Comment la glace, les arbres, les coraux et les sédiments nous aident à reconstruire 2,6 millions d’années d’histoire climatique : une introduction à la paléoclimatologie

Le changement climatique actuel est dû à l’homme. Le consensus au sein de la communauté scientifique du climat est sans équivoque, mais pour déterminer à quel point le changement climatique actuel est exceptionnel, nous avons dû contextualiser le présent sur une échelle de temps beaucoup plus longue. Pour ce faire, les scientifiques travaillant en paléoclimatologie (l’étude du climat passé) utilisent des informations provenant de sources naturelles et documentaires du monde entier.

La variabilité climatique dépend à la fois facteurs naturels et anthropiques. Les premiers incluent une large gamme d’échelles de temps, allant de plusieurs millions d’années (mouvements tectoniques) à des dizaines d’années (solaire et activité volcanique). En revanche, facteurs anthropiques ne se produisent qu’à l’échelle humaine, et de manière bien plus intense au cours des dernières décennies de la période industrielle.

Comme nous ne pouvons pas mesurer directement le climat passé, nous devons produire des reconstructions. Cela se fait à travers ce qu’on appelle enregistrements basés sur un proxy: données provenant d’une gamme de sources naturelles influencées par le climat de l’époque. Les différentes sources d’enregistrements climatiques sont connues sous le nom de archives. Pour être précise et utile, une archive doit :

• être sensible aux variations climatiques, comme les changements de température ou de précipitations

• être capable d’enregistrer ces changements afin qu’ils puissent être interprétés aujourd’hui

• être continu, de sorte qu’il puisse couvrir de longues périodes de temps sans manquer d’informations

• maintenir une relation constante entre l’indicateur et le climat dans le temps (connu sous le nom de principe de uniformitarisme)

• être représentatif de la région étudiée – certaines archives ne fournissent que des informations locales, tandis que d’autres peuvent nous parler d’une région plus large, voire de la planète entière.

2,6 millions d’années d’histoire climatique

Plus les archives sont anciennes, plus il est difficile d’en tirer des informations fiables, en partie à cause du climat lui-même, qui obscurcit ou efface les traces qu’elles ont laissées dans le passé. Pour cette raison, la période la plus étudiée en paléoclimatologie est le Quaternairequi couvre approximativement les 2,6 millions d’années jusqu’à nos jours.

Le Quaternaire est aussi la période géologique où les continents, les océans et les courants atmosphériques globaux ressemblent le plus à ceux que nous connaissons aujourd’hui. Cela nous permet d’interpréter et d’étudier plus facilement le climat durant cette période.

Diverses archives naturelles peuvent nous aider à reconstituer le climat tout au long du Quaternaire, mais chacune présente des caractéristiques différentes. Un facteur particulièrement important est ce que nous appelons la résolution d’une archive, c’est-à-dire la précision avec laquelle nous pouvons dater ses informations. Cela peut aller d’un siècle ou d’une décennie particulière à une année spécifique, ou même à une saison particulière de cette année.

On pourrait dire que chaque type d’archive est rédigé dans une langue différente, une langue que les paléoclimatologues doivent déchiffrer.

Il existe de nombreux types d’archives, mais nous examinerons ici les plus courantes.

Carottes de glace

La glace trouvée dans les zones polaires et de haute montagne de la Terre s’est accumulée au cours de divers cycles glaciaires au cours du Quaternaire. Ces couches successives de glace contiennent des informations très précieuses sur de très longues périodes de temps, avec une résolution pouvant aller jusqu’à un an.

Les petites bulles d’air qui restent piégées dans les masses de glace lorsqu’elles se forment sont de minuscules échantillons de la composition atmosphérique à cette époque. En les étudiant, nous pouvons par exemple connaître la quantité de dioxyde de carbone présente dans l’atmosphère à un moment donné, il y a des milliers d’années.

Bien qu’elles puissent reconstruire avec précision de longues périodes de temps, ces archives se trouvent dans des zones très reculées et inaccessibles et sont très délicates, ce qui les rend coûteuses à conserver et à transporter.

Corail

Coraux forment leur squelette grâce à la précipitation du carbonate de calcium, qui détient des informations sur les conditions de température de l’environnement dans lequel il s’est formé. Bien que les périodes temporelles pouvant être reconstituées avec ces archives soient relativement courtes (généralement inférieures à 1 000 ans), leur résolution peut être saisonnière. Ces archives sont généralement limitées aux régions tropicales.

Cernes des arbres

Les cernes des arbres sont peut-être les plus archive largement utilisée dans la reconstruction paléoclimatique pour le dernier millénaire. C’est parce qu’ils sont extrêmement précis.

La croissance des cernes des arbres est saisonnière, ce qui signifie que nous pouvons déterminer l’âge d’un échantillon. De plus, ces archives sont très sensibles aux changements environnementaux, ce qui signifie qu’elles enregistrent très clairement les variations climatiques. Leur continuité temporelle et leur répartition quasi mondiale sont une autre raison de leur utilisation généralisée.

Sédiments marins et lacustres

Sédiments – tous deux provenant fonds marins et lits de lac – sont d’excellentes archives paléoclimatiques. On les trouve sur toute la planète et détiennent des informations sur de très longues périodes – jusqu’à des centaines de milliers d’années. Dans certains cas – comme sédiments varvésqui sont laissés en couches saisonnières – ils peuvent avoir une résolution inférieure à un an.

Cependant, ces archives ont tendance à être affectées par l’activité humaine, ce qui signifie que les délais qu’elles proposent ne sont pas toujours tout à fait précis, même s’ils s’améliorent.

Formations rocheuses troglodytes

Les formations rocheuses dans les grottes, connues sous le nom de spéléothèmes, comprennent des éléments tels que des stalactites et des stalagmites. Ces archives fournissent des enregistrements climatiques haute résolution pendant de longues périodes – des dizaines, voire des centaines de milliers d’années. Ils permettent également de reconstituer le climat dans une grande variété de milieux hydrologiquement très différents, depuis les déserts arides jusqu’aux zones de fortes précipitations.

Les méthodes de datation utilisées pour ces archives sont généralement très fiables, mais proposent souvent des enregistrements incomplets. De plus, il peut y avoir une certaine incohérence entre le climat de surface et celui enregistré à l’intérieur d’une grotte souterraine.

Sources documentaires

Documents historiques – comme les journaux de bord, les registres paroissiaux ou les registres agricoles des périodes de floraison et de récolte – sont également utiles pour reconstituer le climat. Ce qui rend ces archives intéressantes, c’est la variété des sources, ainsi que leur datation claire et leur exactitude. La plupart de ces archives se trouvent autour de l’Atlantique Nord et du Pacifique.

Un puzzle climatique

La tâche de la paléoclimatologie est de comparer toutes ces différentes archives entre elles pour obtenir une reconstruction cohérente du passé. Comme nous l’avons vu, chacun des enregistrements a ses forces et ses faiblesses, mais combinés en un grand puzzle climatique, ils peuvent nous aider à reconstruire avec précision le climat du passé.

Grâce aux recherches menées dans ce domaine, nous pouvons affirmer avec certitude que la vitesse et les caractéristiques du changement climatique actuel diffèrent considérablement des autres changements climatiques naturels du Quaternaire. Dans l’étude du changement climatique moderne, le passé a beaucoup à nous apprendre.