Quel a été le froid le plus intense que la Terre ait jamais connu ?

Après vous avoir régalés avec les moments les plus chauds de la planète depuis sa création il y a 4 milliards et demi d'années (à quelques semaines près) voici venu le moment de baisser le thermostat et de vous offrir la traduction d'un autre volet publié par la NOAA et intitulé What's the coldest the Earth's ever been?.

Restez bien couverts afin d'éviter de vous enrhumer, car ça va piquer.

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Quel est le froid le plus intense que la Terre ait jamais connu ?

PAR MICHON SCOTT REVU PAR GALEN HALVERSON

PUBLIÉ LE 18 FÉVRIER 2021

Cet article fait partie d'une série de trois articles sur les températures passées, y compris les températures les plus chaudes que la Terre ait jamais connues et les températures les plus récentes.

Pendant la majeure partie de son histoire, notre planète a été plus chaude - parfois beaucoup plus chaude - qu'elle ne l'est aujourd'hui. Mais elle a aussi été plus froide. Les scientifiques ne sauront peut-être jamais quelle période de l'histoire de notre planète, longue de 4,54 milliards d'années, a été la plus froide, mais les recherches ont révélé quelques prétendants. Toutes ces périodes ont été identifiées comme d'anciennes périodes glaciaires.

Certaines des conditions les plus froides sont apparues il y a plus de 2 milliards d'années, après l'apparition de l'oxygène atmosphérique. D'autres grands gels ont eu lieu entre 750 et 600 millions d'années. Bien que les scientifiques ne s'entendent pas sur l'étendue exacte de la couverture glaciaire à cette époque, les preuves indiquent que la glace atteignait le niveau de la mer dans les régions équatoriales.

Au cours des derniers millions d'années, les glaciers ont recouvert de vastes étendues de l'hémisphère nord par intermittence. Bien que moins sévères que les glaciations quasi mondiales, les périodes glaciaires du Pléistocène ont sans doute apporté les conditions les plus froides depuis un demi-milliard d'années. Certains des froids les plus intenses sont apparus il y a environ 20 000 ans.

L'endroit le plus froid de la Terre moderne a été identifié comme étant une crête élevée entre le dôme Argus et le dôme Fuji dans l'Antarctique de l'Est. Chaque année, les scientifiques de l'expédition japonaise de recherche antarctique se rendent de la côte antarctique à la station Dome Fuji. Licence CC de l'utilisateur Flickr Concours d'images scientifiques du FNS / Francesco Comola.

Lire l'enregistrement des roches

Une période glaciaire est une période où les températures mondiales sont plus froides que d'habitude et où les glaciers et les nappes glaciaires sont plus grands que d'habitude. Les périodes glaciaires ne sont pas synonymes de froid implacable. Au contraire, des périodes relativement chaudes interviennent, de sorte que les périodes glaciaires sont un mélange de glaciers qui avancent ("glaciations") et de glaciers qui reculent ("interglaciations"). Bien que relativement chaudes, les périodes interglaciaires font toujours partie d'une époque glaciaire.

Comment les scientifiques savent-ils que les anciennes périodes glaciaires ont eu lieu ? Il est évident que les thermomètres n'étaient pas à portée de main lorsque les glaciers continentaux avançaient vers l'équateur. Les preuves des périodes glaciaires passées proviennent plutôt de la géologie. Peu après l'émergence de cette discipline scientifique au début du XIXe siècle, les géologues ont commencé à trouver des indices laissés par d'anciens corps glaciaires. Les géologues se sont rendu compte que les glaciers pouvaient laisser d'énormes rayures sur le substrat rocheux et transporter des blocs rocheux vers des paysages lointains, en les laissant souvent tomber en mer.

