Astronomie

Pourquoi l'excentricité orbitale de la Terre oscille-t-elle avec une période d'environ 100 000 ans ?

Pourquoi l'excentricité orbitale de la Terre oscille-t-elle avec une période d'environ 100 000 ans ?


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L'excentricité orbitale de la Terre varie au fil du temps d'être presque circulaire (faible excentricité de 0,0034) et légèrement elliptique (excentricité élevée de 0,058). Il faut environ 100 000 ans pour que la Terre subisse un cycle complet.

Pourquoi l'excentricité orbitale de la Terre oscille-t-elle avec une période d'environ 100 000 ans ? Quel serait l'ensemble de conditions le plus simple et/ou le moins de système corporel qui conduirait à ce type particulier de variation périodique de l'excentricité ?


Dire pourquoi devient difficile au-delà de "à cause de Jupiter", mais pour clarifier la citation, l'affirmation "L'excentricité de la Terre suit un cycle de 100 000 ans" est vaguement vraie, mais c'est aussi une simplification excessive. De Wikipédia.

L'orbite de la Terre se rapproche d'une ellipse. L'excentricité mesure l'écart de cette ellipse par rapport à la circularité. La forme de l'orbite de la Terre varie entre presque circulaire (avec l'excentricité la plus faible de 0,000055) et légèrement elliptique (l'excentricité la plus élevée de 0,0679)2 Sa moyenne géométrique ou logarithmique est de 0,0019. La composante majeure de ces variations se produit avec une période de 413 000 ans (variation d'excentricité de ±0,012). D'autres composants ont des cycles de 95 000 ans et 125 000 ans (avec une période de battement de 400 000 ans). Ils se combinent vaguement dans un cycle de 100 000 ans (variation de -0,03 à +0,02).

Si la valeur la plus élevée est de 0,0679 et que les variations sont de 0,012 et jusqu'à 0,03, cela représente plus de 50 % de variation crête à crête. C'est l'amplitude, pas la période, mais si nous regardons le graphique, ce n'est clairement pas un cycle net et ordonné bien qu'il soit quelque peu proche d'une période de 100 000 ans (ligne supérieure du graphique ci-dessous).

Source de l'image.

La cause de la variation d'excentricité de la Terre est les autres planètes, principalement Jupiter, avec Vénus et peut-être Mars (petite mais proche) et Saturne ayant également des effets. Qu'une planète particulière soit responsable d'une période particulière est une bonne question. Je ne suis pas sûr.

En fin de compte, il s'agit d'une version du problème à 3 corps ou, plus précisément, de la perturbation orbitale, ce qui est des mathématiques compliquées. Malheureusement, je ne peux pas expliquer précisément pourquoi les perturbations gravitationnelles s'étendent sur environ 100 000 ans ou, plus précisément, 413 000, 95 000 et 125 000. Peut-être que quelqu'un d'autre le peut.

Quel serait l'ensemble de conditions le plus simple et/ou le moins de système corporel qui conduirait à ce type particulier de variation périodique de l'excentricité ?

Le moins de corps serait de 3. Soleil-Terre-Lune en est un exemple. La Lune subit une variation d'excentricité sur un cycle beaucoup plus rapide que n'importe laquelle des planètes. Le Soleil, la Terre, Jupiter ou n'importe quel ensemble de Soleil et de deux planètes fonctionneraient aussi à condition que les planètes soient suffisamment grandes et/ou suffisamment proches pour affecter les orbites les unes des autres et (je pense) vous voudriez que les deux planètes ne soient pas en résonance orbitale . Cela pourrait créer un autre type de modèle.


Pourquoi l'excentricité orbitale de la Terre oscille-t-elle avec une période d'environ 100 000 ans ? - Astronomie

Dans ce module, nous examinerons les changements naturels récents du climat de la Terre et nous utiliserons ces facteurs pour comprendre pourquoi le climat a changé.

Après avoir lu ce module, les étudiants devraient être capables de

  • décrire le changement climatique du Quaternaire
  • expliquer pourquoi les cycles de Milankovitch expliquent les variations du climat au cours du Quaternaire, en termes de périodes similaires de variations orbitales et de cycles glaciaires
  • expliquer comment le système glacier/climat est lié via les rétroactions albédo
  • décrire comment les carottes de sédiments et de glace fournissent des informations sur les climats passés
  • utiliser les mécanismes qui provoquent le fractionnement des isotopes stables pour prédire l'impact du changement climatique sur les enregistrements des isotopes stables

Introduction

Dans le module Processus climatiques Contrôles externes et internes nous avons vu les principaux moteurs du climat – l'énergie qui vient du soleil (insolation) et les propriétés de la planète qui déterminent combien de temps cette énergie reste dans le système terrestre (albédo, gaz à effet de serre). Dans cette section, nous examinerons les récents changements naturels du climat de la Terre et nous utiliserons ces facteurs pour comprendre pourquoi le climat a changé.

La période la plus récente de l'histoire géologique de la Terre, qui s'étend sur les 2,6 derniers millions d'années, est connue sous le nom de période quaternaire. C'est une période importante pour nous car elle englobe toute la période d'existence des humains – notre espèce a évolué il y a environ 200 000 ans. Nous examinerons en détail comment le climat a changé au cours de cette période. En comprenant les processus naturels récents du changement climatique, nous pourrons mieux comprendre pourquoi les scientifiques attribuent les changements actuellement observés dans le climat mondial comme étant le résultat de l'activité humaine.

Climat quaternaire — Informations provenant des carottes de glace

Comment connaît-on le climat quaternaire ? Après tout, la majeure partie de la période est antérieure à l'existence humaine, et nous n'avons enregistré les conditions climatiques que depuis quelques siècles. Les scientifiques sont capables de porter des jugements éclairés sur les climats du passé lointain en utilisant des données indirectes. Les données proxy sont des informations sur le climat qui s'accumulent à travers des phénomènes naturels. Dans le module précédent, par exemple, nous avons expliqué comment des fossiles de crocodiles vieux de 60 millions d'années ont été découverts dans le Dakota du Nord. Cela nous donne des informations indirectes sur le climat de la période - que le climat de la région était plus chaud qu'il ne l'est aujourd'hui. Bien qu'elles ne soient pas aussi précises que les données climatiques enregistrées par des instruments (tels que des thermomètres), des données indirectes ont été récupérées à partir d'un large éventail de sources naturelles et fournissent une image étonnamment précise du changement climatique à travers le temps.

Un enregistrement très détaillé des conditions climatiques passées a été récupéré des grandes calottes glaciaires du Groenland et de l'Antarctique. Ces calottes glaciaires sont formées par la neige tombant à la surface de la glace et recouvertes par les chutes de neige subséquentes. La neige comprimée se transforme en glace. Il fait si froid dans ces régions polaires que la glace ne fond pas même en été. La glace peut donc s'accumuler sur des centaines de milliers d'années. Parce que la glace à des profondeurs inférieures a été produite par des chutes de neige de plus en plus précoces, l'âge de la glace augmente avec la profondeur et la glace la plus jeune est à la surface. La calotte glaciaire de l'Antarctique a jusqu'à trois milles d'épaisseur. Il faut beaucoup de temps pour accumuler autant de glace, et la plus ancienne glace trouvée au fond de la calotte glaciaire de l'Antarctique a environ 800 000 ans.

Les scientifiques forent dans ces calottes glaciaires pour extraire carottes de glace, qui enregistrent des informations sur les climats passés. Chiffre Carottes de glace montre à quoi ressemblent ces noyaux lorsqu'ils sont ouverts. Comme les cernes des arbres, les carottes de glace indiquent des années de croissance. Notez comment la carotte centrale (qui a nécessité plus d'un kilomètre de forage pour être extraite !) a des couches distinctes, car les saisons laissent une empreinte dans les couches de neige. Les scientifiques peuvent utiliser cette empreinte pour aider à calculer l'âge de la glace à différentes profondeurs, bien que la tâche devienne plus difficile à mesure que la carotte est profonde, car les couches de glace deviennent plus comprimées. La glace enregistre plusieurs types d'informations climatiques : la température du noyau, les propriétés de l'eau qui composent la glace, la poussière piégée et les minuscules bulles ensevelies de l'atmosphère ancienne.

Carottes de glace Trois sections différentes d'une carotte de glace. Les couches saisonnières sont plus claires dans la section médiane (notez les bandes sombres et claires). La section la plus profonde (noyau inférieur) est prélevée à près de deux milles de profondeur et est colorée en brun par des débris rocheux du sol sous la glace. Source : Laboratoire national des carottes de glace

Les molécules d'eau qui composent la glace enregistrent des informations sur la température de l'atmosphère. Chaque molécule d'eau est composée de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène (et a donc le nom chimique H2O). Tous les atomes d'oxygène ne sont pas les mêmes, mais certains sont "légers" et d'autres sont "lourds". Ces différents types d'oxygène sont appelés isotopes, qui sont des atomes qui ont le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons. L'isotope lourd de l'oxygène (oxygène 18 ou 18 O) est plus de 10 % plus lourd que l'isotope léger (oxygène 16 ou 16 O). Cela signifie que certaines molécules d'eau pèsent plus que d'autres. Ceci est important car les molécules d'eau plus légères s'évaporent plus facilement de l'océan, et une fois dans l'atmosphère, les molécules d'eau plus lourdes sont plus susceptibles de se condenser et de tomber sous forme de précipitations. Comme on peut le voir sur la figure Schéma de l'oxygène, l'eau des calottes glaciaires est plus légère (contient une proportion plus élevée de 16 O par rapport à 18 O) que l'eau des océans.

Le processus de différenciation entre les molécules d'eau lourdes et légères dépend de la température. Si l'atmosphère est chaude, il y a plus d'énergie disponible pour s'évaporer et retenir l'eau 18 O plus lourde dans l'atmosphère, de sorte que la neige qui tombe sur les calottes glaciaires polaires est relativement plus élevée en 18 O. Lorsque l'atmosphère est froide, la quantité de l'énergie est moindre, et donc moins de 18 O se rend aux pôles pour être transformé en glace glaciaire. Nous pouvons comparer la quantité de 18 O dans différentes parties de la carotte de glace pour voir comment la température de l'atmosphère - le climat - a changé.

Schéma de l'oxygène L'eau devient plus légère en se déplaçant vers les pôles. L'eau lourde (18O) tombe de l'atmosphère (sous forme de pluie ou de neige) avant d'atteindre la calotte glaciaire. Cela signifie que la neige qui forme la glace glaciaire est plus légère que l'eau de mer (elle a plus de 16O que 18O, par rapport à l'eau de mer). Source : Robert Simmon, NASA GSFC, NASA Earth Observatory

Chiffre Température de l'ère glaciaire montre à quoi ressemble cet enregistrement au cours des 400 000 dernières années. Les lignes bleues et vertes représentent deux carottes de glace antarctiques différentes (prises de glace à environ 350 milles l'une de l'autre) et les variations des isotopes de l'oxygène sont converties en changements de température. L'axe des y montre que le changement de température d'aujourd'hui est à zéro, la ligne pointillée. Notez que le climat de la Terre n'a pas été stable ! Parfois, la température est plus élevée qu'aujourd'hui - les lignes bleues et vertes sont plus élevées que les pointillés il y a environ 120 000 ans, par exemple. Cependant, la plupart du temps, le climat est beaucoup plus froid qu'aujourd'hui : la valeur la plus courante est d'environ -6 o C (-13 o F). En moyenne, la température de la Terre entre 25 000 et 100 000 ans était inférieure d'environ 6 °C à ce qu'elle est aujourd'hui. Ces changements peuvent être revérifiés en mesurant directement la température de la glace dans les carottes. La glace vieille de 30 000 ans est en effet plus froide que la glace fabriquée aujourd'hui, comme le prédisent les données isotopiques.

Température de l'ère glaciaire Les lignes bleues et vertes représentent deux carottes de glace antarctiques différentes (prises de glace à environ 350 milles l'une de l'autre) et les variations des isotopes de l'oxygène sont converties en changements de température. La ligne rouge représente le volume global de glace. L'axe des y montre que le changement de température d'aujourd'hui est à zéro - la ligne pointillée. Source : Robert A. Rohde

Cinq Myr Changement Climatique Une comparaison de l'âge des sédiments (axe des x) et du changement de température au fil du temps (axe des y de gauche) dérivé des rapports isotopiques de l'oxygène (axe des y de droite). La ligne pointillée montre le climat d'aujourd'hui. A noter que le climat se refroidit depuis quelques millions d'années, mais il est très variable. Au cours du dernier million d'années, le climat a alterné entre des conditions chaudes et fraîches sur une échelle de temps de 100 000 ans (cycle de 8220100 kyr), avant cela, il a alterné sur un cycle de 41 000 ans. Ces deux durées de période sont les mêmes que les cycles de Milankovitch. Ces carottes suggèrent que la température d'aujourd'hui est plus élevée que la quasi-totalité de celle du Quaternaire (les 2,6 derniers millions d'années). Source : Jo Weber

On pense que les changements climatiques enregistrés dans les calottes glaciaires sont mondiaux. Les mêmes changements climatiques observés en Antarctique se retrouvent également dans des carottes prélevées au Groenland, qui se trouve de l'autre côté de la Terre. Les données isotopiques peuvent également être extraites des sédiments prélevés dans le fond de l'océan, partout sur la planète, et ces carottes montrent également les mêmes changements climatiques, alternant entre froid et chaud. Parce que les sédiments océaniques se déposent sur des millions d'années, les sédiments peuvent donner une indication du climat sur l'ensemble du Quaternaire et au-delà. Chiffre Cinq Myr Changement Climatique montre comment la température a changé au fil du temps (ligne bleue), par rapport à aujourd'hui (ligne pointillée). La température s'est, en moyenne, refroidie au cours du Quaternaire, mais elle semble également osciller entre des périodes chaudes et froides. Nous étudierons ces changements périodiques dans la section suivante de ce chapitre.

Au fur et à mesure que la neige qui tombe s'accumule sur le sol, de minuscules bulles d'air s'y emprisonnent. Ces bulles sont retenues lorsque la neige se transforme en glace et constituent de minuscules échantillons de l'atmosphère ancienne qui peuvent être analysés pour déterminer si les changements de température (tels qu'enregistrés dans les isotopes de l'oxygène) sont liés aux changements dans l'atmosphère. La température enregistrée par les isotopes dans la glace est directement liée à la quantité de dioxyde de carbone dans l'air piégé (Figure Vostok Petit Data) : les périodes avec plus de dioxyde de carbone sont aussi des périodes de haute température.

La neige qui tombe capture et ensevelit également la poussière atmosphérique, qui est la couche arable née en altitude par le vent, et qui est particulièrement répandue pendant les sécheresses. Le fait qu'il y ait plus de poussière dans la glace accumulée pendant les périodes froides suggère que le climat glaciaire était sec, ainsi que froid.

Vostok Petit Data Ces graphiques illustrent comment les changements de température, déduits des changements des rapports isotopiques (ligne bleue), correspondent aux changements du dioxyde de carbone atmosphérique (ligne verte) et de la poussière (ligne rouge) au cours des 400 000 dernières années, tels qu'enregistrés dans une carotte de glace extraite de Antarctique. Le dioxyde de carbone varie directement avec la température – plus le climat est chaud, plus le niveau de dioxyde de carbone est élevé. La poussière atmosphérique est la plus élevée pendant les périodes les plus froides (comme il y a 25 000 et 150 000 ans). Source : William M. Connolley a produit une figure à partir des données de la National Oceanic and Atmospheric Administration, U.S. Department of Commerce, Paleoclimatology branch, Vostok Ice Core Data.

Climat quaternaire — Cyclisme entre glaciaires et interglaciaires

Terre de l'ère glaciaire Une impression d'artiste de la Terre pendant une période glaciaire. Notez que les parties nord de l'Amérique du Nord et de l'Europe (y compris le Canada et la Scandinavie) sont entièrement recouvertes de calottes glaciaires. Source : Ittiz

Au cours du Quaternaire, la Terre a oscillé entre des périodes glaciaires (parfois appelées « âges glaciaires ») et des périodes interglaciaires. La glace était à son extrémité la plus récente il y a environ 20 000 ans, à une période connue sous le nom de dernier maximum glaciaire, ou LGM. Comme nous pouvons le voir sur l'enregistrement des carottes de glace, le climat quaternaire est généralement froid (voir Figure Température de l'ère glaciaire), avec de longues périodes de froid ponctuées de périodes plus courtes (10 000 ans environ) de conditions plus chaudes, comme celles que nous connaissons aujourd'hui. À bien des égards, notre climat actuel est exceptionnel – pendant la majeure partie de l'existence humaine, la Terre a été un endroit beaucoup plus froid.

