Les cycles de Milankovitch dans le passé
23 - 09 - 2003
Résumé
Cet article question-réponse traite des cycles de Milankovitch dans le passé et des variations climatiques.
Les paramètres de Milankovitch décrivent la position de la Terre autour du soleil, et leurs variations sont dues à l'interaction des planètes du système solaire. Ces paramètres et leurs variations existent donc depuis la formation du système solaire.
Une chose est sûre : comme le climat est forcé par les cycles de Milankovitch depuis toujours (le climat varie donc suivant les périodes de 23 000, 41 000 ans, etc..), il est normal de trouver les traces de ce forçage à toutes les époques (en cherchant bien). La configuration orbitale au cours du Quaternaire n'a rien de particulier, et le climat n'était certainement pas plus "stable" auparavant.
Mais il est difficile d'expliquer les variations climatiques passées par les paramètres de Milankovitch, car : d'autres facteurs de variation du climat existent, comme le CO2 atmosphérique et la position des continents ; les variations de l'insolation et du climat ne sont pas proportionnelles ; le calcul des variations de ces paramètres est complexe et leur incertitude croit fortement dans la passé, limitant leur connaissance à quelques millions d'années.
Table des matières
La question
Si l'on fait intervenir les paramètres de Milankovitch dans l'explication des variations climatiques, ces paramètres ont-ils toujours existé?
Si oui, ont-ils varié au cours de l'histoire de la terre?
La réponse de Gilles Delaygue, Maître de Conférence au CEREGE d'Aix en Provence, et de Didier Paillard, ingénieur au LSCE CEA de Saclay
Des variations climatiques cycliques avant le Quaternaire
Voir l'article "cycles glaciaire-interglaciaire avant le quaternaire?"
Le Quaternaire est caractérisé par des cycles climatiques rapides et de grande amplitude liés aux paramètres de Milankovitch, avec une période de 100 000 ans très marquée. Ces cycles sont associés à une variation du volume des glaces polaires et donc du niveau de la mer.
Comme le montre la figure de l'enregistrement des 6 derniers millions d'années, des variations cycliques liées aux paramètres de Milankovitch existaient avant le Quaternaire (~1.7 millions d'années), avec une amplitude plus faible liée seulement aux périodes de 23 000 et 41 000 ans.
Comme la qualité et la résolution des archives diminuent dans le passé, il est difficile de documenter des variations si rapides pour des périodes plus lointaines, ce qui ne veut pas dire qu'elles n'ont pas existé.
On connaît des variations cycliques notamment par les sédiments marins. Par exemple, la rythmicité de certains dépôts marneux du Secondaire correspond plus ou moins à une période de Milankovitch.
Les variations isotopiques de l'oxygène et du strontium enregistrées dans les sédiments du Berriasien au Crétacé, il y a 125 millions d'années, indiquent des variations rapides qui pourraient être liées au volume de glace (Stoll et Schrag, Science 1996, vol. 272 p.1771). Les cycles apparaissent plus longs, de quelques centaines de milliers d'années.
La difficulté d'estimer les paramètres de Milankovitch dans le passé
Dans le passé très lointain, le calcul de l'insolation (qui exige de connaître simultanément les 3 paramètres orbitaux) n'est pas possible. En effet, le système solaire est chaotique, c'est-à-dire qu'il n'est pas possible de calculer précisément la position relative des planètes au delà de quelques dizaines de millions d'années (notamment l'excentricité).
La situation est encore plus dramatique pour l'obliquité et la précession qui exigent de connaître assez précisément la répartition des masses sur la Terre (en fait, les moments d'inertie du globe) qui peut varier en fonction des glaciations ou en fonction de facteurs géodynamiques internes (convection du manteau).
Le calcul précis de l'insolation est donc sujet à caution au delà de quelques millions d'années seulement. La configuration orbitale au cours du Quaternaire n'a rien de particulier.
L'origine des périodes glaciaires est à chercher probablement ailleurs...
Figure 4. Signaux climatiques enregistrés dans la glace à Vostok
D'autres facteurs à l'origine des variations climatiques
On connaît dans le passé d'autres ères glaciaires, éventuellement beaucoup plus dramatiques que l'ère actuelle.
D'autres facteurs, en plus de l'insolation, sont connus pour être à l'origine de variations climatiques, notamment le dioxyde de carbone (CO2) de l'atmosphère ainsi que la position des continents.
Au Crétacé par exemple, de nombreux marqueurs indiquent un climat globalement plus chaud de 5°, que l'on explique par une teneur atmosphérique en CO2 de 4 à 10 fois plus élevée que l'actuelle. L'insolation ne semble pas jouer un rôle important dans ce réchauffement.
Plus tard, au cours du Tertiaire, le déplacement des continents a ouvert le passage de Drake dans l'océan Austral. On pense que cette ouverture a permis la mise en place, au Miocène, du courant océanique circumpolaire ainsi que de la calotte glaciaire antarctique qui aurait refroidi le climat global par son albédo élevé. C'est un exemple de contrôle tectonique du climat.
Figure 5. Variations du dioxyde de carbone au cours des derniers 600 Ma
Voir l'article "Évolution de la teneur en CO2 depuis 4 milliards d'année"
Source : Berner, 1997, Science.
Mots clés : Cycle de Milankovitch, Variation climatique, Paramètre orbital, Forçage climatique, Composition atmosphérique, Insolation, Variation isotopique, Excentricité, Précession, Obliquité, Volume de glace, Niveau de la mer