Une fois que les signes de glaciation ont été reconnus pour l'époque du Pléistocène (il y a environ 2,6 millions à 11 000 ans), les géologues savaient comment les reconnaître dans les roches plus anciennes. En combinant les preuves de la glaciation avec celles de la tectonique des plaques et de la dérive des continents, les géologues ont pu identifier l'activité glaciaire d'il y a des centaines de millions d'années, lorsque les continents étaient configurés très différemment.

Après avoir passé des années à expliquer les phénomènes géologiques par le déluge noachien, le géologue britannique du XIXe siècle William Buckland a accepté les preuves de l'action glaciaire. Il est devenu un partisan de la théorie de l'âge glaciaire. Crédit photo : Wellcome Collection. Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)

Au total, les scientifiques ont identifié plus d'une douzaine de périodes glaciaires dans les archives géologiques, dont plusieurs au cours du dernier demi-milliard d'années. Certaines périodes glaciaires antérieures ont été pires, probablement les pires de l'histoire de notre planète.

L'augmentation de l'oxygène et la baisse des températures

Les périodes glaciaires huroniennes comptent parmi les plus anciennes découvertes dans les archives géologiques. Au moins l'une d'entre elles a constitué ce que les géologues appellent un événement "Terre boule de neige", lorsque la surface de la planète était entièrement ou presque entièrement gelée. Entrecoupées de périodes non glaciaires, les époques glaciaires se sont produites il y a entre 2,4 et 2,1 milliards d'années et ont probablement résulté de changements dans la vie microscopique.

Les paléontologues supposent que lorsque la vie microbienne est apparue sur Terre il y a plus de 3,5 milliards d'années, les microbes ne produisaient pas d'oxygène et n'en avaient pas besoin. Au contraire, lorsque la vie a évolué, l'atmosphère terrestre était très différente de celle que nous connaissons aujourd'hui. Bien que les niveaux d'azote aient pu être similaires, d'autres gaz étaient beaucoup plus ou beaucoup moins abondants. Le dioxyde de carbone était entre 10 et 2 500 fois plus élevé que les niveaux actuels, et le méthane pourrait avoir été jusqu'à 10 000 fois plus élevé que les niveaux actuels. L'oxygène atmosphérique était pratiquement inexistant.

Avant que l'oxygène ne s'accumule dans l'atmosphère terrestre, notre planète ne ressemblait probablement pas à un point bleu pâle, mais plutôt à un point orange pâle. Crédit photo : NASA Astrobiology.

Les scientifiques débattent de la date exacte de l'apparition des microbes capables d'effectuer la photosynthèse et de produire de l'oxygène comme sous-produit. Les estimations varient entre 3,5 et 2,5 milliards d'années. Les premiers producteurs d'oxygène étaient probablement les ancêtres des cyanobactéries modernes, ou algues bleues.

Dans un premier temps, l'oxygène produit par ces premiers organismes de photosynthèse a probablement réagi avec le fer dans l'océan, se déposant en couches de sédiments rouillés sur le fond marin avant de commencer à s'accumuler dans l'atmosphère. Une partie de l'oxygène a réagi avec le méthane, le transformant en dioxyde de carbone et en eau. Pendant ce temps, les populations de microbes photosynthétiques continuaient à croître, consommant davantage de dioxyde de carbone.

Les ancêtres des cyanobactéries modernes (algues bleues) pourraient avoir été les premiers producteurs d'oxygène sur la planète Terre et avoir été à l'origine de changements climatiques importants. Licence CC par l'utilisateur de Flickr Richard Droker.

Le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre, et le méthane en est un encore plus puissant. La baisse des concentrations atmosphériques de ces gaz à effet de serre a entraîné une chute des températures mondiales, plongeant la planète dans une série de périodes glaciaires. Les périodes glaciaires huroniennes et les périodes non glaciaires qui les ont séparées ont probablement duré au total 300 millions d'années. Des indices suggèrent que ces glaciations ont atteint les régions équatoriales au niveau de la mer. (On trouve aujourd'hui de la glace dans les régions équatoriales, mais uniquement en altitude).