Comment était la Terre pendant ces périodes glaciaires ? Presque tout le monde était froid, les températures moyennes étaient d'environ 6 o C (-13 o F) plus froides qu'aujourd'hui. De telles conditions permettent aux calottes glaciaires de se développer - une grande partie de l'Amérique du Nord, de l'Asie et de l'Europe étaient recouvertes de glace d'un kilomètre d'épaisseur Terre de l'ère glaciaire). Parce que cette glace était constituée d'eau qui se trouvait autrefois dans les océans, le niveau de la mer était beaucoup plus bas. Au LGM, le niveau de la mer était d'environ 120 mètres (ou environ 400 pieds) plus bas qu'aujourd'hui. Au fur et à mesure que les mers se retiraient, les continents se sont agrandis, créant des ponts terrestres qui unissaient l'Asie à l'Amérique du Nord, la Grande-Bretagne à l'Europe et l'Australie à la Papouasie-Nouvelle-Guinée.

Pendant les périodes glaciaires, le climat était également beaucoup plus sec, comme en témoigne l'augmentation de la poussière atmosphérique (Figure Vostok Petit Data). Les terres aux pôles et à proximité étaient couvertes de glace et les prairies sèches occupaient des zones où se trouvent aujourd'hui des forêts tempérées. Les déserts étaient beaucoup plus grands qu'ils ne le sont maintenant, et les forêts tropicales humides, ayant moins d'eau et moins de chaleur, étaient petites. Les animaux et les plantes des périodes glaciaires étaient différents dans leur répartition de ce qu'ils sont aujourd'hui, car ils étaient adaptés à ces différentes conditions. Fossiles de mastodontes (figure chevalier mastodonte) ont été trouvés dans tout ce qui est aujourd'hui les États-Unis, y compris en Floride, qui bénéficie actuellement d'un climat subtropical.

chevalier mastodonte Une impression d'artiste d'un Mastodon, un mammifère ressemblant à un éléphant avec un épais manteau laineux. Des fossiles de mastodontes datant des périodes glaciaires passées ont été trouvés dans toute l'Amérique du Nord, de la Floride à l'Alaska. Source : Charles R. Knight

Pendant les périodes glaciaires, les humains auraient été incapables d'occuper le globe comme ils le font aujourd'hui, car toutes les masses continentales ont connu des conditions climatiques différentes. Certains pays du présent ne pourraient pas exister, car ils seraient presque entièrement recouverts de glace. À titre d'exemples, recherchez le Canada, l'Islande et le Royaume-Uni dans la figure Calotte glaciaire du nord 800pn.

Cycles de Milankovitch

Pourquoi la Terre a-t-elle traversé des climats chauds et froids tout au long du Quaternaire ? Comme nous l'avons appris dans le module précédent, le climat de la Terre est contrôlé par plusieurs facteurs différents : l'ensoleillement, les gaz à effet de serre et l'albédo sont tous importants. Les scientifiques pensent que les changements d'insolation sont responsables de ces fluctuations climatiques, et l'insolation varie en raison des oscillations de l'orbite terrestre.

L'orbite de la Terre n'est pas fixe - elle change régulièrement au fil du temps. Ces changements périodiques de l'orbite terrestre nommés sont appelés cycles de Milankovitch et sont illustrés à la figure Cycles de Milankovitch. Les changements dans l'orbite de la Terre modifient le modèle d'insolation que la Terre reçoit. L'orbite de la Terre varie de trois manières principales :

    (ou alors Forme orbitale). L'orbite de la Terre n'est pas parfaitement circulaire, mais suit plutôt une ellipse. Cela signifie que la Terre est, au cours de l'année, parfois plus proche et parfois plus éloignée du Soleil. Actuellement, la Terre est la plus proche du Soleil début janvier et la plus éloignée du Soleil début juillet. Cela modifie la quantité d'insolation de quelques pour cent, de sorte que les saisons de l'hémisphère nord sont légèrement plus douces qu'elles ne le seraient si l'orbite était circulaire (étés plus frais et hivers plus chauds). La forme orbitale change avec le temps : la Terre se déplace entre une forme presque circulaire et une forme légèrement elliptique. Il y a deux périodes principales au cours desquelles ce changement se produit, l'une prend environ 100 000 ans (c'est le temps pendant lequel l'orbite passe d'être circulaire, à elliptique, et redevient circulaire), une autre prend environ 400 000 ans. (ou Obliquité).L'axe de la Terre tourne à un angle par rapport à son orbite autour du Soleil - actuellement cet angle est de 23,5 degrés (cet angle est connu sous le nom de inclinaison axiale). Cette différence d'orbite crée les saisons (car chaque hémisphère s'incline à tour de rôle vers et loin du Soleil au cours de l'année). Si l'axe de rotation s'alignait avec la direction de l'orbite terrestre (de sorte que l'angle d'inclinaison était nul), il n'y aurait pas de saisons ! Cette inclinaison axiale évolue également dans le temps, variant entre 22,1 et 24,5 degrés. Plus l'angle est grand, plus la différence de température entre l'été et l'hiver est importante. Il faut environ 41 000 ans pour que l'inclinaison axiale passe d'un extrême à l'autre, et inversement. Actuellement, l'inclinaison axiale est à mi-chemin entre les deux extrêmes et diminue, ce qui rendra les saisons plus faibles (étés plus frais et hivers plus chauds) au cours des 20 000 prochaines années. La direction de l'axe de rotation de la Terre change également au fil du temps par rapport aux étoiles. Actuellement, le pôle Nord pointe vers l'étoile Polaris, mais l'axe de rotation alterne entre le pointage vers cette étoile et l'étoile Vega. Cela a un impact sur le climat de la Terre car il détermine le moment où les saisons se produisent sur l'orbite de la Terre. Lorsque l'axe pointe vers Vega, l'été le plus élevé de l'hémisphère nord se situe en janvier et non en juillet. Si cela était vrai aujourd'hui, cela signifierait que l'hémisphère Nord connaîtrait des saisons plus extrêmes, car janvier est le moment où la Terre est la plus proche du Soleil (comme discuté ci-dessus dans l'excentricité). Ce cycle dure environ 20 000 ans.

Les trois cycles décrits ci-dessus ont des périodes différentes, qui sont toutes longues selon les normes humaines : 20 000, 40 000, 100 000 et 400 000 ans. Si nous regardons les données de température des carottes de glace et de sédiments, nous voyons que ces périodes se reflètent dans le climat de la Terre. Au cours du dernier million d'années, l'excentricité de 100 000 ans de l'orbite a déterminé le moment des glaciations, et avant cela, l'inclinaison axiale de 40 000 ans était dominante (Figure Cinq Myr Changement Climatique). Ces cycles sont importants depuis longtemps, les géologues ont même trouvé des preuves de ces périodes dans des roches vieilles de centaines de millions d'années.

Mais comment les Cycles Milankovitch changent-ils notre climat ? Ces cycles orbitaux n'ont pas beaucoup d'impact sur la le total l'insolation que reçoit la Terre : ils ne changent que la Horaire de cet ensoleillement. Étant donné que l'insolation totale ne change pas, ces variations orbitales ont le pouvoir de rendre les saisons de la Terre plus fortes ou plus faibles, mais la température annuelle moyenne devrait rester la même. La meilleure explication des changements à long terme de la température annuelle moyenne est que les cycles de Milankovitch initient une rétroaction positive qui amplifie le petit changement d'insolation.

L'insolation et l'albédo

Aujourd'hui, l'orbite de la Terre n'est pas très excentrique (elle est presque circulaire), mais au début de chacune des périodes glaciaires récentes, l'orbite était beaucoup plus elliptique. Cela signifiait que la Terre était plus éloignée du soleil pendant les étés de l'hémisphère nord, réduisant l'insolation totale. Un ensoleillement plus faible signifiait que les mois d'été étaient plus doux qu'ils ne le seraient autrement, avec des températures plus fraîches. Les températures estivales étaient également plus basses lorsque l'inclinaison axiale de la Terre était plus petite, de sorte que les deux paramètres orbitaux différents pouvaient se renforcer mutuellement, produisant dans ce cas des étés particulièrement doux.

On pense que ces étés nordiques doux ont produit une rétroaction d'albédo qui a fait glisser la planète entière dans une ère glaciaire. L'hémisphère nord a des continents proches des pôles : l'Europe, l'Asie et l'Amérique du Nord. Aujourd'hui, ces continents ont des climats largement tempérés. Pendant l'hiver, la neige tombe sur une grande partie du territoire (voir la figure Surface de la Terre en février avec la couverture nuageuse supprimée dans le module précédent) pour ne fondre que pendant les mois d'été. Si les étés ne sont pas assez chauds pour faire fondre toute la neige et la glace, les glaciers peuvent avancer, couvrant une plus grande partie du territoire. Parce que la glace a un albédo élevé, plus de lumière solaire est réfléchie qu'auparavant et la Terre devient plus froide. Cela crée une rétroaction positive, car les conditions plus froides permettent à la glace d'avancer davantage, ce qui, à son tour, augmente l'albédo et refroidit la Terre ! Finalement, une grande partie des continents du nord se sont recouverts de glace (figure Calotte glaciaire du nord 800pn).

Calotte glaciaire du nord 800pn Couverture glaciaire (bleu clair) de l'hémisphère nord pendant les périodes glaciaires. Source : Hannes Grobe

Ce processus de rétroaction positive fonctionne également dans l'autre sens. Les périodes interglaciaires sont inaugurées lorsque les paramètres orbitaux créent des étés exceptionnellement chauds, qui font fondre une partie de la glace. Lorsque les calottes glaciaires rétrécissent, l'albédo de la Terre diminue, ce qui réchauffe davantage le système. Les calottes glaciaires géantes du nord se sont recroquevillées en quelques milliers d'années alors que les étés chauds et la diminution de l'albédo travaillaient ensemble.

Ces cycles de refroidissement et de réchauffement alternés sont également liés aux changements de la quantité de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Comme nous l'avons observé sur la figure Vostok Petit Data, le climat contient des niveaux plus élevés de dioxyde de carbone pendant les périodes interglaciaires. Bien que cela semble logique - le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre et devrait donc produire des climats plus chauds - c'est aussi un casse-tête, car on ne sait pas comment les changements dans les cycles de Milankovitch conduisent à des niveaux plus élevés de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Il est clair que ces changements de dioxyde de carbone sont importants pour rendre le changement de température entre les périodes interglaciaires et glaciaires si extrême. Plusieurs hypothèses différentes ont été proposées pour expliquer pourquoi les périodes glaciaires produisent des niveaux inférieurs de dioxyde de carbone (cela peut être lié à la façon dont les changements physiques influencent la capacité des écosystèmes terrestres à absorber le dioxyde de carbone : peut-être que le niveau inférieur de la mer augmente l'apport de nutriments dans l'océan , ou la baisse du niveau de la mer détruit les récifs coralliens, ou la poussière riche en fer des nouveaux déserts fertilise les océans) mais des travaux supplémentaires sur cette question restent à faire.

Nous sommes tous préoccupés par le fait qu'il existe des lacunes dans notre compréhension du fonctionnement des rétroactions entre l'insolation, l'albédo et les gaz à effet de serre, car il est difficile de prédire à quoi pourraient conduire les conséquences de tout changement dans le système climatique. Le niveau actuel de dioxyde de carbone atmosphérique est sans précédent dans l'expérience humaine, il est au plus haut niveau jamais enregistré au Quaternaire. L'augmentation actuelle des gaz à effet de serre entraînera-t-elle un retour positif, réchauffant encore plus la Terre ?

Questions de révision

Dans le texte, nous discutons de la façon dont la glace polaire a un rapport 18 O à 16 O plus petit (c'est-à-dire qu'elle contient proportionnellement moins d'eau isotopique lourde) que l'eau de l'océan. L'hydrogène a également des isotopes, les deux plus courants étant l'hydrogène-1 (1 H) et l'hydrogène-2 (2 H, également connu sous le nom de deutérium). L'eau est composée à la fois d'hydrogène et d'oxygène, et les scientifiques analysent les deux éléments lors de l'examen des carottes de glace. Prévoyez-vous que les calottes glaciaires polaires auraient un rapport plus élevé ou un rapport inférieur de 1 H à 2 H que l'eau de l'océan ? Les températures mondiales plus froides augmenteront-elles ou diminueront-elles la quantité de 2 H dans la glace polaire ?

Dans le texte, nous discutons de la façon dont la glace polaire a un rapport 18 O à 16 O plus petit (c'est-à-dire qu'elle contient proportionnellement moins d'eau à isotopes lourds) lorsque le climat est plus frais. Nous discutons également de la façon dont les changements dans le rapport du rapport 18 O à 16 O dans les carottes de sédiments peuvent également être utilisés pour déterminer la température moyenne du climat. Dans les sédiments océaniques, le rapport de 18 O à 16 O augmente lorsque le climat est plus frais (c'est-à-dire qu'il contient proportionnellement plus d'eau isotopique lourde). Expliquez pourquoi les rapports isotopiques dans les sédiments océaniques ont la réaction opposée à ceux de la glace polaire.

Il y a trois façons différentes dont l'orbite de la Terre change au fil du temps. Quelle combinaison de paramètres orbitaux serait la plus susceptible de déclencher une ère glaciaire ? (Indice : les périodes glaciaires nécessitent des étés frais dans le nord.)


Pourquoi la Terre met-elle 365 jours pour orbiter autour du soleil ?

Terre est plus proche du Soleil et tourne environ il dans environ 365 jours. Phrases: Terre tourne autour du Soleil dans 365 jours, 5 heures, 59 minutes et 16 secondes. Le temps un la planète prend à tourner autour du soleil s'appelle un an.

De plus, la terre met-elle exactement 24 heures pour tourner ? rotation de la terre est le rotation de la planète Terre autour de son propre axe. La terre tourne une fois sur 24 heures par rapport au Soleil, mais une fois tous les 23 les heures, 56 minutes et 4 secondes par rapport aux autres étoiles distantes (voir ci-dessous). rotation de la terre ralentit légèrement avec le temps ainsi, une journée était plus courte dans le passé.

Sachez également combien de temps la Terre met-elle pour orbiter autour du soleil ?

L'orbite de la Terre se rapproche-t-elle du Soleil ?

Nous ne sommes pas se rapprocher au Soleil, mais les scientifiques ont montré que la distance entre le Soleil et le Terre change. le Soleil brille en brûlant son propre carburant, ce qui lui fait perdre lentement de la puissance, de la masse et de la gravité. Le soleil une gravité plus faible à mesure qu'il perd de la masse provoque la Terre lentement bouge toi loin d'elle.


