L’histoire de la glace sur Terre

Par Michael Marshall

Des humains primitifs, vêtus de peaux d’animaux, parcourant de vastes étendues de glace dans une quête désespérée de nourriture. C’est l’image qui nous vient à l’esprit lorsque la plupart d’entre nous pensent à une période glaciaire.

Mais en fait, il y a eu de nombreuses périodes glaciaires, la plupart bien avant que les humains ne fassent leur première apparition. Et l’image familière d’une période glaciaire est celle d’une période comparativement douce&colon ; d’autres ont été si sévères que la Terre entière a gelé, pendant des dizaines voire des centaines de millions d’années.

En fait, la planète semble avoir trois principaux milieux&colon ; la « serre », lorsque les températures tropicales s’étendent jusqu’aux pôles et qu’il n’y a pas du tout de couche de glace ; la « glacière », lorsqu’il y a un peu de glace permanente, bien que son étendue varie beaucoup ; et la « boule de neige », dans laquelle toute la surface de la planète est gelée.

Pourquoi la glace avance périodiquement – et pourquoi elle se retire à nouveau – est un mystère que les glaciologues commencent tout juste à percer. Voici notre récapitulatif de tous les va-et-vient qu’ils tentent d’expliquer.

La Terre boule de neige

Il y a 2,4 à 2,1 milliards d’années

La glaciation huronienne est la plus ancienne période glaciaire que nous connaissions. La Terre avait un peu plus de 2 milliards d’années et n’abritait que des formes de vie unicellulaires.

Les premiers stades du Huronien, de 2,4 à 2,3 milliards d’années, semblent avoir été particulièrement sévères, la planète entière ayant été gelée lors de la première « Terre boule de neige ». Cela pourrait avoir été déclenché par une accalmie de 250 millions d’années dans l’activité volcanique, ce qui aurait signifié moins de dioxyde de carbone pompé dans l’atmosphère, et un effet de serre réduit.

Gel profond

Il y a 850 à 630 millions d’années

Pendant les 200 millions d’années de la période cryogénienne, la Terre a été plongée dans un froid parmi les plus profonds qu’elle ait jamais connu – et l’émergence d’une vie complexe pourrait en être la cause.

Une théorie veut que la glaciation ait été déclenchée par l’évolution de grandes cellules, et peut-être aussi d’organismes multicellulaires, qui ont coulé au fond de la mer après être morts. Cela aurait aspiré le CO2 de l’atmosphère, affaiblissant l’effet de serre et faisant ainsi baisser les températures mondiales.

Il semble y avoir eu deux périodes glaciaires cryogéniennes distinctes&colon ; la glaciation dite de Sturtian entre 750 et 700 millions d’années, suivie de la glaciation de Varanger (ou Marinoan), il y a 660 à 635 millions d’années. Certains éléments indiquent que la Terre s’est transformée en boule de neige à certains moments de ces grands gels, mais les chercheurs tentent encore de déterminer ce qui s’est passé exactement.

Extinction massive

460 à 430 millions d’années

À cheval entre la fin de l’Ordovicien et le début du Silurien, l’ère glaciaire andino-saharienne a été marquée par une extinction massive, la deuxième plus grave de l’histoire de la Terre.

La disparition n’a été dépassée que par la gargantuesque extinction permienne, il y a 250 millions d’années. Mais à mesure que l’écosystème s’est rétabli après le gel, il s’est développé, les plantes terrestres devenant courantes au cours de la période silurienne. Et ces plantes pourraient avoir provoqué la grande période glaciaire suivante.

Les plantes envahissent la terre

Il y a 360 à 260 millions d’années

Comme la glaciation cryogénienne, la période glaciaire du Karoo a connu deux pics de couverture glaciaire qui pourraient bien avoir été des périodes glaciaires distinctes. Ils ont eu lieu au Mississipien, il y a 359 à 318 millions d’années, puis au Pennsylvanien, il y a 318 à 299 millions d’années.

Ces périodes glaciaires pourraient être le résultat de l’expansion des plantes terrestres qui a suivi le Cryogénien. En se répandant sur la planète, les plantes ont absorbé le CO2 de l’atmosphère et libéré de l’oxygène (PDF). En conséquence, les niveaux de CO2 ont chuté et l’effet de serre s’est affaibli, ce qui a déclenché une période glaciaire.

Il existe certaines preuves que la glace allait et venait dans des cycles réguliers, entraînés par des changements dans l’orbite de la Terre. Si c’est vrai, cela signifierait que l’ère glaciaire du Karoo a fonctionné à peu près de la même manière que l’actuelle.

L’Antarctique gèle

Il y a 14 millions d’années

L’Antarctique n’a pas toujours été un désert gelé. Ce n’est qu’il y a environ 34 millions d’années que les premiers petits glaciers se sont formés au sommet des montagnes de l’Antarctique. Et c’est 20 millions d’années plus tard, lorsque les températures mondiales ont chuté de 8 °C, que la glace des glaciers a gelé sur la roche, et que la calotte glaciaire australe est née.

Cette baisse de température a été déclenchée par la montée de l’Himalaya. En prenant de l’altitude, ils ont été exposés à une altération accrue, ce qui a aspiré le CO2 de l’atmosphère et réduit l’effet de serre.

