Des glaces en Antarctique. © shutterstock

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Les dernières glaciations ont-elles été provoquées par un changement de l'axe de rotation ?

Actualité

Les modifications des mouvements de la Terre peuvent influer sur l'occurrence de glaciations. Celles apparues au quaternaire seraient favorisées par un mouvement de dérive de la position des pôles à la surface de la Terre depuis environ 12 millions d'années.

Nous savons qu’il existe des périodes glaciaires sur Terre depuis plusieurs milliards d’années, par exemple celle de Pongola ou la glaciation huronienne qui aurait duré 300 millions d’années environ. Celle du Cryogénien fut certainement spectaculaire et nous nous demandons même si toute la Terre, ou peu s’en faut, n’était pas couverte par les glaces il y a entre 730 et 635 millions d’années. Mais les glaciations les plus célèbres sont certainement celles du quaternaire car elles étaient contemporaines de l’Homme.

Les causes de l’existence de ces périodes glaciaires, et celles qui y ont mis fin, sont complexes, subtiles et parfois controversées pour certaines d’entre elles. La raison en est que le climat est une chose complexe qui dépend de l’étendue et de la position des continents sur Terre, des océans avec leurs courants et aussi la composition de l’atmosphère. Un volcanisme intense peut, par exemple, provoquer un effet de serre en injectant massivement et rapidement à l’échelle géologique du CO2 dans l’atmosphère.

Toutefois, en ce qui concerne les glaciations survenues sur Terre depuis quelques millions d’années, il se trouve que, depuis les années 1970, des campagnes de forages géologiques n’ont cessé de fournir des carottes de roches sédimentaires où l'on a pu découvrir que les sédiments enregistraient des variations cycliques dans le climat de la Terre, en relation avec ce que l'on appelle les cycles de Milankovitch. La théorie de ces cycles est basée sur des modifications périodiques de l'excentricité de l'orbite de la Terre et de l'obliquité de son axe de rotation. Ils ont été découverts entre 1920 et 1941 par le calcul du mathématicien, géophysicien, astronome et climatologue d'origine serbe Milutin Milankovitch.

Ces modifications sont causées par l'attraction gravitationnelle des autres planètes du Système solaire, en particulier Jupiter et Saturne, du fait de leurs masses importantes, mais aussi Vénus de par sa proximité. Comme excentricité et obliquité gouvernent l'insolation et les saisons sur Terre, ces modifications changent le climat.

Une présentation de la théorie des cycles de Milankovitch. © L'Esprit Sorcier Officiel

Mais attention, il y a un point subtil à bien comprendre dans cette histoire. Les variations des paramètres des mouvements de la Terre ne font que très peu changer la quantité d’énergie reçue de la Terre par le Soleil, et ce n’est donc pas à ce niveau que se trouve l’origine des glaciations. Le mécanisme mis en jeu combine la localisation des masses continentales vers le pôle de rotation de la Terre, l’effet d’albédo d’une couverture glaciaire et une certaine modification de l’insolation des régions proches des pôles.

Concrètement, il faut que des glaces de ces régions se mettent à moins fondre en été pour qu'une surface importante réfléchissant les rayons du Soleil soit présente, ce qui va refroidir le climat légèrement. Des masses d’air humide issues d’un océan encore chaud font alors provoquer des chutes de neige. Le mécanisme de refroidissement avec augmentation de l’albédo – donc de la capacité des surfaces de la Terre à réfléchir le rayonnement du Soleil – peut alors s’emballer en entrant dans un cercle vicieux.

Des périodes glaciaires rendues possibles par la dérive des pôles

C’est ce mécanisme qui est à l’origine des glaciations du quaternaire et qui contient en germe les raisons pour lesquelles nous avons beaucoup moins de traces de glaciations pendant l’ère tertiaire. On peut déjà remarquer en effet que du fait de la tectonique des plaques, les continents, les océans et leurs courants, et même les chaînes de montagnes étaient alors différents.

