit à l'ère glaciaire, qui a commencé il y a environ 445 millions d'années. Plus tard, au cours de la période dévonienne, l'évolution des arbres, associée à la construction de montagnes, a encore réduit les niveaux et les températures de dioxyde de carbone, et l'ère glaciaire paléozoïque a commencé.
Grandes provinces ignées
Échelle: réchauffement de 3 à 9 degrés Celsius
Chronologie: des centaines de milliers d'années
Les inondations continentales de lave et de magma souterrain - les soi-disant grandes provinces ignées - ont entraîné plus d'une extinction massive. Ces événements horribles ont déclenché un arsenal de tueurs sur Terre (y compris les pluies acides, le brouillard acide, l'empoisonnement au mercure et l'appauvrissement de la couche d'ozone), et ont également conduit à un réchauffement de la planète, libérant d'énormes quantités de méthane et de dioxyde de carbone dans l'atmosphère - plus rapidement qu'ils ne le pourraient. gérer les intempéries du thermostat.
Lors de la catastrophe de Perm il y a 252 millions d'années, qui a détruit 81% des espèces marines, le magma souterrain a mis le feu au charbon sibérien, a élevé la teneur en dioxyde de carbone dans l'atmosphère à 8000 parties par million et a réchauffé la température de 5 à 9 degrés Celsius. Le maximum thermique paléocène-éocène, un événement plus petit il y a 56 millions d'années, a créé du méthane dans les champs pétrolifères de l'Atlantique Nord et l'a envoyé vers le ciel, réchauffant la planète de 5 degrés Celsius et acidifiant l'océan. Plus tard, des palmiers ont poussé sur les côtes de l'Arctique et des alligators se sont prélassés. Des émissions similaires de carbone fossile se sont produites à la fin du Trias et au début du Jurassique - et ont abouti au réchauffement climatique, aux zones mortes et à l'acidification des océans.
Si tout cela vous semble familier, c'est parce que les activités anthropiques d'aujourd'hui ont des conséquences similaires.
Comme un groupe de chercheurs sur l'extinction du Trias-Jurassique l'a noté en avril dans la revue Nature Communications: "Nous estimons que la quantité de dioxyde de carbone émise dans l'atmosphère par chaque impulsion de magma à la fin du Trias est comparable aux émissions anthropiques prévues pour le 21e siècle."
