Depuis quelques années le département de physique de l'Université de Montréal offre un cours d'astrobiologie

à l'ensemble de la communauté universitaire. Dans le cadre de ce cours, un des thèmes que j'aborde avec les étudiants porte sur l'évolution et le destin de la vie sur notre planète.

Les changement climatiques jouent évidemment un rôle important dans le développement des diverses formes de vie sur la Terre. Certaines grandes extinctions de la faune et de la flore sont d'ailleurs attribuées à des changements climatiques extrêmes (réchauffement de la planète ou épisodes de glaciation globale appelés "snowball Earth - Terre boule de glace"). Les causes de ces variations du climat sont parfois difficiles à identifier parce que les données permettant d'établir les propriétés ancestrales de l'atmosphère et des océans  deviennent de moins en moins précises au delà de quelques millions d'années dans le passé. Les variations de la luminosité intrinsèque du Soleil et de l'activité géologique de notre planète font assurément partie de la listes des causes pouvant expliquer certains des changements importants.

Le portrait est beaucoup plus net si on se restreint aux variations climatiques des 400,000 dernières années. Dans ce cas, les données climatiques sont beaucoup plus précises puisque les chercheurs disposent maintenant d'échantillons très fiables consistant, entre autres, en une série de carottes de glace provenant de la calotte gelée de l'Antarctique. L'analyse des bulles d'air permet de mesurer les concentrations des gaz dans l'atmosphère au fil du temps (surtout les gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone et le méthane) et de les relier aux variations de température à la surface de notre planète.

L'étude de ces données montrent que plusieurs ères glaciaires se sont succédées dans l'hémisphère nord. Les glaciers ont recouvert l'Europe, l'Asie, et l'Amérique du nord à quelques reprises au cours des 400,000 dernières années. La fin de la dernière ère glaciaire remonte à un peu plus de 10,000 ans.

Un des aspects les plus remarquables de cette analyse est le fait que la concentration des gaz à effet de serre - et donc la température - a varié de façon quasi-périodique au cours de cette période de 400,000 ans. Ainsi, dans le cas du méthane, les augmentations et les diminutions varient sur une période d'environ 23,000 ans. Dans le cas du dioxyde de carbone la périodicité est moins nette mais les fluctuations semblent suivre des cycles d'environ 41,000 et 100,000 ans.

Depuis probablement plus de 400,000 ans, ces trois cycles se combinent pour produire des périodes glaciaires d'une durée d'environ 100,000 ans entrecoupées d'interludes interglaciaires (plus chaud) d'environ 11,000 à 14,000 ans.

La cause de ces variations périodiques est fort probablement d'origine astronomique. Notre planète tourne sur elle-même à raison d'un tour à toutes les 23 heures 56 minutes, et met un peu plus de 365 jours pour compléter une révolution complète autour du Soleil. Cependant, la Terre n'est pas une sphère parfaite et, de plus, l'orbite de la Lune autour de la Terre et celle de notre planète autour du Soleil ne sont pas parfaitement ciculaires. La force gravitationnelle entre la Terre, la Lune, le Soleil, et les autres planètes du système solaire provoque ainsi des variations séculaires de l'angle et de la direction de l'axe de rotation de notre planète de même que des variations de la forme de l'orbite de la Terre autour du Soleil. Toutes ces modifications des paramètres orbitaux de notre planète font en sorte que l'intensité et la durée de l'ensoleillement annuel augmentent et diminuent périodiquement au fil des millénaires.

À elles seules, les variations d'ensoleillement ne sont pas suffisantes pour provoquer ou mettre un terme à une ère glaciaire. Cependant, ces petites fluctuations affectent aussi la concentration des gaz à effet de serre. Ainsi, à titre d'exemple, pendant les périodes plus ensoleillées (donc un peu plus chaudes), les moussons sont plus nombreuses et plus fortes. Les pluies abondantes augmentent le nombre de zones marécageuses et ces dernières libèrent plus de méthane (résultant de la décomposition de matière organique) dans l'atmosphère. Donc, non seulement la surface de la Terre reçoit plus de chaleur du Soleil mais, aussi, l'effet de serre plus important retient mieux la chaleur. La température devient alors plus élevée de plusieurs degrés que pendant la période froide et nous entrons dans un intermède interglaciaire.

Il est intéressant de remarquer que c'est au cours du dernier intermède interglaciaire (donc les derniers 10,000-12,000 ans) que la race humaine a connu un essor foudroyant. En principe, si le cycle périodique se maintient, nous devrions être sur le point de connaître une autre période glaciaire d'ici peu (puisque les intermèdes interglaciaires durent entre 11,000 et 14,000 ans). En fait, la température moyenne à la surface de la Terre aurait déjà dû commencer à diminuer depuis plusieurs siècles.

Or, c'est tout le contraire que nous observons, surtout au cours des 150 dernières années. La révolution industrielle, la déforestation, et l'étalement de l'agriculture changent de manière appréciable la concentration des gaz à effet de serre dans l'atmosphère et provoque plutôt un réchauffement de la planète. Par notre présence et nos activités nous maintenons la température moyenne à un niveau "artificiellement" élevé. Collectivement, nous retardons peut être la prochaine ère glaciaire...?

Pour en savoir plus:

Hoffman, P., Schrag, D., "Quand la Terre était gelée", Pour la Science, février 2000.

Ruddiman, W.F. "La révolution du néolithique a-t-elle modifié le climat", Pour la Science, avril 2005.