Article | 01/10/2004
Cycles de Milankovitch et variations climatiques
01/10/2004
Résumé
Les différents cycles de Milankovitch et leurs effets sur les climats.
Pour comprendre les variations climatiques glaciaires-interglaciaires, il faut comprendre comment les isotopes de l'oxygène dans l'eau de mer permettent de reconstituer les changements de volume glaciaire, comment des changements de l'orbite de la terre (paramètres de Milankovitch) peuvent causer des changements dans la distribution saisonnière du rayonnement solaire, stimulateur des variations climatiques, et comment les données paléoclimatiques extraites des carottages de glace de Vostok (Antarctique) et du Groenland peuvent être employées pour contraindre les variations passées du climat. On peut alors faire le lien entre les variations climatiques mesurées et les variations de l'orbite de la terre...
D'après Climate Archives, the climate record of the distant past.James D. Hays et Peter B. de Menocal. Lamont-Doherty Earth Observatory of Columbia University
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 à une variation du niveau de la mer.
Source - © 1999 Petit R. et al., Nature
La théorie de Milankovitch (ou théorie astronomique des changements climatiques) permet d'expliquer des changements des saisons en relation avec des changements de l'orbite de la terre autour du soleil. La théorie a été formulée par l'astronome serbe Milutin Milankovitch. Il a estimé les changements lents de l'orbite de la terre dus aux interactions avec les autres planètes du système solaire.
Il y a trois composantes principales qui expliquent la variabilité orbitale de la Terre :
- Excentricité (période de 413 000 et 100 000 ans)
- Inclinaison (période de 41 000 ans)
- Précession (période de 23 000 et 19 000 ans)
Les périodes ont été déterminées par un traitement spectral des signaux de la figure 2 ci-dessous.
Source - © 1991 Paloeclimatology, T.J. Crowley, G. R. North, Oxford University Press
Source - © 2003 Cyril Langlois, ENS de Lyon. D'après T. Crowley et J. North, Paleoclimatology, 1991, Oxford University
L'orbite verte est quasi-circulaire (excentricité faible), l'orbite bleue est elliptique (excentricité forte).
La figure 4 ci-dessous montre les variations du rayonnement solaire dans l'hémisphère Nord entre -25 000 à -10 000 ans, durant le solstice de juin. Ces changements orbitaux causent de grandes variations de la quantité de lumière du soleil reçue pendant une saison donnée (jusqu'à ±15%). Dans ce cas, seules les variations de l'inclinaison (période de 41 000 ans) et les précessions orbitales (période de 19 000 et 23 000 ans) affectent de manière significative la quantité de rayonnement reçue pour une saison donnée.
Source - © 2004 James D. HAYS, Peter B. de MENOCAL, d'après Climate Archives, Lamont-Doherty Earth Observatory of Columbia University
On peut reconstituer les variations du volume de glace en employant des mesures des isotopes de l'oxygène dans la calcite (le "O" dans CaCO3) des coquilles de foraminifères. En effet, les variations en 18O de l'eau de mer peuvent être corrélées aux variations de volume des glaces. Pendant la période glaciaire, le niveau de la mer était de - 130m. En conséquence le 18O de l'océan était à +1.5 pour mille qu'il est aujourd'hui. La mesure du 18O dans les coquilles de foraminifères permet donc de reconstruire les variations du volume de glace à l'échelle des millions d'années.
Source - © 2004 P. Gillet, ENS de Lyon
Le schéma ci-dessous montre les relations entre les changements du volume des glaces et les variations cumulées (ETP) de l'excentricité (E), de l'inclinaison (T), et de la précession (P).
Pour comprendre les origines de variations glaciaires-interglaciaires, deux cas extrêmes, parmi de nombreuses configurations possibles, sont représentés :
- Pour la période glaciaire, l'orbite de la Terre est quasi circulaire (excentricité faible) et on a choisi d'y ajouter une faible inclinaison et une grande distance Terre-Soleil en été. Il en résulte un faible contraste saisonnier et une configuration favorable à l'apparition d'une période glaciaire.
- Pour l'apparition d'une période interglaciaire, une configuration orbitale extrême est de considérer une forte excentricité (l'orbite de la Terre est une ellipse), une inclinaison forte et une faible distance Terre-Soleil en été. Il en résulterait des saisons très contrastées.
La variable principale est la quantité de rayonnement reçue en été aux hautes latitudes de l'hémisphère Nord.
La variabilité de l'oxygène 18O est liée aux variations du rayonnement direct en relation avec les paramètres de Milankovitch.
Les variations périodiques de l'orbite de la Terre sont donc le stimulateur de périodes glaciaires. Au cours du dernier million d'année, il y a eu une dizaine de périodes glaciaires.
Source - © 2004 James D. HAYS, Peter B. de MENOCAL, d'après Climate Archives, Lamont-Doherty Earth Observatory of Columbia University
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