Des preuves géologiques de ces périodes glaciaires ont été découvertes pour la première fois en 1907, dans des dépôts glaciaires près du lac Huron. Depuis, les géologues ont découvert d'autres indices ailleurs en Amérique du Nord, ainsi qu'en Afrique du Sud, en Australie occidentale et dans le nord-est de l'Europe.

Trouvé près de Whitefish Falls, en Ontario, le long de la rive nord du lac Huron, ce fragment de roche a atterri dans les sédiments du plancher océanique sous un glacier flottant, il y a environ 2,2 milliards d'années. Image tirée de Precambrian Time-The Story of the Early Earth, photo de D.A. Lindsey, USGS.

L'apparition de l'oxygène n'a pas seulement gelé la planète. Elle a également permis l'évolution de la vie complexe respirant l'oxygène et a formé la couche d'ozone de la Terre, qui aide à protéger la vie des rayons ultraviolets nocifs.

Un autre grand froid

Le froid brutal a de nouveau frappé pendant une période de l'histoire de la Terre connue sous le nom de "période cryogénique". Au moins deux fois entre 750 et 600 millions d'années, la Terre est tombée dans un froid intense. Comme les événements de la période cryogénienne se sont produits au cours d'une ère géologique plus longue, l'ère néoprotérozoïque, les grands froids sont parfois appelés "Terre boule de neige néoprotérozoïque".

Les scientifiques continuent de débattre des causes des gels et des dégels qui ont suivi au Néoprotérozoïque. Les volcans pourraient être la force qui a poussé la planète dans les glaciations et qui l'en a sortie. Il y a environ 750 millions d'années, la plupart des continents étaient regroupés autour de l'équateur. Au sein de ce mélange continental, les géologues ont identifié des preuves de ce qu'ils appellent une grande province ignée. Le terme "grande" est un euphémisme : imaginez une zone d'activité volcanique de la taille d'un continent. Les éruptions de cette province ont pu refroidir la planète de deux manières.

Le Nunavut, au Canada, conserve des traces de la grande province ignée équatoriale qui a peut-être donné le coup d'envoi du Cryogénien. Des filons-couches - intrusions de matériaux volcaniques dans des couches de roches plus anciennes - recoupent des roches plus anciennes de couleur sable. Les bandes dans la roche plus claire résultent de l'élévation du littoral après le retrait des glaciers qui pesaient sur la côte. Image de Mike Beauregard, Wikimedia Commons.

Lorsque les volcans rejettent du dioxyde de soufre, ce gaz subit des réactions chimiques dans l'atmosphère pour former des sulfates hautement réfléchissants, des particules qui bloquent la lumière du soleil, comme des milliards de petits miroirs. Le potentiel de refroidissement des sulfates est particulièrement important autour de l'équateur de la Terre. De même, lorsque les volcans extrudent de grands volumes de basalte, l'altération des roches qui s'ensuit peut refroidir la planète. Au fil du temps, la pluie, le vent et les modifications chimiques rongent les roches volcaniques. L'eau de pluie et les eaux souterraines qui s'infiltrent dans les roches peuvent dissoudre le dioxyde de carbone, l'extraire de l'atmosphère et finalement le piéger sous forme de minéraux carbonatés tels que le calcaire.

Si les températures mondiales baissent assez rapidement, la glace commence à se former, et la capacité de la glace à réfléchir la plupart des rayons du soleil dans l'espace refroidit encore plus la planète.

Les géologues ont identifié deux glaciations au cours du Néoprotérozoïque : la glaciation sturtienne (il y a environ 720 à 660 millions d'années) et la glaciation marinoenne (il y a environ 640 à 635 millions d'années). Les couches rocheuses datant de ces époques présentent les traces les plus importantes de glaciations extrêmes trouvées jusqu'à présent dans les archives géologiques.