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Les humains jouent un rôle clé dans la biosphère, l'importante population humaine dominant de nombreux écosystèmes de la Terre. [3] Cela a entraîné une extinction de masse généralisée et continue d'autres espèces au cours de l'époque géologique actuelle, maintenant connue sous le nom d'extinction de l'Holocène. La perte à grande échelle d'espèces causée par l'influence humaine depuis les années 1950 a été qualifiée de crise biotique, avec environ 10 % du total des espèces perdues en 2007. [6] Aux taux actuels, environ 30 % des espèces sont en péril. d'extinction dans les cent prochaines années. [17] L'événement d'extinction de l'Holocène est le résultat de la destruction de l'habitat, de la distribution généralisée des espèces envahissantes, de la chasse et du changement climatique. [18] [19] De nos jours, l'activité humaine a eu un impact significatif sur la surface de la planète. Plus d'un tiers de la surface terrestre a été modifié par les actions humaines, et les humains utilisent environ 20 % de la production primaire mondiale. [4] La concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère a augmenté de près de 50 % depuis le début de la révolution industrielle. [3] [20]

Les conséquences d'une crise biotique persistante devraient durer au moins cinq millions d'années. [7] Il pourrait en résulter un déclin de la biodiversité et une homogénéisation des biotes, accompagnés d'une prolifération d'espèces opportunistes, comme les ravageurs et les adventices. De nouvelles espèces peuvent également émerger, en particulier des taxons qui prospèrent dans les écosystèmes dominés par l'homme peuvent rapidement se diversifier en de nombreuses nouvelles espèces. Les microbes sont susceptibles de bénéficier de l'augmentation des niches environnementales enrichies en nutriments. Aucune nouvelle espèce de grands vertébrés existants n'est susceptible d'apparaître et les chaînes alimentaires seront probablement raccourcies. [5] [21]

Il existe plusieurs scénarios de risques connus qui peuvent avoir un impact global sur la planète. Du point de vue de l'humanité, ceux-ci peuvent être subdivisés en risques survivables et risques terminaux. Les risques que les humains se posent comprennent le changement climatique, l'utilisation abusive de la nanotechnologie, un holocauste nucléaire, une guerre avec une superintelligence programmée, une maladie génétiquement modifiée ou une catastrophe causée par une expérience de physique. De même, plusieurs événements naturels peuvent constituer une menace apocalyptique, notamment une maladie hautement virulente, l'impact d'un astéroïde ou d'une comète, un effet de serre incontrôlé et l'épuisement des ressources. Il peut également y avoir la possibilité d'une infestation par une forme de vie extraterrestre. [22] Les probabilités réelles que ces scénarios se produisent sont difficiles, voire impossibles à déduire. [8] [9]

Si l'espèce humaine s'éteint, alors les diverses caractéristiques assemblées par l'humanité commenceront à se dégrader. Les plus grandes structures ont une demi-vie de désintégration estimée à environ 1 000 ans. Les dernières structures survivantes seraient très probablement des mines à ciel ouvert, de grandes décharges, des autoroutes principales, de larges tranchées de canaux et des barrages à flanc de remblai. Quelques monuments de pierre massifs comme les pyramides de la nécropole de Gizeh ou les sculptures du mont Rushmore peuvent encore survivre sous une forme ou une autre après un million d'années. [9] [un]

Alors que le Soleil orbite autour de la Voie lactée, les étoiles errantes peuvent s'approcher suffisamment près pour avoir une influence perturbatrice sur le système solaire. [23] Une rencontre stellaire rapprochée peut entraîner une réduction significative des distances de périhélie des comètes dans le nuage d'Oort, une région sphérique de corps glacés en orbite à moins d'une demi-année-lumière du Soleil. [24] Une telle rencontre peut déclencher une multiplication par 40 du nombre de comètes atteignant le système solaire interne. Les impacts de ces comètes peuvent déclencher une extinction massive de la vie sur Terre. Ces rencontres perturbatrices se produisent en moyenne une fois tous les 45 millions d'années. [25] Le temps moyen pour que le Soleil entre en collision avec une autre étoile dans le voisinage solaire est d'environ 30 000 milliards (3 × 10 13 ) d'années, ce qui est beaucoup plus long que l'âge estimé de l'Univers, à environ 13,8 milliards d'années. Cela peut être considéré comme une indication de la faible probabilité qu'un tel événement se produise pendant la durée de vie de la Terre. [26]

L'énergie libérée par l'impact d'un astéroïde ou d'une comète d'un diamètre de 5 à 10 km (3 à 6 mi) ou plus est suffisante pour créer une catastrophe environnementale mondiale et provoquer une augmentation statistiquement significative du nombre d'extinctions d'espèces. Parmi les effets délétères résultant d'un événement d'impact majeur se trouve un nuage de fines poussières éjectées recouvrant la planète, empêchant une partie de la lumière directe du soleil d'atteindre la surface de la Terre, abaissant ainsi les températures terrestres d'environ 15 °C (27 °F) en une semaine et arrêtant la photosynthèse. pendant plusieurs mois (semblable à un hiver nucléaire). Le temps moyen entre les impacts majeurs est estimé à au moins 100 millions d'années. Au cours des 540 derniers millions d'années, des simulations ont démontré qu'un tel taux d'impact est suffisant pour provoquer cinq ou six extinctions de masse et 20 à 30 événements de moindre gravité. Cela correspond au dossier géologique des extinctions importantes au cours de l'éon phanérozoïque. On peut s'attendre à ce que de tels événements se poursuivent. [27]

Une supernova est l'explosion cataclysmique d'une étoile. Dans la galaxie de la Voie lactée, des explosions de supernova se produisent en moyenne une fois tous les 40 ans. [28] Au cours de l'histoire de la Terre, plusieurs événements de ce type se sont probablement produits à une distance de 100 années-lumière, connus sous le nom de supernova proche de la Terre. Les explosions à l'intérieur de cette distance peuvent contaminer la planète avec des radio-isotopes et éventuellement avoir un impact sur la biosphère. [29] Les rayons gamma émis par une supernova réagissent avec l'azote dans l'atmosphère, produisant des oxydes nitreux. Ces molécules provoquent un appauvrissement de la couche d'ozone qui protège la surface des rayons ultraviolets (UV) du Soleil. Une augmentation du rayonnement UV-B de seulement 10 à 30% est suffisante pour provoquer un impact significatif sur la vie, en particulier sur le phytoplancton qui forme la base de la chaîne alimentaire océanique. Une explosion de supernova à une distance de 26 années-lumière réduira de moitié la densité de la colonne d'ozone. En moyenne, une explosion de supernova se produit dans les 32 années-lumière une fois tous les quelques centaines de millions d'années, entraînant un appauvrissement de la couche d'ozone pendant plusieurs siècles. [30] Au cours des deux prochains milliards d'années, il y aura environ 20 explosions de supernova et un sursaut de rayons gamma qui auront un impact significatif sur la biosphère de la planète. [31]

L'effet incrémentiel des perturbations gravitationnelles entre les planètes fait que le système solaire interne dans son ensemble se comporte de manière chaotique sur de longues périodes. Cela n'affecte pas de manière significative la stabilité du système solaire sur des intervalles de quelques millions d'années ou moins, mais sur des milliards d'années, les orbites des planètes deviennent imprévisibles. Les simulations informatiques de l'évolution du système solaire au cours des cinq prochains milliards d'années suggèrent qu'il y a une faible probabilité (moins de 1 %) qu'une collision puisse se produire entre la Terre et Mercure, Vénus ou Mars. [32] [33] Pendant le même intervalle, les chances que la Terre soit dispersée hors du système solaire par une étoile qui passe sont de l'ordre de 1 sur 100 000 (0,001%). Dans un tel scénario, les océans se solidifieraient en quelques millions d'années, ne laissant que quelques poches d'eau liquide à environ 14 km (8,7 mi) sous terre. Il y a une faible chance que la Terre soit plutôt capturée par un système d'étoiles binaires, permettant à la biosphère de la planète de rester intacte. Les chances que cela se produise sont d'environ 1 sur 3 millions. [34]

Les perturbations gravitationnelles des autres planètes du système solaire se combinent pour modifier l'orbite de la Terre et l'orientation de son axe de rotation. Ces changements peuvent influencer le climat planétaire. [10] [35] [36] [37] Malgré de telles interactions, des simulations très précises montrent que dans l'ensemble, l'orbite de la Terre est susceptible de rester dynamiquement stable pendant des milliards d'années dans le futur. Dans les 1 600 simulations, le demi-grand axe, l'excentricité et l'inclinaison de la planète sont restés presque constants. [38]

Glaciation Modifier

Historiquement, il y a eu des périodes glaciaires cycliques au cours desquelles les couches glaciaires recouvraient périodiquement les latitudes plus élevées des continents. Des périodes glaciaires peuvent survenir en raison des changements dans la circulation océanique et la continentalité induits par la tectonique des plaques. [39] La théorie de Milankovitch prédit que les périodes glaciaires se produisent pendant les périodes glaciaires en raison de facteurs astronomiques en combinaison avec des mécanismes de rétroaction climatique. Les principaux moteurs astronomiques sont une excentricité orbitale supérieure à la normale, une faible inclinaison axiale (ou obliquité) et l'alignement du solstice d'été avec l'aphélie. [10] Chacun de ces effets se produit de manière cyclique. Par exemple, l'excentricité change au cours de cycles de temps d'environ 100 000 et 400 000 ans, avec une valeur allant de moins de 0,01 à 0,05. [40] [41] Cela équivaut à un changement de l'axe semi-mineur de l'orbite de la planète de 99,95 % de l'axe semi-majeur à 99,88 %, respectivement. [42]

La Terre traverse une période glaciaire connue sous le nom de glaciation quaternaire et se trouve actuellement dans la période interglaciaire holocène. Cette période devrait normalement se terminer dans environ 25 000 ans. [37] Cependant, le taux accru de dioxyde de carbone libéré dans l'atmosphère par les humains peut retarder le début de la prochaine période glaciaire jusqu'à au moins 50 000 à 130 000 ans. D'un autre côté, une période de réchauffement planétaire de durée limitée (basée sur l'hypothèse que l'utilisation de combustibles fossiles cessera d'ici l'an 2200) n'aura probablement un impact sur la période glaciaire que pendant environ 5 000 ans. Ainsi, une brève période de réchauffement climatique induit par quelques siècles d'émissions de gaz à effet de serre n'aurait qu'un impact limité à long terme. [dix]

Obliquité Modifier

L'accélération des marées de la Lune ralentit la vitesse de rotation de la Terre et augmente la distance Terre-Lune. Les effets de friction—entre le noyau et le manteau et entre l'atmosphère et la surface—peuvent dissiper l'énergie de rotation de la Terre.Ces effets combinés devraient augmenter la durée du jour de plus d'une heure et demie au cours des 250 millions d'années à venir et augmenter l'obliquité d'environ un demi-degré. La distance à la Lune augmentera d'environ 1,5 rayon terrestre au cours de la même période. [43]

Sur la base de modèles informatiques, la présence de la Lune semble stabiliser l'obliquité de la Terre, ce qui peut aider la planète à éviter des changements climatiques dramatiques. [44] Cette stabilité est obtenue parce que la Lune augmente le taux de précession de l'axe de rotation de la Terre, évitant ainsi les résonances entre la précession de la rotation et la précession du plan orbital de la planète (c'est-à-dire le mouvement de précession de l'écliptique). [45] Cependant, à mesure que le demi-grand axe de l'orbite de la Lune continue d'augmenter, cet effet stabilisateur diminuera. À un certain point, les effets de perturbation provoqueront probablement des variations chaotiques de l'obliquité de la Terre, et l'inclinaison axiale peut changer selon des angles aussi élevés que 90° par rapport au plan de l'orbite. Cela devrait se produire entre 1,5 et 4,5 milliards d'années. [11]

Une obliquité élevée entraînerait probablement des changements spectaculaires du climat et pourrait détruire l'habitabilité de la planète. [36] Lorsque l'inclinaison axiale de la Terre dépasse 54°, l'ensoleillement annuel à l'équateur est inférieur à celui des pôles. La planète pourrait rester à une obliquité de 60° à 90° pendant des périodes allant jusqu'à 10 millions d'années. [46]

Les événements basés sur la tectonique continueront de se produire dans le futur et la surface sera régulièrement remodelée par le soulèvement tectonique, les extrusions et l'érosion. On peut s'attendre à ce que le mont Vésuve entre en éruption environ 40 fois au cours des 1 000 prochaines années. Au cours de la même période, environ cinq à sept séismes de magnitude 8 ou plus devraient se produire le long de la faille de San Andreas, tandis qu'environ 50 événements de magnitude 9 peuvent être attendus dans le monde. Le Mauna Loa devrait connaître environ 200 éruptions au cours des 1 000 prochaines années, et le Old Faithful Geyser cessera probablement de fonctionner. Les chutes du Niagara continueront de se retirer en amont, atteignant Buffalo dans environ 30 000 à 50 000 ans. [9]

Dans 10 000 ans, le rebond post-glaciaire de la mer Baltique aura réduit la profondeur d'environ 90 m (300 pi). La baie d'Hudson diminuera en profondeur de 100 m au cours de la même période. [33] Après 100 000 ans, l'île d'Hawaï se sera déplacée d'environ 9 km (5,6 mi) vers le nord-ouest. La planète pourrait entrer dans une autre période glaciaire d'ici là. [9]

Dérive des continents Modifier

La théorie de la tectonique des plaques démontre que les continents de la Terre se déplacent à la surface au rythme de quelques centimètres par an. Cela devrait continuer, provoquant le déplacement et la collision des plaques. La dérive des continents est facilitée par deux facteurs : l'énergie générée au sein de la planète et la présence d'une hydrosphère. Avec la perte de l'un ou de l'autre, la dérive des continents s'arrêtera. [47] La ​​production de chaleur par des processus radiogéniques est suffisante pour maintenir la convection du manteau et la subduction des plaques pendant au moins 1,1 milliard d'années. [48]

À l'heure actuelle, les continents d'Amérique du Nord et du Sud se déplacent vers l'ouest depuis l'Afrique et l'Europe. Les chercheurs ont produit plusieurs scénarios sur la façon dont cela va continuer à l'avenir. [49] Ces modèles géodynamiques se distinguent par le flux de subduction, par lequel la croûte océanique se déplace sous un continent. Dans le modèle d'introversion, le plus jeune, intérieur, de l'océan Atlantique devient préférentiellement subduit et la migration actuelle de l'Amérique du Nord et du Sud est inversée. Dans le modèle d'extraversion, l'océan Pacifique extérieur, plus ancien, reste préférentiellement subduit et l'Amérique du Nord et du Sud migrent vers l'Asie orientale. [50] [51]

Au fur et à mesure que la compréhension de la géodynamique s'améliore, ces modèles seront sujets à révision. En 2008, par exemple, une simulation informatique a été utilisée pour prédire qu'une réorganisation de la convection du manteau se produira au cours des 100 prochains millions d'années, créant un nouveau supercontinent composé de l'Afrique, de l'Eurasie, de l'Australie, de l'Antarctique et de l'Amérique du Sud pour se former autour de l'Antarctique. [52]

Quel que soit le résultat de la migration continentale, le processus de subduction continue entraîne le transport de l'eau vers le manteau. Après un milliard d'années à partir de maintenant, un modèle géophysique donne une estimation que 27% de la masse océanique actuelle aura été subduite. Si ce processus devait se poursuivre sans modification dans le futur, la subduction et la libération atteindraient un équilibre après la subduction de 65% de la masse océanique actuelle. [53]

Introversion Modifier

Christopher Scotese et ses collègues ont cartographié les mouvements prévus plusieurs centaines de millions d'années dans le futur dans le cadre du projet Paleomap. [49] Dans leur scénario, dans 50 millions d'années, la mer Méditerranée pourrait disparaître et la collision entre l'Europe et l'Afrique créera une longue chaîne de montagnes s'étendant jusqu'à l'emplacement actuel du golfe Persique. L'Australie fusionnera avec l'Indonésie et la Basse-Californie glissera vers le nord le long de la côte. De nouvelles zones de subduction peuvent apparaître au large des côtes orientales de l'Amérique du Nord et du Sud, et des chaînes de montagnes se formeront le long de ces côtes. La migration de l'Antarctique vers le nord entraînera la fonte de toutes ses calottes glaciaires. Ceci, ainsi que la fonte des calottes glaciaires du Groenland, augmentera le niveau moyen des océans de 90 m (300 pi). Les inondations intérieures des continents entraîneront des changements climatiques. [49]

Au fur et à mesure que ce scénario se poursuit, d'ici 100 millions d'années à partir de maintenant, l'expansion continentale aura atteint son étendue maximale et les continents commenceront alors à fusionner. Dans 250 millions d'années, l'Amérique du Nord entrera en collision avec l'Afrique. L'Amérique du Sud s'enroulera autour de la pointe sud de l'Afrique. Le résultat sera la formation d'un nouveau supercontinent (parfois appelé Pangea Ultima), avec l'océan Pacifique s'étendant sur la moitié de la planète. L'Antarctique changera de direction et retournera au pôle Sud, créant une nouvelle calotte glaciaire. [54]

Extraversion Modifier

Le premier scientifique à extrapoler les mouvements actuels des continents était le géologue canadien Paul F. Hoffman de l'Université Harvard. En 1992, Hoffman a prédit que les continents d'Amérique du Nord et du Sud continueraient de progresser à travers l'océan Pacifique, pivotant autour de la Sibérie jusqu'à ce qu'ils commencent à fusionner avec l'Asie. Il a surnommé le supercontinent résultant, Amasia. [55] [56] Plus tard, dans les années 1990, Roy Livermore a calculé un scénario similaire. Il a prédit que l'Antarctique commencerait à migrer vers le nord, et que l'Afrique de l'Est et Madagascar traverseraient l'océan Indien pour entrer en collision avec l'Asie. [57]

Dans un modèle d'extraversion, la fermeture de l'océan Pacifique serait complète dans environ 350 millions d'années. [58] Cela marque l'achèvement du cycle supercontinental actuel, dans lequel les continents se séparent puis se rejoignent environ tous les 400 à 500 millions d'années. [59] Une fois le supercontinent construit, la tectonique des plaques peut entrer dans une période d'inactivité car le taux de subduction chute d'un ordre de grandeur. Cette période de stabilité pourrait entraîner une augmentation de la température du manteau de 30 à 100 °C (54 à 180 °F) tous les 100 millions d'années, ce qui est la durée de vie minimale des supercontinents passés. En conséquence, l'activité volcanique peut augmenter. [51] [58]

Supercontinent Modifier

La formation d'un supercontinent peut considérablement affecter l'environnement. La collision des plaques entraînera la formation de montagnes, modifiant ainsi les conditions météorologiques. Le niveau de la mer peut baisser en raison de l'augmentation de la glaciation. [60] Le taux d'altération de la surface peut augmenter, augmentant le taux d'enfouissement de la matière organique. Les supercontinents peuvent provoquer une baisse des températures mondiales et une augmentation de l'oxygène atmosphérique. Ceci, à son tour, peut affecter le climat, abaissant davantage les températures. Tous ces changements peuvent entraîner une évolution biologique plus rapide à mesure que de nouvelles niches émergent. [61]

La formation d'un supercontinent isole le manteau. Le flux de chaleur sera concentré, entraînant un volcanisme et l'inondation de vastes zones de basalte. Des failles se formeront et le supercontinent se divisera à nouveau. [62] La planète peut alors connaître une période de réchauffement comme cela s'est produit pendant la période du Crétacé, [61] qui a marqué l'éclatement du précédent supercontinent Pangée.

