La Terre le 9 août 2021 photographiée par le satellite DSCVR, situé à 1,5 million de kilomètres. © Nasa
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La Terre aurait connu plusieurs épisodes d'intenses déluges

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Le passé lointain de la Terre comprend des époques à des températures extrêmement élevées, mais on sait relativement peu de choses sur le comportement de l'atmosphère sous de telles conditions. Grâce à leur modèle atmosphérique, des chercheurs de l'Université d'Harvard ont révélé que durant ces périodes de chaleur extrême, environ 15 °C de plus qu'aujourd'hui, la Terre a pu connaître des cycles de fortes sécheresses suivies d'intenses déluges. Leur étude éclaire sur le passé et l'avenir de notre Planète, mais pourrait également aider à mieux comprendre les climats d'exoplanètes.

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[EN VIDÉO] Les variations du taux de CO2 dans l’atmosphère au fil des mois  Des climatologues de la Nasa ont mis au point un modèle qui montre les variations de taux de dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère au cours d’une année. On y découvre les mouvements de ce gaz à effet de serre dans notre atmosphère après son émission par trois grands pôles dans l’hémisphère nord : l’Amérique du Nord, l’Europe et l’Asie. Et on y observe comment la végétation fait varier les taux de CO2 dans l’atmosphère jusqu’à arriver à un pic au printemps.Pendant l’été de l’hémisphère sud, on observe des émissions marquées de monoxyde de carbone (CO). Venant notamment de feux de forêt en Amérique du Sud, en Afrique et en Australie. (vidéo en anglais) © Nasa, Goddard Space Flight Center 

Aujourd'hui, nous commençons à ressentir les effets dramatiques que même une légère augmentation de la température mondiale pourrait avoir sur le climat global de notre Planète. Actuellement, la température moyenne sur Terre est d'environ 15 °C ; mais imaginons maintenant, comme les auteurs de cette étude, une Terre avec une température moyenne de plus de 30 °C : notre Planète a probablement connu ces températures à divers moments dans son passé lointain, et les connaîtra encore dans quelques centaines de millions d'années, au fur et à mesure que la luminosité du Soleil continuera de croître.

Des cycles de fortes sécheresses suivies de fortes tempêtes

On ne sait que peu de choses sur le comportement de l'atmosphère et du climat terrestres au cours de ces périodes d'extrême chaleur. Dans leur modèle atmosphérique, les chercheurs de l'Université d'Harvard ont cherché à simuler ces conditions climatiques en élevant la température moyenne à la surface de la mer à 50 °C, soit en ajoutant du dioxyde de carbone dans l'atmosphère (environ 64 fois la quantité actuelle), soit en augmentant la luminosité du Soleil de 10 % (intensité qui devrait être atteinte d'ici environ un milliard d'années).

Et ce que les chercheurs ont constaté diffère complètement de ce que nous connaissons aujourd'hui : dans les climats extrêmement chauds, il pourrait y avoir plusieurs jours sans pluie sur une large surface, avant qu'une forte tempête éclate sur tout le domaine, déversant d'énormes quantités d'eau sur de courtes périodes. Ce schéma se répéterait de façon périodique. D'après Robin Wordsworth, auteur principal de l'étude, ce cycle épisodique de déluges est un état atmosphérique nouveau et inattendu. 

La Terre a connu de grandes variations de climat dans son passé et connaîtra très probablement dans son avenir d'intenses précipitations suivies de périodes sèches. © Rico Löb, Adobe Stock

Une atmosphère scindée en deux

Aux températures simulées par les auteurs de l'étude, l'atmosphère subit des processus surprenants. Lorsque l'air près de la surface se réchauffe, la teneur en vapeur d'eau augmente ; sous l'action de la lumière du Soleil, le pouvoir absorbant de la vapeur d'eau atmosphérique réchauffera l'air au-dessus de la surface, jusqu'à former une « couche d'inhibition », agissant comme une barrière empêchant les nuages convectifs de monter dans la haute atmosphère et de former des nuages de pluie.  Ainsi, toute l'eau évaporée se retrouve coincée dans la basse atmosphère, proche de la surface.

Dans le même temps, de l'autre côté de la couche d'inhibition, des nuages se forment dans la haute atmosphère au fur et à mesure que la chaleur est dégagée vers l'espace, mais la pluie produite dans ces nuages s'évapore avant d'atteindre la surface, renvoyant toute cette eau dans le système. L'atmosphère se retrouve ainsi séparée entre une partie inférieure, proche de la surface et caractérisée par de fortes températures et de forts taux d'évaporation, et une partie supérieure, caractérisée par des processus de refroidissement.

Au bout de plusieurs jours, la couche d'inhibition est érodée par l'évaporation incessante de la pluie juste au-dessus d'elle, permettant la remontée de la chaleur dans la haute atmosphère et formant d'énormes tempêtes de pluie de plusieurs heures.

Bien qu'une telle augmentation de la température à la surface de la mer soit bien supérieure à ce qui est prévu pour les changements climatiques d'origine anthropique, le fait de pousser les modèles climatiques dans des conditions extrêmes permet de révéler les comportements de la Terre dans ses retranchements. Cela soulève de plus de nouvelles questions sur l'évolution du climat de la Terre, et éventuellement des exoplanètes.

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