Entre ces grands refroidissements, la Terre semble avoir connu une période de chaleur tout aussi remarquable. Cet extrême climatique pourrait lui aussi être dû à l'activité volcanique.

À long terme, les émissions volcaniques de dioxyde de carbone et l'épuisement du dioxyde de carbone par l'altération des roches peuvent se contrôler mutuellement. Mais lorsque la glace a recouvert la majeure partie de la planète il y a des centaines de millions d'années, l'altération s'est probablement ralentie à mesure que les conditions devenaient trop froides pour permettre des précipitations abondantes. Entre-temps, l'augmentation de la glace de mer aurait réduit l'accès des cyanobactéries à la lumière du soleil à la surface de l'océan, réduisant ainsi la photosynthèse.

Sous sa surface glacée, Encelade, la lune de Saturne à l'océan gelé, pourrait abriter de l'eau liquide et les ingrédients nécessaires à la vie. Si les périodes glaciaires les plus extrêmes de l'histoire de la Terre étaient de véritables épisodes de Terre boule de neige, sans océan ouvert, notre planète aurait pu ressembler à une version surdimensionnée d'Encelade. Avec l'aimable autorisation de NASA / JPL / Space Science Institute.

Cependant, les volcans ont continué à produire du dioxyde de carbone. Comme il ne restait que peu d'activité photosynthétique ou d'altération des roches à puiser dans l'atmosphère, le gaz à effet de serre se serait accumulé, entraînant une augmentation progressive des températures mondiales. Une fois que les conditions se sont suffisamment réchauffées pour faire fondre la glace tropicale, l'augmentation de la température s'est accélérée. Après avoir perdu une quantité importante de glace réfléchissant la lumière, la planète aurait absorbé beaucoup plus d'énergie solaire. La grande fonte qui s'en est suivie a pu provoquer une altération si spectaculaire et si rapide qu'elle a conduit à la deuxième glaciation.

Comme au Huronien, les glaciations du Cryogénien ont atteint le niveau de la mer à l'équateur. Mais l'étendue de la couverture glaciaire du Néoprotérozoïque - qu'il s'agisse d'une Terre boule de neige ou d'une Terre boule de neige fondue - reste un domaine de recherche actif.

Le dernier voyage vers le congélateur

Les archives rocheuses indiquent que rien d'aussi important que les glaciations huroniennes et cryogéniques ne s'est produit au cours des 500 derniers millions d'années, même si les géologues ont trouvé des preuves de l'existence de plusieurs autres périodes glaciaires. Bien qu'elle soit concurrencée par des conditions froides survenues il y a 300 à 250 millions d'années, la période glaciaire la plus importante du dernier demi-milliard d'années pourrait être la plus récente.

Survenue à l'époque du Pléistocène, cette période glaciaire a commencé il y a environ 2,6 millions d'années et a duré jusqu'à il y a environ 11 000 ans.

Comme toutes les autres, la dernière période glaciaire a été marquée par une série d'avancées et de reculs glaciaires. En fait, techniquement, nous sommes toujours dans une période glaciaire. Nous vivons simplement une période interglaciaire.

Toute la civilisation humaine, depuis les premières écritures comme le cunéiforme jusqu'aux smartphones et aux tweets, s'est déroulée au cours d'une période interglaciaire. Licence CC de l'utilisateur Flickr Ashley Van Haeften / Wikimedia Commons.

Il y a environ 50 millions d'années, la planète était trop chaude pour qu'il y ait des calottes glaciaires, mais depuis, la Terre s'est surtout refroidie. Il y a environ 34 millions d'années, l'inlandsis antarctique a commencé à se former. Ce phénomène pourrait être dû à la séparation de l'Amérique du Sud et de l'Antarctique, qui a ouvert le passage de Drake. En plus de donner la nausée à des générations de voyageurs océaniques, l'ouverture du passage de Drake a donné naissance au courant circumpolaire antarctique. En contournant le continent désormais gelé, le courant pourrait avoir réduit la quantité de chaleur océanique atteignant l'Antarctique, permettant ainsi à la glace antarctique de se former et de croître.