Solidification du noyau externe Modifier

La région du noyau riche en fer de la Terre est divisée en un noyau interne solide de 1 220 km (760 mi) de rayon et un noyau externe liquide de 3 480 km (2 160 mi) de rayon. [63] La rotation de la Terre crée des tourbillons de convection dans la région centrale externe qui la font fonctionner comme une dynamo. [64] Cela génère une magnétosphère autour de la Terre qui dévie les particules du vent solaire, ce qui empêche l'érosion significative de l'atmosphère de la pulvérisation. Lorsque la chaleur du noyau est transférée vers l'extérieur vers le manteau, la tendance nette est que la limite interne de la région du noyau externe liquide se fige, libérant ainsi de l'énergie thermique et provoquant la croissance du noyau interne solide. [65] Ce processus de cristallisation du fer est en cours depuis environ un milliard d'années. À l'ère moderne, le rayon du noyau interne augmente à un taux moyen d'environ 0,5 mm (0,02 in) par an, aux dépens du noyau externe. [66] Presque toute l'énergie nécessaire pour alimenter la dynamo est fournie par ce processus de formation du noyau interne. [67]

On peut s'attendre à ce que la croissance du noyau interne consomme la majeure partie du noyau externe d'ici 3 à 4 milliards d'années, ce qui donnera un noyau presque solide composé de fer et d'autres éléments lourds. L'enveloppe liquide survivante sera principalement constituée d'éléments plus légers qui subiront moins de mélange. [68] Alternativement, si à un moment donné la tectonique des plaques prend fin, l'intérieur se refroidira moins efficacement, ce qui peut mettre fin à la croissance du noyau interne. Dans les deux cas, cela peut entraîner la perte de la dynamo magnétique. Sans une dynamo fonctionnelle, le champ magnétique de la Terre se désintégrera dans une période géologiquement courte d'environ 10 000 ans. [69] La perte de la magnétosphère entraînera une augmentation de l'érosion des éléments légers, en particulier de l'hydrogène, de l'atmosphère extérieure de la Terre vers l'espace, entraînant des conditions moins favorables à la vie. [70]

La production d'énergie du Soleil est basée sur la fusion thermonucléaire de l'hydrogène en hélium. Cela se produit dans la région centrale de l'étoile en utilisant le processus de réaction en chaîne proton-proton. Parce qu'il n'y a pas de convection dans le noyau solaire, la concentration d'hélium s'accumule dans cette région sans être distribuée dans toute l'étoile. La température au cœur du Soleil est trop basse pour la fusion nucléaire des atomes d'hélium par le processus triple-alpha, de sorte que ces atomes ne contribuent pas à la génération d'énergie nette nécessaire pour maintenir l'équilibre hydrostatique du Soleil. [71]

À l'heure actuelle, près de la moitié de l'hydrogène du cœur a été consommé, le reste des atomes étant principalement constitué d'hélium. À mesure que le nombre d'atomes d'hydrogène par unité de masse diminue, leur production d'énergie fournie par la fusion nucléaire diminue également. Cela entraîne une diminution du support de pression, ce qui provoque la contraction du noyau jusqu'à ce que l'augmentation de la densité et de la température amène la pression du noyau à l'équilibre avec les couches supérieures. La température plus élevée provoque une fusion plus rapide de l'hydrogène restant, générant ainsi l'énergie nécessaire pour maintenir l'équilibre. [71]

Le résultat de ce processus a été une augmentation constante de la production d'énergie du Soleil. Lorsque le Soleil est devenu une étoile de la séquence principale, il n'a rayonné que 70 % de la luminosité actuelle. La luminosité a augmenté de manière presque linéaire jusqu'à aujourd'hui, augmentant de 1 % tous les 110 millions d'années. [16] De même, dans trois milliards d'années, le Soleil devrait être 33 % plus lumineux. L'hydrogène combustible au cœur sera enfin épuisé dans cinq milliards d'années, alors que le Soleil sera 67 % plus lumineux qu'actuellement. Par la suite, le Soleil continuera à brûler de l'hydrogène dans une enveloppe entourant son noyau jusqu'à ce que la luminosité atteigne 121% au-dessus de la valeur actuelle. Cela marque la fin de la durée de vie de la séquence principale du Soleil, et par la suite, il passera par le stade de sous-géante et évoluera en une géante rouge. [1]

À ce moment-là, la collision des galaxies de la Voie lactée et d'Andromède devrait être en cours. Bien que cela puisse entraîner l'éjection du système solaire de la galaxie nouvellement combinée, il est peu probable que cela ait un effet négatif sur le Soleil ou ses planètes. [73] [74]

Impact climatique Modifier

Le taux d'altération des minéraux silicatés augmentera à mesure que la hausse des températures accélérera les processus chimiques. Cela réduira à son tour le niveau de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, car les réactions avec les minéraux de silicate convertissent le dioxyde de carbone gazeux en carbonates solides. Dans les 600 millions d'années à partir de maintenant, la concentration de dioxyde de carbone tombera en dessous du seuil critique nécessaire pour maintenir C3 photosynthèse : environ 50 parties par million. À ce stade, les arbres et les forêts sous leurs formes actuelles ne pourront plus survivre. [75] Ce déclin de la vie végétale est susceptible d'être un déclin à long terme plutôt qu'une chute brutale. Ce groupe de plantes mourra probablement un par un bien avant que le niveau de 50 parties par million ne soit atteint. Les premières plantes à disparaître seront les herbacées C3, suivies des forêts de feuillus, des forêts de feuillus persistants et enfin des conifères persistants. [76] Cependant, C4 la fixation du carbone peut se poursuivre à des concentrations beaucoup plus faibles, jusqu'à plus de 10 parties par million. Ainsi les plantes utilisant C4 la photosynthèse peut être capable de survivre pendant au moins 0,8 milliard d'années et peut-être jusqu'à 1,2 milliard d'années à partir de maintenant, après quoi la hausse des températures rendra la biosphère non viable. [77] [78] [79] Actuellement, C4 les plantes représentent environ 5% de la biomasse végétale de la Terre et 1% de ses espèces végétales connues. [80] Par exemple, environ 50 % de toutes les espèces de graminées (Poaceae) utilisent le C4 voie photosynthétique, [81] comme le font de nombreuses espèces de la famille herbacée des Amaranthaceae. [82]

Lorsque les niveaux de dioxyde de carbone tombent à la limite où la photosynthèse est à peine soutenable, la proportion de dioxyde de carbone dans l'atmosphère devrait osciller de haut en bas. Cela permettra à la végétation terrestre de s'épanouir chaque fois que le niveau de dioxyde de carbone augmentera en raison de l'activité tectonique et de la respiration de la vie animale. Cependant, la tendance à long terme est que la vie végétale sur terre s'éteigne complètement, car la plupart du carbone restant dans l'atmosphère est séquestré dans la Terre. [83] Certains microbes sont capables de photosynthèse à des concentrations de dioxyde de carbone aussi faibles que 1 partie par million, de sorte que ces formes de vie ne disparaîtraient probablement qu'en raison de la hausse des températures et de la perte de la biosphère. [77]

Les plantes - et, par extension, les animaux - pourraient survivre plus longtemps en élaborant d'autres stratégies telles que nécessiter moins de dioxyde de carbone pour les processus photosynthétiques, devenir carnivores, s'adapter à la dessiccation ou s'associer à des champignons. Ces adaptations sont susceptibles d'apparaître vers le début de la serre humide (voir plus loin). [76]

La perte de la vie végétale supérieure entraînera également la perte éventuelle d'oxygène ainsi que d'ozone en raison de la respiration des animaux, des réactions chimiques dans l'atmosphère, des éruptions volcaniques et des personnes. Cela se traduira par moins d'atténuation des UV endommageant l'ADN, [76] ainsi que par la mort d'animaux. Les premiers animaux à disparaître seraient les grands mammifères, suivis des petits mammifères, des oiseaux, des amphibiens et des gros poissons, des reptiles et des petits poissons, et enfin les invertébrés. Avant que cela ne se produise, on s'attend à ce que la vie se concentre dans des refuges à plus basse température, tels que des altitudes élevées, où moins de surface terrestre est disponible, limitant ainsi la taille des populations. Les petits animaux survivraient mieux que les plus gros en raison de leurs besoins moindres en oxygène, tandis que les oiseaux s'en tireraient mieux que les mammifères grâce à leur capacité à parcourir de grandes distances à la recherche de températures plus fraîches. Sur la base de la demi-vie de l'oxygène dans l'atmosphère, la vie animale durerait au plus 100 millions d'années après la disparition des plantes supérieures. [12] Cependant, la vie animale peut durer beaucoup plus longtemps puisque plus de 50% de l'oxygène est actuellement produit par le phytoplancton.

Dans leur travail La vie et la mort de la planète Terre, les auteurs Peter D. Ward et Donald Brownlee ont soutenu qu'une certaine forme de vie animale peut continuer même après la disparition de la majeure partie de la vie végétale de la Terre. Ward et Brownlee utilisent des preuves fossiles des schistes de Burgess en Colombie-Britannique, au Canada, pour déterminer le climat de l'explosion cambrienne, et l'utiliser pour prédire le climat du futur lorsque la hausse des températures mondiales causée par le réchauffement du soleil et la baisse des niveaux d'oxygène entraînent l'extinction définitive de la vie animale. Initialement, ils s'attendent à ce que certains insectes, lézards, oiseaux et petits mammifères puissent persister, ainsi que la vie marine. Cependant, sans reconstitution d'oxygène par la vie végétale, ils pensent que les animaux mourraient probablement d'asphyxie dans quelques millions d'années. Même s'il restait suffisamment d'oxygène dans l'atmosphère grâce à la persistance d'une certaine forme de photosynthèse, l'augmentation constante de la température mondiale entraînerait une perte progressive de la biodiversité. [83]

Alors que les températures continuent d'augmenter, la dernière vie animale sera repoussée vers les pôles, et peut-être sous terre. Ils deviendraient principalement actifs pendant la nuit polaire, estivant pendant la journée polaire en raison de la chaleur intense. Une grande partie de la surface deviendrait un désert aride et la vie se trouverait principalement dans les océans. [83] Cependant, en raison d'une diminution de la quantité de matière organique entrant dans les océans depuis la terre ainsi que d'une diminution de l'oxygène dissous, [76] la vie marine disparaîtrait également en suivant un chemin similaire à celui de la surface de la Terre. Ce processus commencerait par la perte d'espèces d'eau douce et se terminerait par les invertébrés, [12] en particulier ceux qui ne dépendent pas de plantes vivantes comme les termites ou ceux à proximité de sources hydrothermales comme les vers du genre Riftia. [76] À la suite de ces processus, les formes de vie multicellulaires peuvent être éteintes dans environ 800 millions d'années et les eucaryotes dans 1,3 milliard d'années, ne laissant que les procaryotes. [84]

Perte des océans Modifier

Dans un milliard d'années, environ 27% de l'océan moderne aura été subduit dans le manteau. Si ce processus se poursuivait sans interruption, il atteindrait un état d'équilibre où 65% du réservoir de surface actuel resterait à la surface. [53] Une fois que la luminosité solaire est supérieure de 10 % à sa valeur actuelle, la température moyenne globale de surface s'élèvera à 320 K (47 °C 116 °F). L'atmosphère deviendra une « serre humide » entraînant une évaporation galopante des océans. [85] [86] À ce stade, les modèles de l'environnement futur de la Terre démontrent que la stratosphère contiendrait des niveaux croissants d'eau. Ces molécules d'eau seront décomposées par photodissociation par les UV solaires, permettant à l'hydrogène de s'échapper de l'atmosphère.Le résultat net serait une perte d'eau de mer mondiale d'environ 1,1 milliard d'années à partir de maintenant. [87] [88]

Il y aura deux variantes de ce futur réchauffement en retour : la « serre humide » où la vapeur d'eau domine la troposphère tandis que la vapeur d'eau commence à s'accumuler dans la stratosphère (si les océans s'évaporent très rapidement), et la « serre emballante » où la vapeur d'eau devient une composante dominante de l'atmosphère (si les océans s'évaporent trop lentement). Dans cette ère sans océan, il continuera d'y avoir des réservoirs de surface car l'eau est régulièrement libérée de la croûte profonde et du manteau, [53] où l'on estime qu'il y a une quantité d'eau équivalente à plusieurs fois celle actuellement présente dans le océans. [89] De l'eau peut être retenue aux pôles et il peut y avoir des orages occasionnels, mais pour la plupart, la planète serait un désert avec de grands champs de dunes couvrant son équateur, et quelques marais salants sur ce qui était autrefois le fond de l'océan, similaires à celles du désert d'Atacama au Chili. [13]

Sans eau pour servir de lubrifiant, la tectonique des plaques s'arrêterait très probablement et les signes les plus visibles d'activité géologique seraient des volcans boucliers situés au-dessus des points chauds du manteau. [86] [76] Dans ces conditions arides, la planète peut conserver une certaine vie microbienne et peut-être même multicellulaire. [86] La plupart de ces microbes seront halophiles et la vie pourrait trouver refuge dans l'atmosphère comme cela a été proposé sur Vénus. [76] Cependant, les conditions de plus en plus extrêmes conduiront probablement à l'extinction des procaryotes entre 1,6 milliard d'années [84] et 2,8 milliards d'années, les derniers d'entre eux vivant dans des mares résiduelles d'eau à hautes latitudes et hauteurs ou dans cavernes avec de la glace emprisonnée. Cependant, la vie souterraine pourrait durer plus longtemps. [12] Ce qui se passe après cela dépend du niveau d'activité tectonique. Une libération constante de dioxyde de carbone par éruption volcanique pourrait faire entrer l'atmosphère dans un état de "super serre" comme celui de la planète Vénus. Mais, comme indiqué ci-dessus, sans eau de surface, la tectonique des plaques s'arrêterait probablement et la plupart des carbonates resteraient solidement enfouis [13] jusqu'à ce que le Soleil devienne une géante rouge et que sa luminosité accrue chauffe la roche au point de libérer le gaz carbonique. [89]

La perte des océans pourrait être retardée jusqu'à 2 milliards d'années dans le futur si la pression atmosphérique diminuait. Une pression atmosphérique plus basse réduirait l'effet de serre, abaissant ainsi la température de surface. Cela pourrait se produire si des processus naturels éliminaient l'azote de l'atmosphère. Des études sur les sédiments organiques ont montré qu'au moins 100 kilopascals (0,99 atm) d'azote ont été retirés de l'atmosphère au cours des quatre derniers milliards d'années, suffisamment pour doubler efficacement la pression atmosphérique actuelle s'il devait être libéré. Ce taux d'élimination serait suffisant pour contrer les effets de l'augmentation de la luminosité solaire pour les deux prochains milliards d'années. [90]

D'ici 2,8 milliards d'années, la température de surface de la Terre aura atteint 422 K (149 °C 300 °F), même aux pôles. À ce stade, toute durée de vie restante sera éteinte en raison de conditions extrêmes. Ce qui se passe au-delà dépend de la quantité d'eau qui reste à la surface. Si toute l'eau sur Terre s'est déjà évaporée à ce stade (via la « serre humide » à