L’hémisphère nord est resté relativement libre de glace pendant plus longtemps, le Groenland et l’Arctique ne devenant fortement glaciaires que vers 3.2 millions d’années.

Dernière avancée de la glace

2,58 millions d’années

La glaciation quaternaire a commencé il y a seulement quelques millions d’années – et se poursuit encore. Son histoire est donc relativement récente, en termes géologiques, et peut être étudiée de façon beaucoup plus détaillée que celle des autres. Il est évident que les calottes glaciaires sont passées par de multiples étapes de croissance et de retrait au cours du Quaternaire.

Pendant les phases « glaciaires », la température était basse et la glace s’étendait loin des pôles. Pendant les stades « interglaciaires », la température était un peu plus élevée et la glace se retirait. Les périodes brèves et peu concluantes d’avancée de la glace – qui durent généralement moins de 10 000 ans – sont appelées « stadiales » ; à l’inverse, les périodes où la glace s’est retirée, mais seulement brièvement, sont appelées « interstadiales ».

Le principal déclencheur de la glaciation quaternaire a été la baisse continue du taux de CO2 dans l’atmosphère, due à l’altération de l’Himalaya. Cependant, le calendrier des glaciations et des interglaciations a été déterminé par des changements périodiques de l’orbite de la Terre qui modifient la quantité de soleil atteignant les différentes parties de la planète. L’effet de ces petits changements orbitaux a été amplifié par des rétroactions positives, comme les changements dans les niveaux de gaz à effet de serre.

Pendant les deux premiers tiers du Quaternaire, la glace a avancé et reculé à peu près tous les 41 000 ans – le même tempo que les changements dans l’inclinaison de l’axe de la Terre. Il y a environ un million d’années, la glace est passée à un cycle de 100 000 ans pour des raisons qui étaient jusqu’à récemment un mystère. Désormais, des informations plus détaillées sur le calendrier des mouvements de la glace pourraient avoir aidé les glaciologues à trouver une réponse.

Pour compliquer encore les choses, la glace n’avançait et ne reculait pas simultanément dans le monde entier. Souvent, elle commençait à avancer sur un continent, les autres n’étant recouverts que des milliers d’années plus tard, puis s’attardait sur quelques continents plusieurs millénaires après avoir disparu des autres.

Il y a donc eu en réalité de nombreuses glaciations qui se sont chevauchées au cours du Quaternaire, chacune étant nommée séparément&colon ; les complexes de glaciations et d’interglaciations du Bavelien et du Cromérien ; la glaciation de l’Elster ; l’interglaciation du Holstein et la glaciation du Saalien, entre autres.

Entre 130 000 et 114 000 ans, la glace s’est retirée pendant l’interglaciaire Eemien – puis a avancé à nouveau pour créer la glaciation que la plupart des gens connaissent sous le nom de « l’âge de glace ».

Notre âge de glace

110 000 à 12 000 ans

Les températures fraîches du Quaternaire ont peut-être permis à nos cerveaux de devenir beaucoup plus grands que ceux de nos ancêtres hominidés. Bien que cela reste ouvert au débat, il est plausible que la période glaciaire la plus récente ait laissé sa marque sur notre espèce.

Les Néandertaliens, avec qui nous avons partagé la planète jusqu’à juste avant le dernier maximum glaciaire, il y a 20 000 ans, ont peut-être lutté pour survivre alors que la montée et la descente des glaces rongeaient leur habitat – bien que de nombreuses autres explications de leur extinction aient été suggérées. Ce qui ne fait aucun doute, c’est que l’Homo sapiens a survécu et s’est tourné vers l’agriculture peu après le retrait des glaces, ouvrant la voie à l’essor de la civilisation moderne.

Alors que la période glaciaire touchait à sa fin et que les températures commençaient à remonter, il y eut deux ultimes vagues de froid. Tout d’abord, le « Older Dryas » glacial d’il y a 14 700 à 13 400 ans a transformé la majeure partie de l’Europe de la forêt à la toundra, comme l’actuelle Sibérie. Après un bref répit, le « Younger Dryas », entre 12 800 et 11 500 ans, a gelé l’Europe de fond en comble en l’espace de quelques mois – probablement en raison de l’eau de fonte des glaciers en recul qui a stoppé le courant du « tapis roulant » de l’océan Atlantique, bien qu’un impact cométaire ait également été mis en cause.

Il y a douze mille ans, les grandes nappes glaciaires se sont retirées au début du dernier interglaciaire – le Flandrien – permettant aux humains de revenir aux latitudes nord. Cette période a été relativement chaude, et le climat relativement stable, même si elle a été légèrement plus froide que le dernier interglaciaire, l’Eémien, et que le niveau des mers est actuellement inférieur d’au moins 3 mètres – des différences qui sont examinées de près par les chercheurs désireux de comprendre comment notre climat va évoluer.

Mais ce répit de la glace devrait s’avérer de courte durée, du moins en termes géologiques. Indépendamment des effets de l’homme sur le climat, le cycle continuera à tourner, la période de serre chaude prendra un jour fin – et les calottes glaciaires redescendront.

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