Le vent et les vagues rendent les voyages à travers le passage de Drake mémorables. Son apparition due à la tectonique des plaques a peut-être contribué au développement de l'inlandsis antarctique. Licence CC de l'utilisateur Flickr Christopher Michel.

Un autre mouvement terrestre a probablement plongé la planète dans sa dernière période glaciaire. L'isthme de Panama, le pont terrestre entre l'Amérique du Nord et l'Amérique du Sud, s'est formé il y a environ 4,5 millions d'années. Avant sa formation, les océans Atlantique et Pacifique échangeaient librement leurs eaux tropicales. En interrompant cet échange et en envoyant les eaux chaudes et salées de l'océan vers le nord, l'isthme a augmenté les précipitations aux hautes latitudes de l'hémisphère nord. La neige s'est accumulée pour former des glaciers, puis des nappes glaciaires. Ces énormes masses de glace, qui détournent la lumière du soleil, ont poursuivi la tendance au refroidissement de la planète.

Une fois que la Terre a été suffisamment froide pour que des nappes glaciaires se forment, celles-ci ont évolué sur des périodes allant de 20 000 à 100 000 ans, en partie sous l'effet des cycles de Milankovitch. Ces changements largement prévisibles de l'orbite terrestre comprennent l'excentricité (changements de l'orbite terrestre autour du Soleil), l'obliquité (changements de l'inclinaison de l'axe terrestre) et la précession (oscillation de l'axe de rotation de la Terre). Ils influencent le climat en modifiant la distribution de l'énergie solaire entrante à la surface de la Terre.

Il y a environ 20 000 ans, lors du dernier maximum glaciaire de l'ère glaciaire du Pléistocène, la glace s'est étendue sur une grande partie de l'Amérique du Nord et de l'Eurasie. (Haute résolution sans annotations disponibles.) Image de Climate.gov basée sur des données de l'Université des sciences appliquées de Zurich, fournie par Science on a Sphere.

La dernière période glaciaire a atteint son apogée il y a environ 20 000 ans, lorsque les températures mondiales étaient probablement inférieures de 5 °C à celles d'aujourd'hui. À l'apogée de l'ère glaciaire du Pléistocène, d'immenses nappes glaciaires s'étendaient sur l'Amérique du Nord et l'Eurasie. C'est grâce à ces nappes glaciaires et aux phénomènes de fonte qui les accompagnaient que les Grands Lacs, les chutes du Niagara et même les Channeled Scablands dans les États de Washington et de l'Oregon ont vu le jour.

L'eau de fonte a commencé à se déverser sur l'escarpement du Niagara il y a environ 12 000 ans. Aujourd'hui, environ 3 160 tonnes d'eau s'écoulent chaque seconde des chutes du Niagara, un héritage durable de l'ère glaciaire du Pléistocène. Licence CC par l'utilisateur Flickr Can Pac Swire.

Quand les immenses nappes glaciaires se rapprocheront-elles à nouveau de l'équateur ? Il se peut qu'elles ne reviennent pas selon le calendrier prévu par les cycles de Milankovitch. Les cycles ont des effets variables sur le climat mondial, certains plus importants que d'autres. Lorsque le dioxyde de carbone atmosphérique dépasse 300 parties par million, la capacité de rétention de la chaleur du gaz est suffisamment forte pour écraser les cycles plus subtils. Le dioxyde de carbone atmosphérique dépasse aujourd'hui 400 parties par million et, comme il s'agit d'un gaz à longue durée de vie, des niveaux au moins aussi élevés peuvent persister pendant des milliers d'années. Cela ne signifie pas qu'il n'y aura jamais de nouvelle période glaciaire, mais son apparition pourrait être retardée.

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Pour vous réchauffer un peu rien ne vaut une bonne petite tasse de thé.