1 Gyr à partir de maintenant), la planète restera dans les mêmes conditions avec une augmentation constante de la température de surface jusqu'à ce que le Soleil devienne une géante rouge. [86] Si ce n'est pas le cas et qu'il reste encore des poches d'eau et qu'elle s'évapore trop lentement, dans environ 3 à 4 milliards d'années, une fois que la quantité de vapeur d'eau dans la basse atmosphère atteindra 40 % et que la luminosité du Soleil atteint 35 à 40 % de plus que sa valeur actuelle [87], un effet de « serre incontrôlable » s'ensuivra, provoquant un réchauffement de l'atmosphère et augmentant la température de surface à environ 1 600 K (1 330 °C 2 420 °F). C'est suffisant pour faire fondre la surface de la planète. [88] [86] Cependant, la majeure partie de l'atmosphère sera retenue jusqu'à ce que le Soleil soit entré dans le stade de la géante rouge. [91]

Avec l'extinction de la vie, dans 2,8 milliards d'années, on s'attend également à ce que les biosignatures de la Terre disparaissent, pour être remplacées par des signatures causées par des processus non biologiques. [76]

Scène géante rouge Modifier

Une fois que le Soleil passe de la combustion d'hydrogène dans son noyau à la combustion d'hydrogène dans une coque autour de son noyau, le noyau commencera à se contracter et l'enveloppe extérieure se dilatera. La luminosité totale augmentera régulièrement au cours des milliards d'années suivants jusqu'à atteindre 2 730 fois la luminosité actuelle du Soleil à l'âge de 12,167 milliards d'années. La majeure partie de l'atmosphère terrestre sera perdue dans l'espace et sa surface sera constituée d'un océan de lave avec des continents flottants de métaux et d'oxydes métalliques ainsi que d'icebergs de matériaux réfractaires, sa température de surface atteignant plus de 2 400 K (2 130 °C 3 860 °F ). [92] Le Soleil connaîtra une perte de masse plus rapide, avec environ 33% de sa masse totale perdue avec le vent solaire. La perte de masse signifie que les orbites des planètes vont s'étendre. La distance orbitale de la Terre augmentera jusqu'à au plus 150 % de sa valeur actuelle. [16]

La partie la plus rapide de l'expansion du Soleil en géante rouge se produira pendant les étapes finales lorsque le Soleil aura environ 12 milliards d'années. Il est susceptible de s'étendre pour avaler à la fois Mercure et Vénus, atteignant un rayon maximum de 1,2 UA (180 000 000 km). La Terre interagira par marée avec l'atmosphère extérieure du Soleil, ce qui servirait à diminuer le rayon orbital de la Terre. La traînée de la chromosphère du Soleil réduirait également l'orbite de la Terre. Ces effets agiront pour contrebalancer l'effet de la perte de masse du Soleil, et la Terre sera très probablement engloutie par le Soleil, dans environ 7,59 milliards d'années. [16]

La traînée de l'atmosphère solaire peut provoquer la désintégration de l'orbite de la Lune. Une fois que l'orbite de la Lune se fermera à une distance de 18 470 km (11 480 mi), elle franchira la limite de Roche de la Terre. Cela signifie que l'interaction des marées avec la Terre briserait la Lune, la transformant en un système d'anneaux. La majeure partie de l'anneau en orbite commencera alors à se désintégrer et les débris auront un impact sur la Terre. Par conséquent, même si la Terre n'est pas engloutie par le Soleil, la planète peut rester sans lune. [93] L'ablation et la vaporisation causées par sa chute sur une trajectoire décroissante vers le Soleil peuvent enlever le manteau de la Terre, ne laissant que son noyau, qui sera finalement détruit après au plus 200 ans. [94] [95] Suite à cet événement, le seul héritage de la Terre sera une très légère augmentation (0,01 %) de la métallicité solaire. [96] : IIC

Au-delà et destin ultime Modifier

Après avoir fusionné l'hélium dans son noyau en carbone, le Soleil recommencera à s'effondrer, évoluant en une étoile naine blanche compacte après avoir éjecté son atmosphère extérieure en tant que nébuleuse planétaire. La masse finale prédite est de 54,1% de la valeur actuelle, composée très probablement principalement de carbone et d'oxygène. [1]

Actuellement, la Lune s'éloigne de la Terre au rythme de 4 cm (1,6 pouces) par an. Dans 50 milliards d'années, si la Terre et la Lune ne sont pas englouties par le Soleil, elles se retrouveront bloquées dans une orbite plus grande et stable, chacune ne montrant qu'une face à l'autre. [97] [98] [99] Par la suite, l'action de marée du Soleil extraira le moment angulaire du système, provoquant la désintégration de l'orbite de la Lune et l'accélération de la rotation de la Terre. [100] Dans environ 65 milliards d'années, on estime que la Lune pourrait finir par entrer en collision avec la Terre, en raison de l'énergie restante du système Terre-Lune étant sapée par le Soleil restant, provoquant un mouvement lent de la Lune vers l'intérieur. Terre. [101]

Sur une échelle de temps de 10 19 (10 quintillions) d'années, les planètes restantes du système solaire seront éjectées du système par une relaxation violente. Si la Terre n'est pas détruite par le Soleil géant rouge en expansion et que la Terre n'est pas éjectée du système solaire par une relaxation violente, le destin ultime de la planète sera qu'elle entre en collision avec le Soleil nain noir en raison de la désintégration de son orbite par gravitation. rayonnement, en 10 20 (Short Scale : 100 quintillions, Long Scale : 100 trillions) ans. [102]


Contenu

Presque toute l'énergie qui affecte le climat de la Terre est reçue sous forme d'énergie rayonnante du Soleil. La planète et son atmosphère absorbent et réfléchissent une partie de l'énergie, tandis que l'énergie à ondes longues est renvoyée dans l'espace. L'équilibre entre l'énergie absorbée et rayonnée détermine la température globale moyenne. Parce que l'atmosphère absorbe une partie de l'énergie à ondes longues re-rayonnée, la planète est plus chaude qu'elle ne le serait en l'absence d'atmosphère : voir effet de serre.

Le bilan radiatif est altéré par des facteurs tels que l'intensité de l'énergie solaire, la réflectivité des nuages ​​ou des gaz, l'absorption par divers gaz à effet de serre ou surfaces et l'émission de chaleur par divers matériaux. Une telle altération est un forçage radiatif et modifie l'équilibre. Cela se produit continuellement lorsque la lumière du soleil frappe la surface, que des nuages ​​et des aérosols se forment, que les concentrations de gaz atmosphériques varient et que les saisons modifient la couverture végétale.

Le rapport AR4 du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) définit les forçages radiatifs comme : [5]

"Le forçage radiatif est une mesure de l'influence d'un facteur sur la modification de l'équilibre de l'énergie entrante et sortante dans le système Terre-atmosphère et est un indice de l'importance du facteur en tant que mécanisme potentiel de changement climatique. Dans ce rapport, les valeurs de forçage radiatif sont pour les changements relatifs aux conditions préindustrielles définies à 1750 et sont exprimés en Watts par mètre carré (W/m 2 )."

En termes simples, le forçage radiatif est ". le taux de changement d'énergie par unité de surface du globe, mesuré au sommet de l'atmosphère". [6] Dans le contexte du changement climatique, le terme « forçage » est restreint aux changements du bilan radiatif du système surface-troposphère imposés par des facteurs externes, sans changements dans la dynamique stratosphérique, sans rétroactions surfaciques et troposphériques en fonctionnement (c'est à dire., aucun effet secondaire induit en raison de changements dans les mouvements troposphériques ou de son état thermodynamique), et aucun changement induit dynamiquement dans la quantité et la distribution de l'eau atmosphérique (formes vapeur, liquide et solide).

Le forçage radiatif peut être évalué pour sa dépendance à différents facteurs externes au système climatique. [7] Sauf lorsque cela est nécessaire et noté, les estimations de base qui suivent n'incluent pas les rétroactions indirectes (positives ou négatives) qui se produisent également via les réponses du système terrestre. Les changements de forçage (ΔF) sont exprimés en moyennes annuelles sur la surface totale de la planète. Ils peuvent être importants dans le contexte du forçage climatique mondial pendant des décennies ou plus. [8]

Forçage dû aux changements d'irradiance solaire Modifier

L'intensité du rayonnement solaire, y compris toutes les longueurs d'onde, est l'irradiance solaire totale (TSI) et est parfois aussi appelée à tort la constante solaire. Elle est égale à environ 1361 W m -2 à la distance du rayon orbital moyen annuel de la Terre d'une unité astronomique et mesurée au sommet de l'atmosphère. [9] La TSI de la Terre varie à la fois avec l'activité solaire et la dynamique orbitale planétaire. Plusieurs instruments satellitaires, notamment ERB, ACRIM 1-3, VIRGO et TIM [10] [11] ont continuellement mesuré le TSI avec une précision et une précision améliorées depuis 1978. [12]

Cycles annuels Modifier

La Terre suit une orbite elliptique autour du Soleil de telle sorte que le TSI reçu à tout moment oscille entre environ 1321 W m -2 (à l'aphélie début juillet) et 1412 W m -2 (au périhélie début janvier), soit donc d'environ +/ -3,4% au cours de chaque année. [13] Le changement du forçage radiatif instantané a des influences mineures sur les modèles météorologiques saisonniers de la Terre et ses zones climatiques, qui résultent principalement du cycle annuel dans la direction d'inclinaison relative de la Terre. [14] De tels cycles répétitifs contribuent à un forçage net-zéro (par définition) dans le contexte de changements climatiques de plusieurs décennies.

Activité des taches solaires Modifier

Le TSI annuel moyen varie entre environ 1360 W m -2 et 1362 W m -2 (+/-0,05%) au cours d'un cycle d'activité typique des taches solaires de 11 ans. [15] Des observations de taches solaires ont été enregistrées depuis environ l'an 1600 et montrent des preuves d'oscillations plus longues (cycle de Gleissberg, cycle de Devries/Seuss, etc.) qui modulent le cycle de 11 ans (cycle de Schwabe). Malgré un comportement aussi complexe, l'amplitude du cycle de 11 ans a été la variation la plus importante tout au long de cet enregistrement d'observation à long terme. [16]

Les variations de TSI associées aux taches solaires contribuent à un forçage net faible mais non nul dans le contexte des changements climatiques décennaux. [12] Certaines recherches suggèrent qu'ils peuvent avoir influencé en partie les changements climatiques pendant le petit âge glaciaire, ainsi que les changements simultanés de l'activité volcanique et de la déforestation. [17] Depuis la fin du 20ème siècle, le TSI moyen a légèrement baissé avec une tendance à la baisse de l'activité des taches solaires. [18]

Milankovitch change de poste Modifier

Le forçage climatique causé par les variations de l'irradiance solaire s'est produit pendant les cycles de Milankovitch, qui s'étendent sur des périodes d'environ 40 000 à 100 000 ans. Les cycles de Milankovitch consistent en des cycles de longue durée similaires dans l'excentricité orbitale (ou ellipticité), l'obliquité orbitale et la direction d'inclinaison de la Terre. [19] Parmi ceux-ci, le cycle d'excentricité de 100 000 ans fait fluctuer le TSI d'environ +/-0,2%. [20] Actuellement, l'excentricité de la Terre se rapproche de son niveau le moins elliptique (le plus circulaire), ce qui entraîne une diminution très lente du TSI annuel moyen. [19] Les simulations indiquent également que la dynamique orbitale de la Terre restera stable, y compris ces variations, pendant au moins les 10 millions d'années à venir. [21]

Vieillissement au soleil Modifier

Notre Soleil a consommé environ la moitié de son hydrogène depuis sa formation il y a environ 4,5 milliards d'années. [22] Le TSI continuera à augmenter lentement au cours du processus de vieillissement à un taux d'environ 1% tous les 100 millions d'années. Un tel taux de changement est beaucoup trop faible pour être détectable dans les mesures et est insignifiant à l'échelle humaine.

Résumé du forçage de la STI Modifier

Les variations fractionnaires maximales (Δτ) de l'irradiance solaire de la Terre au cours de la dernière décennie sont résumées dans le tableau ci-joint. Chaque variation discutée précédemment contribue à un forçage de :

Δ F = I 0 × ( 1 − R ) × Δ τ = 238 × Δ τ ( W m − 2 )

I_<0> imes (1-R) imes Delta au

où R=0,30 est la réflectivité de la Terre. On s'attend à ce que les forçages radiatifs et climatiques résultant des changements dans l'insolation du Soleil restent mineurs, malgré une physique solaire encore inconnue. [18] [24]

Forçage dû aux changements d'albédo Modifier

Une fraction du rayonnement solaire incident est réfléchie par les nuages ​​et les aérosols, les océans et les reliefs, la neige et la glace, la végétation et d'autres caractéristiques de surface naturelles et artificielles. La fraction réfléchie est connue sous le nom d'albédo de la liaison terrestre (R), est évaluée au sommet de l'atmosphère et a une valeur globale annuelle moyenne d'environ 0,30 (30 %). La fraction globale de l'énergie solaire absorbée par la Terre est alors (1-R) ​​ou 0,70 (70%). [25]

Les composants atmosphériques contribuent à environ les trois quarts de l'albédo de la Terre, et les nuages ​​à eux seuls sont responsables de la moitié. Les rôles prononcés des nuages ​​et de la vapeur d'eau sont liés à la présence majoritaire d'eau liquide recouvrant la croûte terrestre. Les schémas globaux de formation et de circulation des nuages ​​sont des phénomènes très complexes avec des couplages avec les flux de chaleur océaniques, et avec des courants-jets facilitant leur transport rapide. De plus, les albédos des hémisphères nord et sud de la Terre ont été observés comme étant essentiellement égaux (à moins de 0,2 %). Ceci est remarquable puisque plus des deux tiers des terres et 85 % de la population humaine sont répartis au nord. [26]

De multiples instruments satellitaires, dont MODIS, VIIR et CERES, ont surveillé en permanence l'albédo de la Terre depuis 1998. [27] L'imagerie Landsat disponible depuis 1972 a également été utilisée dans certaines études. [28] La précision des mesures s'est améliorée et les résultats ont convergé ces dernières années, permettant une évaluation plus sûre de l'influence de forçage décennale récente de l'albédo planétaire. [26] Néanmoins, l'enregistrement de données existant est encore trop court pour soutenir des prévisions à plus long terme ou pour répondre à d'autres questions connexes.

Cycles annuels Modifier

Les variations saisonnières de l'albédo planétaire peuvent être comprises comme un ensemble de rétroactions du système qui se produisent en grande partie en réponse au cycle de forçage solaire. Outre les réactions atmosphériques, les changements les plus évidents pour les habitants de la surface sont les changements dans la couverture de la végétation, de la neige et de la glace de mer. Des variations intra-annuelles d'environ +/- 0,02 (+/- 7%) autour de l'albédo moyen de la Terre ont été observées au cours d'une année, avec des maxima se produisant deux fois par an près du moment de chaque équinoxe solaire. [26] Ce cycle répétitif contribue au forçage net-zéro dans le contexte de changements climatiques qui durent des décennies.

Variabilité interannuelle Modifier

Les albédos régionaux changent d'année en année en raison de changements résultant de processus naturels, d'actions humaines et de rétroactions du système. Par exemple, les actes humains de déforestation augmentent généralement la réflectivité de la Terre, tandis que l'introduction du stockage de l'eau et de l'irrigation dans les terres arides peut la réduire. De même, compte tenu des rétroactions, la perte de glace dans les régions arctiques diminue l'albédo tandis que l'expansion de la désertification aux latitudes basses à moyennes l'augmente.

Au cours des années 2000-2012, aucune tendance globale de l'albédo terrestre n'était discernable dans l'écart type de 0,1% des valeurs mesurées par CERES. [26] Parallèlement à l'équivalence hémisphérique, certains chercheurs interprètent les différences interannuelles remarquablement petites comme la preuve que l'albédo planétaire peut actuellement être limité par l'action de rétroactions de systèmes complexes. Néanmoins, des preuves historiques suggèrent également que des événements peu fréquents tels que des éruptions volcaniques majeures peuvent perturber considérablement l'albédo planétaire pendant plusieurs années ou plus. [29]

Résumé du forçage de l'albédo Modifier

Les variations fractionnaires mesurées (Δα) de l'albédo terrestre au cours de la première décennie du 21e siècle sont résumées dans le tableau ci-joint. Semblable à TSI, le forçage radiatif dû à un changement fractionnaire de l'albédo planétaire (Δα) est :

Δ F = − I 0 × R × Δ α = − 102 × Δ α ( W m − 2 )

-I_<0> imes R imes Delta alpha

Les observations satellitaires montrent que diverses rétroactions du système terrestre ont stabilisé l'albédo planétaire malgré les récents changements naturels et causés par l'homme. [27] Sur des échelles de temps plus longues, il est plus incertain si le forçage net qui résulte de tels changements externes restera mineur.