Une carte de la topographie des fonds marins de l'océan Pacifique montre bien la chaîne de volcans formée par la remontée de panaches de matière chaude dans le manteau en dessous de la plaque Pacifique, en mouvement au cours des millions d'années. Le dernier volcan est à Hawaï. © National Geophysical Data Center/USGS

En ayant ces considérations à l’esprit, on comprend mieux le contenu d’un article récemment publié dans Geophysical Research Letters par deux spécialistes états-uniens en géosciences de l’université de Rice. Ils avancent qu’un évènement s’est produit vers la fin du tertiaire, modifiant la position de l’axe de la Terre par rapport à sa surface. Au final, il s’est rapproché du Groenland ou ce qui revient au même, l’Amérique du Nord s’est retrouvée, comme le reste des continents de l’hémisphère Nord, plus proche du pôle. Cela a conduit à moins d’insolation dans ces régions.

Pour aboutir à ces conclusions, il faut se rappeler que la Terre a des archives magnétiques au fond des océans qui peuvent être datées en échantillonnant les sédiments. Ces archives sont des laves qui en se refroidissant gardent le sens, l’intensité et l’inclinaison du champ magnétique local. On peut en déduire la latitude passée du lieu, le sens du champ magnétique global et la position des pôles magnétiques, dont on sait, du fait de la théorie de la géodynamo, qu’ils doivent être proches des pôles géographiques.

La science du paléomagnétisme permet donc d’étudier les mouvements passés des continents ainsi que l’ouverture et la fermeture des océans. Dans le cas présent, les chercheurs se sont appuyés aussi sur la chaîne des volcans associés aux îles Hawaï.

Nous savons qu’il existe des points chauds sur Terre et que les panaches de matière chaude dans le manteau en convection de notre planète, qui en sont la cause, sont relativement fixes les uns par rapport aux autres et qu’ils peuvent servir de référentiel pour décrire les mouvements passés des plaques tectoniques. Le chapelet de volcans du point chaud d’Hawaï peut donc aider à retracer les mouvements, non seulement de ces plaques mais aussi des pôles magnétiques et in fine des pôles géographiques.

C’est donc en combinant les informations magnétiques et tectoniques que l’on arrive à la conclusion qu’il y a bien eu une dérive conséquente des pôles depuis plusieurs dizaines de millions d’années. Ce n’est pas la première fois que l’on arrive à la conclusion qu’un tel phénomène se produit épisodiquement.

Pourquoi une telle dérive ? La mécanique des corps en rotation fournit une explication. En l’absence de perturbations externes fortes sur la Terre, il faut que son moment d’inertie ait changé, c’est-à-dire une modification de la répartition et de la densité des masses de la Terre. C’est ce qui a dû se produire avec les caractéristiques d’au moins un des panaches d’un point chaud.

Selon les chercheurs, cette dérive des pôles aurait commencé voilà 12 millions d’années environ. Le changement total de l’orientation de l’axe n’aurait été que de trois degrés environ mais, en combinaison avec l’influence des mouvements découverts par Milankovitch, cela aurait produit la succession de glaciations observées depuis environ 3,2 millions d’années.

 

  • L'occurrence de périodes glaciaires sur Terre ne repose pas seulement sur des modifications de ses mouvements selon les cycles de Milankovitch. La répartition des continents et des océans joue aussi un rôle et pas seulement des modifications de l'orbite de la Terre et de son axe de rotation.
  • Les glaciations du quaternaire (nous en observons bien moins au tertiaire) auraient été favorisées par une dérive des pôles débutée il y a 12 millions d'années. L'axe de rotation de la Terre se serait rapproché de l'Amérique du Nord et du Groenland de quelques degrés.
  • Cette dérive des pôles a dû être provoquée par des changements dans la répartition et la densité du manteau en convection avec des points chauds.
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