Forçage dû aux changements de gaz atmosphérique Modifier

Pour un gaz à effet de serre bien mélangé, des codes de transfert radiatif qui examinent chaque raie spectrale pour les conditions atmosphériques peuvent être utilisés pour calculer le changement de forçage ΔF en fonction d'un changement de sa concentration. Ces calculs peuvent être simplifiés en une formulation algébrique spécifique à ce gaz.

Dioxyde de carbone Modifier

Une expression d'approximation simplifiée du premier ordre pour le dioxyde de carbone est : [30]

C est le CO
2 concentration en parties par million (ppm) en volume et C0 est la concentration de référence (278 ppm en 1750>) avant des changements anthropiques substantiels.

La charge atmosphérique des gaz à effet de serre due à l'activité humaine a augmenté particulièrement rapidement au cours des dernières décennies (depuis environ l'année 1950). L'augmentation de 50 % (C/C0=1,5) pour le CO
2 réalisé à partir de l'année 2020 correspond à Δ F = + 2,1 W m − 2 < extstyle Delta F=+2,1

mathrm ^<-2>> . En comparaison, une augmentation soutenue de 1 % du TSI ou une diminution de 2 % de l'albédo pourrait être nécessaire pour induire une amplitude de forçage similaire, selon ces estimations de base. En supposant aucun changement dans la trajectoire de croissance des émissions, un doublement (C/C0=2) dans les prochaines décennies correspondrait à ΔF=+3,7 W m −2 .

La relation entre le CO
2 et le forçage radiatif est logarithmique à des concentrations jusqu'à environ huit fois la valeur actuelle. Des concentrations accrues ont donc un effet de réchauffement progressivement plus faible. [31] Cependant, l'approximation du premier ordre est inexacte à des concentrations plus élevées et il n'y a pas de saturation dans l'absorption du rayonnement infrarouge par le CO
2 . [32]

Autres gaz traces Modifier

Des formules quelque peu différentes s'appliquent pour d'autres gaz à effet de serre tels que le méthane et l'azote
2 O (dépendance racine carrée) ou CFC (linéaire), avec des coefficients que l'on peut retrouver par exemple dans les rapports du GIEC. [33] Une étude de l'année 2016 suggère une révision significative de la formule du GIEC pour le méthane. [34] Les forçages par les gaz traces les plus influents dans l'atmosphère terrestre sont inclus dans la section décrivant les tendances de croissance récentes, et dans la liste des gaz à effet de serre du GIEC.

Vapeur d'eau Modifier

La vapeur d'eau est le principal gaz à effet de serre de la Terre actuellement responsable d'environ la moitié de tout le forçage des gaz atmosphériques. Sa concentration atmosphérique globale dépend presque entièrement de la température planétaire moyenne et a le potentiel d'augmenter jusqu'à 7 % avec chaque degré (°C) d'augmentation de température (voir aussi : relation Clausius-Clapeyron). [35] Ainsi, sur de longues échelles de temps, la vapeur d'eau se comporte comme un système de rétroaction qui amplifie le forçage radiatif entraîné par la croissance du dioxyde de carbone et d'autres gaz traces. [36]

Le forçage radiatif peut être un moyen utile de comparer l'influence croissante du réchauffement de différents gaz à effet de serre anthropiques au fil du temps. Le tableau et les figures ci-dessous (dérivés par des chercheurs de la NOAA à partir de modèles de transfert radiatif atmosphérique) montrent des changements depuis 1979 dans le forçage radiatif des gaz à effet de serre à longue durée de vie et bien mélangés qui ont augmenté dans l'atmosphère terrestre depuis la révolution industrielle. [39] Le tableau comprend les contributions directes au forçage du dioxyde de carbone ( CO
2 ), le méthane ( CH
4 ), protoxyde d'azote ( N
2 O ) les chlorofluorocarbures (CFC) 12 et 11 et quinze autres gaz halogénés. [40] Ces données n'incluent pas les contributions de forçage significatives des gaz ou aérosols à durée de vie plus courte et moins bien mélangés, y compris les forçages indirects de la désintégration du méthane et de certains halogènes. Ils ne tiennent pas compte non plus des changements dans l'activité terrestre ou solaire.

Ces données montrent que le CO
2 domine le forçage total, le méthane et les chlorofluorocarbures (CFC) devenant des contributeurs relativement plus faibles au forçage total au fil du temps. [39] Les cinq principaux gaz à effet de serre représentent environ 96% du forçage radiatif direct par les augmentations de gaz à effet de serre à longue durée de vie depuis 1750. Les 4% restants sont apportés par les 15 gaz halogénés mineurs.

On peut observer que le forçage total pour l'année 2016, 3,027 W m −2 , ainsi que la valeur communément acceptée du paramètre de sensibilité climatique λ, 0,8 K /(W m −2 ), entraîne une augmentation de la température globale de 2,4 K , bien supérieure à l'augmentation observée, d'environ 1,2 K. [41] Une partie de cette différence est due au décalage de la température globale atteignant l'état d'équilibre avec le forçage. Le reste de la différence est dû au forçage négatif des aérosols [42] [ référence circulaire ] , la sensibilité climatique étant inférieure à la valeur communément acceptée, ou une combinaison de celles-ci. [43]

Le tableau comprend également un « indice annuel des gaz à effet de serre » (AGGI), qui est défini comme le rapport du forçage radiatif direct total dû aux gaz à effet de serre à longue durée de vie pour toute année pour laquelle des mesures mondiales adéquates existent à celui qui était présent en 1990 [39] 1990 a été choisi parce qu'il s'agit de l'année de référence pour le protocole de Kyoto. Cet indice est une mesure des changements interannuels des conditions qui affectent les émissions et l'absorption de dioxyde de carbone, les sources et les puits de méthane et d'oxyde nitreux, la baisse de l'abondance atmosphérique des produits chimiques appauvrissant la couche d'ozone liés au Protocole de Montréal. et l'augmentation de leurs substituts (CFC hydrogénés (HCFC) et hydrofluorocarbures (HFC). La majeure partie de cette augmentation est liée au CO
2 . Pour 2013, l'AGGI était de 1,34 (représentant une augmentation du forçage radiatif direct total de 34 % depuis 1990). L'augmentation du CO
2 forçage seul depuis 1990 était d'environ 46%. La baisse des CFC a considérablement tempéré l'augmentation du forçage radiatif net.

Un tableau alternatif préparé pour être utilisé dans les intercomparaisons de modèles climatiques menées sous les auspices du GIEC et incluant tous les forçages, pas seulement ceux des gaz à effet de serre. [44]

Le bilan radiatif mondial de la Terre fluctue à mesure que la planète tourne et orbite autour du Soleil, et à mesure que des anomalies thermiques à l'échelle mondiale surviennent et se dissipent dans les systèmes terrestre, océanique et atmosphérique (par exemple ENSO). [45] Par conséquent, le « forçage radiatif instantané » (IRF) de la planète est également dynamique et fluctue naturellement entre les états de réchauffement et de refroidissement globaux. La combinaison de processus périodiques et complexes qui donnent lieu à ces variations naturelles s'inversera généralement sur des périodes pouvant aller jusqu'à quelques années pour produire un IRF moyen net nul. De telles fluctuations masquent également les tendances de forçage à plus long terme (sur une décennie) dues aux activités humaines, et rendent donc difficile l'observation directe de ces tendances. [46]

Le bilan radiatif de la Terre est surveillé en permanence par les instruments Clouds de la NASA et du système d'énergie radiante de la Terre (CERES) depuis 1998. [48] [49] Chaque balayage du globe fournit une estimation du bilan radiatif instantané total (tout le ciel). Cet enregistrement de données capture à la fois les fluctuations naturelles et les influences humaines sur l'IRF, y compris les changements dans les gaz à effet de serre, les aérosols, la surface terrestre, etc. L'enregistrement comprend également les réponses radiatives tardives aux déséquilibres radiatifs se produisant principalement par le biais des rétroactions du système terrestre en albédo, vapeur d'eau atmosphérique et nuages. [50] [51]

Les chercheurs ont utilisé des mesures de CERES, AIRS, CloudSat et d'autres instruments satellitaires au sein du système d'observation de la Terre de la NASA pour analyser les contributions des fluctuations naturelles et des rétroactions du système. La suppression de ces contributions dans l'enregistrement de données pluriannuel permet d'observer la tendance anthropique dans l'IRF au sommet de l'atmosphère (TOA). L'analyse des données a également été effectuée d'une manière efficace sur le plan informatique et indépendante de la plupart des méthodes et des résultats de modélisation connexes. On a ainsi observé directement que le forçage radiatif avait augmenté de +0,53 W m −2 (+/-0,11 W m −2 ) de 2003 à 2018. Environ 20 % de l'augmentation était associée à une réduction de la charge en aérosols atmosphériques, et la plupart des 80 % restants ont été attribués à la charge croissante des gaz à effet de serre. [46] [52] [53]

Une tendance à la hausse du déséquilibre radiatif due à l'augmentation du CO mondial
2 a déjà été observé par des instruments au sol. Par exemple, ces mesures ont été recueillies séparément dans des conditions de ciel clair sur deux sites de mesure du rayonnement atmosphérique (ARM) en Oklahoma et en Alaska. [54] Chaque observation directe a révélé que le chauffage radiatif (infrarouge) associé subi par les habitants de la surface a augmenté de +0,2 W m −2 (+/-0,07 W m −2 ) au cours de la décennie se terminant en 2010. [55] [56] Dans en plus de se concentrer sur le rayonnement à ondes longues et le gaz de forçage le plus influent ( CO
2 ) seulement, ce résultat est proportionnellement inférieur au forçage TOA du fait de son tamponnage par absorption atmosphérique.

Le forçage radiatif peut être utilisé pour estimer un changement ultérieur de la température de surface en régime permanent (souvent appelé « équilibre ») (ΔTs) résultant de ce forçage via l'équation :

où λ est communément appelé le paramètre de sensibilité climatique, généralement avec les unités K/(W/m 2 ), et ΔF est le forçage radiatif en W/m 2 . [57] Une valeur typique de λ, 0,8 K/(W/m 2 ), donne une augmentation de la température globale d'environ 1,6 K au-dessus de la température de référence de 1750 en raison de l'augmentation du CO
2 sur cette période (278 à 405 ppm, pour un forçage de 2,0 W/m 2 ), et prédit un nouveau réchauffement de 1,4 K au-dessus des températures actuelles si le CO
2 taux de mélange dans l'atmosphère devaient devenir le double de sa valeur préindustrielle, ces deux calculs ne supposent aucun autre forçage. [58]

Historiquement, le forçage radiatif affiche la meilleure capacité de prédiction pour des types spécifiques de forçage tels que les gaz à effet de serre. [59] Il est moins efficace pour d'autres influences anthropiques comme la suie. Un nouveau cadre appelé « forçage radiatif effectif » ou ERF supprime l'effet des ajustements rapides dans l'atmosphère qui ne sont pas liés aux réponses à plus long terme de la température de surface. [59] L'ERF signifie que différents facteurs à l'origine du changement climatique peuvent être placés sur un pied d'égalité pour permettre la comparaison de leurs effets et une vue plus cohérente de la façon dont la température de surface mondiale réagit à divers types de forçage humain. [59]

D'autres métriques peuvent être construites dans le même but que le forçage radiatif. Par exemple briller et al. [60] disent ". Des expériences récentes indiquent que pour les changements d'absorption des aérosols et de l'ozone, la capacité de prédiction du forçage radiatif est bien pire. Nous proposons une alternative, le "forçage ajusté de la troposphère et de la stratosphère". un prédicteur significativement plus fiable du changement de température de surface de ce MCG que le forçage radiatif. C'est un candidat pour compléter le forçage radiatif en tant que métrique pour comparer différents mécanismes. ". Dans cette citation, GCM signifie « modèle de circulation mondiale », et le mot « prédictif » ne fait pas référence à la capacité des GCM à prévoir le changement climatique. Au lieu de cela, il fait référence à la capacité de l'outil alternatif proposé par les auteurs à aider à expliquer la réponse du système.

Par conséquent, le concept de forçage radiatif a évolué à partir de la proposition initiale, nommée aujourd'hui forçage radiatif instantané (IRF), à d'autres propositions visant à mieux relier le déséquilibre radiatif au réchauffement climatique (température moyenne à la surface de la planète). En ce sens, le forçage radiatif ajusté, dans ses différentes méthodologies de calcul, estime le déséquilibre une fois que les températures de la stratosphère ont été modifiées pour atteindre un équilibre radiatif dans la stratosphère (au sens de taux de chauffage radiatif nuls). Cette nouvelle méthodologie n'estime aucune ajustement ou alors Rétroaction qui pourrait être produit sur la troposphère (en plus des ajustements de température stratosphérique), pour cet objectif une autre définition, nommée forçage radiatif efficace a été introduit. [61] En général, l'ERF est la recommandation de l'analyse du forçage radiatif CMIP6 [62] bien que les méthodologies ajustées stratosphériquement soient toujours appliquées dans les cas où les ajustements et les rétroactions sur la troposphère ne sont pas considérés comme critiques, comme dans la serre bien mélangée. gaz et ozone. [63] [64] Une méthodologie nommée approche noyau radiatif permet d'estimer les rétroactions climatiques au sein d'un calcul hors ligne basé sur une approximation linéaire [65]


Un géologue relie les changements réguliers du cycle orbital de la Terre aux changements climatiques

Dans une analyse des 1,2 million d'années passées, la géologue de l'UC Santa Barbara Lorraine Lisiecki a découvert un modèle qui relie les changements réguliers du cycle orbital de la Terre aux changements du climat de la Terre.

La découverte est rapportée dans la revue scientifique Géosciences de la nature.

Lisiecki a effectué son analyse du climat en examinant des carottes de sédiments océaniques. Ces carottes proviennent de 57 emplacements à travers le monde. En analysant les sédiments, les scientifiques sont capables de cartographier le climat de la Terre il y a des millions d'années. La contribution de Lisiecki est le lien entre l'enregistrement climatique et l'histoire de l'orbite terrestre.

On sait que l'orbite de la Terre autour du soleil change de forme tous les 100 000 ans. L'orbite devient soit plus ronde, soit plus elliptique à ces intervalles. La forme de l'orbite est connue sous le nom d'« excentricité ». Un aspect connexe est le cycle de 41 000 ans dans l'inclinaison de l'axe de la Terre.

La glaciation de la Terre se produit également tous les 100 000 ans. Lisiecki a découvert que le moment des changements climatiques et de l'excentricité coïncidait. "La corrélation claire entre le moment du changement d'orbite et le changement du climat de la Terre est une preuve solide d'un lien entre les deux", a déclaré Lisiecki. "Il est peu probable que ces événements ne soient pas liés les uns aux autres."

En plus de trouver un lien entre le changement de la forme de l'orbite et le début de la glaciation, Lisiecki a trouvé une corrélation surprenante. Elle a découvert que les plus grands cycles glaciaires se produisaient lors des changements les plus faibles de l'excentricité de l'orbite terrestre - et vice versa. Elle a découvert que les changements les plus importants de l'orbite terrestre étaient corrélés à des changements plus faibles du climat. "Cela peut signifier que le climat de la Terre présente une instabilité interne en plus d'une sensibilité aux changements d'orbite", a déclaré Lisiecki.

Elle conclut que le modèle de changement climatique au cours du dernier million d'années implique probablement des interactions compliquées entre différentes parties du système climatique, ainsi que trois systèmes orbitaux différents. Les deux premiers systèmes orbitaux sont l'excentricité et l'inclinaison de l'orbite. Le troisième est la "précession", ou un changement dans l'orientation de l'axe de rotation.


Milutin Milanković

L'ingénieur, mathématicien et scientifique serbe Milutin Milanković est né il y a 140 ans à cette date en 1879, dans le village de Dalj à la frontière entre la Croatie et la Serbie, qui faisait alors partie de l'empire d'Autriche-Hongrie. Il décède en 1958 à Belgrade (Belgrade), puis en Yougoslavie et aujourd'hui en Serbie, à l'âge de 79 ans.

Milanković est peut-être le plus célèbre pour avoir développé une théorie mathématique du climat basée sur les changements de l'orbite terrestre et de l'orientation axiale. Il y a trois paramètres de base qui changent avec le temps, maintenant connus sous le nom de Cycles de Milankovitch- qui affectent la quantité d'énergie solaire que la Terre reçoit et comment elle est distribuée sur la Terre.

JE. L'excentricité orbitale de la Terre change avec le temps

L'excentricité (e) vous indique à quel point une orbite est elliptique. Une excentricité de 0,000 signifie que l'orbite est parfaitement circulaire. D'un autre côté, l'orbite d'une comète typique est très allongée, avec une excentricité de 0,999 qui n'est pas du tout rare. À l'heure actuelle, l'excentricité orbitale de la Terre est de 0,017, ce qui signifie qu'elle est 1,7% plus proche du Soleil au périhélie que sa distance à son demi-grand axe (une), et 1,7% plus loin du Soleil à l'aphélie que sa distance à son demi-grand axe.

Plus l'excentricité est grande, plus la variation de la quantité de rayonnement solaire que la Terre reçoit tout au long de l'année est grande. Sur une période d'environ 100 000 ans, l'excentricité orbitale de la Terre passe de presque circulaire à (e = 0,000055) à environ e = 0,0679 et retour à nouveau circulaire. À l'heure actuelle, l'excentricité orbitale de la Terre est de 0,017 et diminue. Nous savons maintenant que l'excentricité orbitale de la Terre change avec des périodes de 413 000, 95 000 et 125 000 ans, ce qui donne une variation légèrement plus compliquée qu'une simple sinusoïde, comme indiqué ci-dessous.

II. L'inclinaison de l'axe de la Terre change avec le temps

L'inclinaison de l'axe polaire de la Terre par rapport au plan de l'orbite terrestre autour du Soleil, appelée obliquité à l'écliptique- change avec le temps. L'inclinaison axiale actuelle de la Terre est de 23,4°, mais elle se situe entre environ 22,1° et 24,5° sur une période d'environ 41 000 ans. Une plus grande inclinaison axiale signifie que l'hiver et l'été deviennent plus extrêmes. Actuellement, l'inclinaison axiale diminue et atteindra un minimum vers 11 800 après JC.

III. L'orientation de l'axe de la Terre change avec le temps

L'axe de la Terre précesse ou « vacille » avec une période d'environ 26 000 ans autour des pôles écliptiques nord et sud. Cela change la latitude de la Terre la plus directement face au Soleil lorsque la Terre est la plus proche du Soleil chaque année. Actuellement, l'hémisphère sud connaît l'été lorsque la Terre est au périhélie.

Milanković a utilisé ces trois cycles pour prédire le changement climatique. Ses idées ont été largement ignorées jusqu'en 1976, lorsqu'un article de James Hays, John Imbrie et Nicholas Shackleton dans le journal La science a montré que le modèle mathématique du changement climatique de Milanković était capable de prédire les changements climatiques majeurs qui se sont produits au cours des 450 000 dernières années.

Ces cycles de Milankovitch sont importants pour notre compréhension du changement climatique sur des périodes beaucoup plus longues que le changement climatique actuellement induit par l'activité humaine. A noter l'augmentation extrêmement rapide des concentrations de gaz à effet de serre (CO2, CH4, et n2O) dans notre atmosphère au cours des dernières décennies dans les graphiques ci-dessous.

La population mondiale a augmenté de 93 % depuis 1975. En 1975, elle était d'environ 4 milliards et d'ici 2020, elle devrait être de 7,8 milliards.


Impacts d'astéroïdes

Ordre de grandeur: Environ 20 degrés Celsius de refroidissement suivis de 5 degrés Celsius de réchauffement (Chicxulub)

Plage de temps: Des siècles de refroidissement, 100 000 ans de réchauffement (Chicxulub)

La base de données Earth Impact reconnaît 190 cratères avec un impact confirmé sur la Terre jusqu'à présent. Aucun n'a eu d'effet perceptible sur le climat de la Terre, à l'exception de l'impact de Chicxulub, qui a vaporisé une partie du Mexique il y a 66 millions d'années, tuant les dinosaures. La modélisation informatique suggère que Chicxulub a projeté suffisamment de poussière et de soufre dans la haute atmosphère pour assombrir la lumière du soleil et refroidir la Terre de plus de 20 degrés Celsius, tout en acidifiant les océans. La planète a mis des siècles à revenir à sa température d'avant l'impact, pour se réchauffer de 5 degrés Celsius supplémentaires, en raison du dioxyde de carbone dans l'atmosphère provenant du calcaire mexicain vaporisé.

Comment ou si l'activité volcanique en Inde à peu près au même moment que l'impact a exacerbé le changement climatique et l'extinction de masse reste controversée.


Pourquoi l'excentricité orbitale de la Terre oscille-t-elle avec une période d'environ 100 000 ans ? - Astronomie

par Julia Rosen mardi 19 avril 2016

De nouvelles recherches suggèrent que l'espacement et l'élévation des collines abyssales sur les dorsales médio-océaniques – traditionnellement supposées se former par failles – pourraient être corrélés aux changements passés du niveau mondial de la mer. Crédit : K. Cantner, AGI.

Au fond de chaque bassin océanique se trouve une chaîne de montagnes sous-marines.Couverts de basalte noir et moelleux, ils s'élèvent à plus de mille mètres au-dessus du fond marin et serpentent sur des milliers de kilomètres. Mais au lieu d'avoir une épine centrale, comme une chaîne de montagnes terrestre, ces dorsales médio-océaniques ont un creux central de plusieurs centaines à plusieurs milliers de mètres de large. C'est là que - dans des sursauts enflammés - une nouvelle croûte océanique est née.

Récemment, ces centres de propagation sont également devenus l'objet d'une vaste enquête sur les liens possibles entre la Terre profonde et les changements éphémères à sa surface - à savoir, si les volcans de la dorsale médio-océanique réagissent aux variations du niveau de la mer, et si ces volcans pourrait influencer les changements climatiques qui contrôlent le niveau de la mer. Un débat intense sur ces questions a éclaté l'année dernière, lorsque des scientifiques ont fait une découverte étonnante sur les collines abyssales, les crêtes parallèles qui sillonnent de vastes étendues du fond marin.

Les collines abyssales s'éloignent des dorsales médio-océaniques sur des centaines de kilomètres jusqu'à ce qu'elles disparaissent sous les sédiments des grands fonds, ce qui en fait le relief le plus commun de la planète. Les géologues ont longtemps attribué l'existence et l'apparence des collines aux failles de la roche fraîche lorsqu'elle se refroidissait et s'étirait. Mais lorsque les scientifiques ont examiné de près la topographie du fond marin, ou bathymétrie, ils ont remarqué que l'espacement et l'élévation des crêtes et des vallées semblaient être en corrélation avec les changements passés du niveau mondial de la mer.

Les chercheurs ont proposé que, alors que la Terre oscillait entre des périodes interglaciaires douces comme la période glaciaire actuelle et glaciaire - lorsque les calottes glaciaires ont emprisonné suffisamment d'eau pour abaisser le niveau de la mer de plus de 120 mètres - des changements dans la masse d'eau pesant sur les dorsales modifié la quantité de magma sortant des centres d'épandage. Ils ont suggéré que ces changements ont créé des bandes de croûte plus épaisses et plus minces qui contribuent à la formation de collines abyssales.

Les dorsales médio-océaniques se trouvent dans tous les bassins océaniques du monde. Ils marquent la frontière entre deux plaques tectoniques qui se séparent progressivement, permettant à une nouvelle croûte océanique de se former entre elles. Crédit : K. Cantner, AGI.

La révélation pourrait transformer la compréhension des chercheurs sur la façon dont les dorsales médio-océaniques créent une nouvelle croûte, et cela suggère que la forme du fond marin pourrait agir comme une archive à long terme du changement du niveau de la mer. La recherche a également attiré l'attention des climatologues, qui se demandent si les variations de la quantité de dioxyde de carbone éjecté des dorsales médio-océaniques – induites par l'évolution du niveau de la mer – auraient pu jouer un rôle dans les changements climatiques massifs qui ont conduit la planète à et hors des périodes glaciaires.

Cependant, ces idées restent controversées. Certains scientifiques spécialisés dans les dorsales médio-océaniques sont convaincus que les collines abyssales sont liées aux changements du niveau de la mer, tandis que d'autres doutent que les émissions des volcans sous-marins aient influencé le changement climatique. Aujourd'hui, un nombre croissant de recherches vise à aider à résoudre ces questions.

Sous pression

&ldquoLes dorsales médio-océaniques constituent les plus grands systèmes volcaniques de la planète, mais elles fonctionnent légèrement différemment des volcans associés aux points chauds et aux zones de subduction. À Hawaï, par exemple, les températures élevées dans le manteau produisent un approvisionnement anormal de magma, tandis qu'autour de la ceinture de feu du Pacifique, l'eau et d'autres composés libérés par la croûte subductrice aident à faire fondre le manteau et à alimenter les éruptions.

Sur les dorsales médio-océaniques, cependant, le magma se forme parce que deux plaques sont séparées par des forces tectoniques à grande échelle telles que la circulation du manteau et la subduction le long des limites éloignées des plaques. La chute de pression le long de l'axe de la crête, là où les plaques divergent, fait monter et fondre les roches solides du manteau. Ce mécanisme, connu sous le nom de fonte de décompression, fournit un approvisionnement assez constant de magma, qui éclate sous forme de lave basaltique toutes les quelques années ou décennies, créant une nouvelle croûte océanique.

La fonte de décompression explique également pourquoi les dorsales médio-océaniques pourraient réagir aux changements du niveau de la mer. La baisse du niveau de la mer devrait réduire la pression sur les dorsales médio-océaniques et augmenter la production de magma, tandis que l'élévation du niveau de la mer augmenterait la pression et réduirait la production de magma. Ces changements peuvent sembler trop petits pour avoir de l'importance, mais ce n'est pas le cas, selon une étude de 2015 publiée dans Science.

Des chercheurs dirigés par Richard Katz, géodynamicien à l'Université d'Oxford en Angleterre, ont modélisé comment les changements du niveau de la mer les plus rapides au cours du dernier million d'années auraient affecté les dorsales médio-océaniques et ont découvert qu'ils auraient pu augmenter ou supprimer la production de magma d'environ 10 pour cent. au cours d'un cycle glaciaire. &ldquoCela&rsquos n'est pas une petite différence,&rdquo Katz dit. &ldquoDes variations de dix pour cent du taux de fonte devraient être observables.» Si ces variations modifient la quantité de magma qui éclate à la surface, elles pourraient influencer la topographie du fond marin en modifiant la quantité de lave qui s'accumule à côté du centre de propagation avant que la croûte ne migre, potentiellement expliquant l'existence de collines abyssales.

L'équipe dit avoir trouvé des preuves de ce processus dans la configuration des collines le long de la dorsale australo-antarctique, qui a récemment été cartographiée avec suffisamment de détails pour discerner les crêtes individuelles. Les scientifiques ont choisi ce site parce qu'il s'agit d'un centre de propagation à vitesse intermédiaire, où leur modèle suggère que les changements climatiques auraient un impact important sur la production de magma, et où il devrait être plus facile de démêler les effets du volcanisme de la faille, ce qui, selon eux, joue un rôle. rôle dans la création de collines abyssales.

Les collines abyssales sont de longs sommets topographiques qui se forment parallèlement aux dorsales médio-océaniques. Les scientifiques ont longtemps attribué l'espacement des collines aux failles, mais maintenant, certains pensent que les changements du niveau de la mer peuvent également avoir joué un rôle. Crédit : GeoMapApp.

L'équipe a utilisé le taux d'étalement le long de la crête - qui reste relativement constant à 3 centimètres par an - pour convertir la distance à laquelle une ligne donnée de collines se trouve de la limite de la plaque en son âge. Et tout comme leur modèle de fonte du manteau l'avait prédit, Katz et ses collègues ont découvert que les collines semblaient se former environ tous les 23 000, 41 000 et 100 000 ans.

Ces chiffres sont familiers aux climatologues car les durées des cycles de Milankovitch, les périodes au cours desquelles les principales caractéristiques de l'orbite terrestre - l'excentricité, l'inclinaison et l'oscillation de son axe - varient comme une horloge. Pendant des décennies, les chercheurs ont reconnu que ces changements orbitaux avaient un impact sur la façon dont l'énergie solaire frappe la Terre, entraînant des changements radicaux dans le climat mondial et le niveau de la mer, le plus fortement à la périodicité de 100 000 ans.

Trouver les mêmes fréquences dans les âges des collines abyssales suggère que les impacts de ces changements sur la surface s'étendent jusqu'au fond marin, dit Katz. &ldquoSoit cela&rsquo une coïncidence, soit la topographie est influencée par le changement du niveau de la mer.&rdquo

De qui est-ce la faute?

" un commentaire dans Science en réponse à l'étude de Katz&rsquos.

C'est pourquoi Goff et d'autres critiques de la nouvelle hypothèse du niveau de la mer disent que les partisans doivent concilier un rôle accru du volcanisme avec les processus tectoniques déjà connus pour affecter la topographie du fond marin. Si le changement du niveau de la mer modifiait la quantité de magma en éruption sur les dorsales médio-océaniques, et si ces variations laissaient un enregistrement dans la topographie des collines abyssales, dit Goff, &ldquoit devrait vraiment être un signal secondaire, par opposition à un signal primaire. &rdquo

Un point de discorde spécifique pour Goff est que l'hypothèse du niveau de la mer fait une prédiction qui semble contredire une grande partie des données existantes sur les dorsales médio-océaniques. Plus précisément, cela suggère que les changements globaux du niveau de la mer devraient produire des collines plus éloignées les unes des autres aux centres d'étalement rapides - où la nouvelle croûte migre plus rapidement loin de la limite des plaques - qu'aux centres d'étalement plus lents. Cependant, des études antérieures ont montré exactement le contraire : les centres d'étalement plus rapides ont des collines abyssales plus rapprochées, en accord avec les modèles de failles du fond marin.

Selon Richard Katz et ses collègues, les changements du niveau de la mer pourraient affecter le magmatisme au niveau des dorsales médio-océaniques. Crédit : K. Cantner, AGI et Julia Rosen.

Les résultats de Katz de la dorsale australo-antarctique, un centre d'étalement à taux intermédiaire, ne confirment ni ne contredisent cette tendance, le signal dominant de 100 000 ans dans les données de son équipe correspond aux observations de l'espacement des collines dans d'autres centres d'étalement à taux intermédiaire. Mais cela pourrait simplement être une coïncidence, explique Jean-Arthur Olive, géophysicien à l'Université Columbia & rsquos Lamont-Doherty Earth Observatory (LDEO) qui, avec des co-auteurs, a publié un article de réfutation dans Science à l'automne 2015. L'équipe Olive & rsquos a modélisé les forces qui contrôlent l'espacement des failles au niveau des dorsales médio-océaniques - y compris l'apport de magma et la force de la lithosphère - et ont découvert que les collines aux centres d'étalement à vitesse intermédiaire devraient être distantes d'environ 100 000 ans.

Cependant, Olive insiste sur le fait que lui et d'autres critiques tentent de mettre fin à l'hypothèse du niveau de la mer. En effet, il dit qu'il est plausible que les variations du niveau de la mer aient influencé la production de magma sur les dorsales médio-océaniques. La question est de savoir si de tels changements entraîneraient des variations dans la topographie du fond marin, ou si un magma supplémentaire se répandrait simplement sur le fond de la croûte. Le modèle Olive&rsquos suggère que ce dernier scénario est peut-être plus probable, mais il ne pourrait être confirmé qu'en examinant l'épaisseur totale de la croûte à mesurer plutôt que la bathymétrie.

En attendant, Olive dit que son modèle pourrait aider les chercheurs à identifier les signaux possibles du niveau de la mer en prédisant l'espacement des failles à divers endroits. Si les chercheurs découvrent des modèles différents au niveau des crêtes couvrant une gamme de taux d'étalement et à plusieurs endroits le long de la même crête, cela pourrait aider à confirmer le rôle des changements du niveau de la mer. En décembre dernier, au sein de l'American Geophysical Union à San Francisco, des scientifiques ont rapporté des preuves préliminaires pour étayer les résultats de Katz&rsquos, mais principalement d'autres centres d'étalement à vitesse intermédiaire.

Un endroit où un tel signal a déjà été détecté se trouve au sud-est du Pacifique au large de la côte ouest de l'Amérique du Sud, où les plaques du Pacifique et de Nazca se séparent à près de 15 centimètres par an, ce qui en fait le centre de propagation le plus rapide de la planète. Là, Maya Tolstoï de LDEO a trouvé des preuves de collines abyssales espacées de 100 000 ans. Selon le modèle Olive&rsquos, ce n'est pas une fréquence que les failles dans les centres à propagation rapide devraient produire. C'est cependant la fréquence à laquelle la Terre entre et sort des périodes glaciaires, provoquant les changements les plus spectaculaires du niveau de la mer.

Le soleil & rsquos Squeeze

&ldquoTolstoï étudie le comportement mystérieux des volcans sous-marins depuis plus d'une décennie. &ldquoNous savons très peu de choses sur les dorsales médio-océaniques parce qu'elles sont difficiles à étudier,», dit-elle. « Vous ne les voyez pas et vous ne les entendez pas, pour la plupart. » Ainsi, elle et ses collègues ont commencé à surveiller les éruptions en écoutant les tremblements de terre, et au fil du temps, elle a remarqué une tendance. Les éruptions se sont produites plus fréquemment pendant les marées mortes - lorsque le niveau local de la mer était plus bas - et pendant la première moitié de l'année civile.

Une grande partie de la croûte océanique créée au niveau des dorsales médio-océaniques est constituée de magma qui n'a jamais éclaté à la surface, comme ces dykes en nappes (lignes pointillées blanches), maintenant exposés dans les montagnes Troodos de Chypre. Crédit : Lon Abbott et Terri Cook.

Tolstoï a émis l'hypothèse que cette tendance pourrait provenir du fait que l'orbite de la Terre n'est pas parfaitement circulaire, mais de forme ovale, et qu'entre janvier et juin la planète s'éloigne du soleil. Pendant ce temps, l'impact de l'attraction gravitationnelle du soleil s'affaiblit progressivement. "C'est essentiellement lorsque la pression du soleil sur Terre diminue légèrement", dit Tolstoï. Elle pense que cette libération modeste pourrait décharger suffisamment la croûte terrestre pour encourager davantage les éruptions au cours du premier semestre de l'année que du second.

Les observations de Tolstoï l'ont amenée à s'interroger sur le passé, lorsque le niveau de la mer et la forme de l'orbite terrestre ont fluctué de manière plus spectaculaire. En 2008, elle a soumis un article et une proposition de subvention pour explorer l'idée plus en détail. Tolstoï a eu du mal à se faire accepter – peut-être, dit-elle, parce que le sujet était si controversé – alors elle a suspendu le travail jusqu'à récemment. Dans ses manuscrits, Tolstoï a émis l'hypothèse que les variations du niveau de la mer, induites par les changements climatiques, pourraient altérer la production de magma sur les dorsales médio-océaniques. Elle pensait également qu'il pourrait y avoir une influence directe de l'orbite terrestre sur les dorsales médio-océaniques. Au plus fort de la dernière période glaciaire, il y a environ 20 000 ans, lorsque le niveau de la mer était le plus bas, l'orbite terrestre était plus excentrique. Cela a peut-être provoqué une compression et un déchargement plus intenses de la croûte, dit-elle, et favorisé des éruptions plus fréquentes. Ces éruptions auraient alors pu aider à libérer l'excès de magma qui s'était accumulé sous les dorsales médio-océaniques en raison de la baisse du niveau de la mer.

Tolstoï a recherché des preuves potentielles dans la bathymétrie de l'élévation du Pacifique Sud-Est, où elle a trouvé des collines séparées par un espacement de 100 000 ans. Elle a publié ses résultats l'année dernière dans Geophysical Research Letters le jour même de la parution de l'étude de Katz&rsquos dans Science. Mais Tolstoï dit qu'il y a une différence entre les deux études. Bien que la découverte d'un modèle dans l'espacement des collines abyssales ait soutenu son idée, "l'hypothèse de l'existence n'exige pas que quoi que ce soit soit observé dans la topographie du fond marin", dit-elle. Elle précise que son hypothèse prédit que les changements du niveau de la mer devraient affecter le volcanisme, et non si les changements du volcanisme contribuent à la formation de collines abyssales.

Cette idée semble être étayée par de nouveaux résultats de l'océanographe de l'Université du Connecticut, David Lund, et de ses collègues. En 2008, Lund et Paul Asimow, géologue à Caltech, ont commencé à modéliser comment les changements du niveau de la mer pourraient affecter les dorsales médio-océaniques, une hypothèse qu'ils ont détaillée dans un article de 2011. Mais au lieu de se tourner vers la bathymétrie du fond marin pour étayer les preuves, Lund et ses collaborateurs ont adopté une approche alternative, analysant les carottes de sédiments du fond marin pour trouver des indices sur les changements passés de l'activité volcanique. Plus précisément, ils ont recherché des preuves d'une augmentation des émissions des bouches hydrothermales, qui jaillissent des fluides chauffés par géothermie chargés de fer, de manganèse et d'autres métaux qui s'accumulent sur le fond marin.

Au début de 2016, Lund et ses collègues ont publié une étude dans Science rapportant les résultats d'une série de carottes à la Southern East Pacific Rise. Ils ont trouvé des pics prononcés dans les concentrations de métaux hydrothermaux il y a environ 15 000 et 130 000 ans, au cours des deux dernières déglaciations, suggérant que ces changements climatiques coïncidaient avec des périodes d'activité volcanique élevée. Il y a encore beaucoup de travail à faire, dit Lund, mais les résultats fournissent un support provisoire pour un lien entre les changements climatiques majeurs et le magmatisme au niveau des dorsales médio-océaniques.

Quant à savoir si ces changements ont laissé une marque dans la bathymétrie, Lund dit que les chercheurs doivent encore distinguer les rôles relatifs des failles et du volcanisme dans la production de collines abyssales. Cependant, Lund dit que la communauté devra trouver une sorte d'explication si les carottes de sédiments et les données bathymétriques montrent toutes deux des preuves d'impulsions d'activité en réponse aux changements du niveau de la mer. "Bien que nous ne comprenions peut-être pas exactement ce qui la cause, en termes de mécanisme détaillé", dit-il, "j'ai du mal à croire que vous puissiez trouver par hasard des périodicités à l'échelle de Milankovitch". Et si les chercheurs commencent à voir de tels signaux à plusieurs endroits, comme le suggèrent certains résultats préliminaires, &ldquot cela devient vraiment difficile à expliquer.&rdquo

Une rue à double sens

&ldquo, géologue à l'Université Harvard et co-auteur de l'étude Katz&rsquos 2015. Bien qu'un tel lien n'ait pas été mentionné dans cet article, Huybers a depuis commencé à explorer si les dorsales médio-océaniques pourraient aider à expliquer le rythme mystérieux des périodes glaciaires.

Dans les années 1920, Milutin Milankovitch a émis l'hypothèse que les variations de l'orbite terrestre provoquaient des périodes glaciaires. Il a été l'un des premiers à calculer comment les changements d'excentricité, d'obliquité et de précession de la Terre affecteraient l'intensité et la distribution de l'énergie solaire frappant la planète, et s'ils pourraient entraîner des changements climatiques mondiaux massifs. Crédit : K. Cantner, AGI.

La périodicité de 100 000 ans des glaciations et leur coïncidence avec des variations de 100 000 ans de l'excentricité de la Terre sont apparentes aux chercheurs il y a des décennies, mais la cause exacte de cette cyclicité reste incertaine. Les scientifiques savent depuis longtemps que l'excentricité ne modifie pas suffisamment la quantité de rayonnement solaire atteignant la Terre pour faire entrer et sortir la planète des périodes glaciaires à elle seule. En conséquence, les chercheurs ont cherché des explications alternatives pour le tempo du métronome climatique de la Terre et ont recherché des rétroactions qui pourraient amplifier de petits changements orbitaux en des changements dramatiques.

Le dioxyde de carbone est le retour d'information le plus puissant que les scientifiques aient découvert. Les enregistrements des carottes de glace révèlent que sa concentration a varié de plus de 50 pour cent entre les périodes glaciaires et interglaciaires, suffisamment pour modifier considérablement le climat. Mais les chercheurs continuent de débattre d'où vient ce dioxyde de carbone lorsque la Terre s'est réchauffée, et où il est allé pendant les périodes glaciaires. La plupart des scientifiques soupçonnent que le carbone s'est déplacé entre l'atmosphère et l'océan profond grâce à une combinaison de changements dans la chimie, la biologie et la circulation océaniques. Les volcans sont une autre source majeure de dioxyde de carbone, mais les géologues n'avaient pas pris en compte leur influence sur le climat sur des milliers d'années - un instant géologique - jusqu'à récemment.

En 2009, Huybers a publié un article avec son collègue de Harvard, Charlie Langmuir, sur la façon dont le rétrécissement des calottes glaciaires a affecté les volcans terrestres à la fin de la dernière période glaciaire. Ils ont suggéré que le déchargement de la croûte continentale aurait pu induire une fonte de décompression qui a stimulé davantage d'éruptions, produisant suffisamment de dioxyde de carbone pour aider à propulser la Terre dans la période interglaciaire actuelle. À l'époque, les chercheurs pensaient que les dorsales médio-océaniques auraient un effet mineur sur le climat, mais maintenant, dit Huybers, les scientifiques ont commencé à réaliser qu'elles sont beaucoup plus compliquées et potentiellement plus intéressantes.

C'est parce qu'il y aura probablement un long délai entre le moment des changements du niveau de la mer et le moment où le magma créé par ces changements entre en éruption dans un centre de propagation. Les estimations de la vitesse à laquelle le magma peut monter et éclater varient considérablement, mais les recherches suggèrent que le décalage pourrait s'étendre de milliers à des dizaines de milliers d'années. Cela distingue les volcans sous-marins des types de processus en évolution rapide – comme la circulation océanique et la biologie – que les climatologues ont précédemment invoqués pour expliquer les changements glaciaires-interglaciaires du dioxyde de carbone, explique Huybers.

Les variations d'excentricité orbitale (ligne rouge, en haut) influencent la quantité d'énergie solaire, ou d'insolation (ligne orange), reçue sur Terre.On pense que les changements d'insolation aux hautes latitudes nordiques, illustrés ici au cours des 500 000 dernières années, sont particulièrement importants pour stimuler la croissance et la décomposition des grandes calottes glaciaires de l'hémisphère nord et rythmer les périodes glaciaires. Les cycles glaciaires ont été marqués par d'énormes changements dans le climat de la Terre. Par exemple, pendant les périodes glaciaires, les carottes de glace de l'Antarctique indiquent que les températures étaient jusqu'à 10 degrés Celsius plus froides qu'aujourd'hui (ligne brune). Des changements spectaculaires du niveau de la mer (ligne bleue épaisse) ont accompagné ces changements climatiques, car la quantité d'eau emprisonnée dans les calottes glaciaires variait. Les scientifiques pensent que le dioxyde de carbone atmosphérique (points bleu clair) joue un rôle important dans les changements climatiques mondiaux, bien qu'ils continuent de débattre de l'origine du dioxyde de carbone lors des événements de réchauffement déglaciaire et de sa destination lors des périodes glaciaires froides. Crédit : K. Cantner, AGI et Julia

Et selon la durée du retard, les impacts des émissions de la dorsale médio-océanique sur le climat pourraient différer considérablement. Une possibilité est que le lien entre les variations du niveau de la mer et les dorsales médio-océaniques ait un effet stabilisateur sur le changement climatique. Cela se produirait si, par exemple, l'élévation du niveau de la mer pendant la déglaciation déclenchait une chaîne d'événements qui supprimaient le volcanisme, abaissaient le dioxyde de carbone atmosphérique et ralentissaient le réchauffement. Cependant, si le délai était plus long, le retour d'informations pourrait plutôt provoquer une oscillation du climat terrestre, explique Huybers. Par exemple, si la diminution du dioxyde de carbone volcanique – déclenchée par l'élévation du niveau de la mer à la fin d'une ère glaciaire – survient alors que la Terre a déjà recommencé à se refroidir, elle pourrait accélérer cette tendance, faisant retomber la Terre dans une période glaciaire.

Ce dernier scénario est provisoirement soutenu par les résultats d'une étude récente dans Earth and Planetary Science Letters, par Katz et Jonathan Burley, doctorant à Oxford. La paire a modélisé comment les variations du niveau de la mer affecteraient non seulement la production de magma, mais aussi la géochimie du magma, y ​​compris la quantité de dioxyde de carbone qu'il contient. Ensuite, ils ont calculé comment les émissions de dioxyde de carbone des dorsales médio-océaniques varieraient au cours d'un cycle glaciaire – et combien de temps il faudrait pour voir ces changements. Bien que gênés par des incertitudes quant à la vitesse à laquelle le magma monte à travers le manteau, les chercheurs ont découvert que les changements dans les émissions de dioxyde de carbone des dorsales médio-océaniques devraient être en retard de 50 000 ans ou plus par rapport aux changements du niveau de la mer.

Katz et Burley n'estiment qu'un changement de 12% des émissions de carbone des dorsales médio-océaniques au cours d'un cycle glaciaire-interglaciaire - et les modèles suggèrent qu'encore moins s'échapperaient de l'océan vers l'atmosphère. Cependant, dit Huybers, « ldquoit ne prend pas vraiment une très forte rétroaction négative retardée pour augmenter la probabilité qu'un système oscille. » Huybers est actuellement en train de terminer un article qui essaie d'expliquer comment une telle réponse retardée pourrait aider à expliquer le mystérieux rythme. des cycles climatiques, mais pour l'instant, dit-il, il y a encore &ldquosome de très grandes questions en suspens.&rdquo

La connexion climatique

" de LDEO et une équipe de chercheurs ont navigué jusqu'à la dorsale Juan de Fuca, un centre d'expansion au large des côtes de l'Oregon et de Washington, pour collecter des carottes de sédiments. Huybers et d'autres ont trouvé des preuves supplémentaires de signaux climatiques dans l'espacement des collines abyssales près de cette crête. Comme Lund, McManus et ses collègues examinent la concentration de métaux dans leurs noyaux pour comprendre si l'activité hydrothermale de la crête a changé au fil du temps. Bien que leurs travaux soient toujours en cours, McManus dit que leurs résultats préliminaires semblent largement en accord avec Lund&rsquos : que l'activité volcanique a changé au cours des cycles glaciaires.

Parce que les sédiments sont relativement faciles à dater, McManus espère que ce travail pourra aider à limiter le décalage entre les changements du niveau de la mer et la réponse aux dorsales médio-océaniques, ce qui est essentiel pour comprendre l'impact climatique. Par exemple, les chercheurs essaient toujours de comprendre si c'est le niveau de la mer lui-même, ou son taux de changement, qui affecte les dorsales médio-océaniques, tandis que l'hypothèse de Tolstoï suggère que l'excentricité peut être un moteur commun pour les deux. &ldquoNotre approche n'est pas d'examiner une seule glaciation»,», mais d'utiliser la longue mémoire des noyaux pour obtenir une réponse plus robuste en examinant de nombreux cycles glaciaires. &ldquoEst-ce que ça arrive encore et encore et encore ?&rdquo demande-t-il.

McManus espère également que les carottes pourront aider à élucider exactement comment les changements dans l'activité volcanique pourraient avoir affecté le climat. Bien que Huybers et d'autres se soient concentrés sur le dioxyde de carbone, certaines personnes disent qu'une explosion d'émissions volcaniques pourrait ne pas correspondre à ce que les scientifiques savent du cycle du carbone océanique. Par exemple, Robert Anderson, géochimiste au LDEO, affirme que l'ajout de dioxyde de carbone volcanique aurait acidifié les profondeurs de l'océan, tout comme les émissions humaines le font aujourd'hui. Mais "les archives sédimentaires sont sans équivoque que la chimie des océans profonds est allée dans l'autre sens", dit-il.

Alimentés par les digues en dessous, les basaltes en coussins, comme ceux exposés à Oman, se forment lorsque le magma éclate dans l'eau de mer froide. Crédit : Chuck Bailey.

Jusqu'à ce que les chercheurs en apprennent davantage, McManus dit qu'ils devraient rester ouverts à tous les liens possibles entre le volcanisme de la dorsale médio-océanique et le climat. Par exemple, Lund a suggéré que la chaleur dégagée par les cheminées hydrothermales pourrait altérer la circulation océanique et McManus explore les impacts possibles d'une augmentation des concentrations de métaux volcaniques comme le fer. Une augmentation de la disponibilité du micronutriment pourrait avoir alimenté la croissance du plancton, qui extrait le dioxyde de carbone de l'atmosphère pendant la photosynthèse et le transfère dans les profondeurs de l'océan lorsque les organismes meurent et coulent.

C'est le genre de questions auxquelles il faut répondre avant que les climatologues puissent comprendre si le volcanisme de la dorsale médio-océanique a joué un rôle dans les cycles climatiques de la Terre et si le climat a laissé sa marque sur le fond marin mondial. McManus ne sait pas quelles seront les réponses à la fin, mais il est heureux que les chercheurs explorent enfin de tels liens. &ldquoCes systèmes terrestres sont tous connectés»,», dit-il. &ldquoJe ne suis donc pas du tout surpris qu'il y ait des interactions.&rdquo

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Pourquoi l'excentricité orbitale de la Terre oscille-t-elle avec une période d'environ 100 000 ans ? - Astronomie

L'un équivaut à environ 10" d'arc et a probablement été causé au début de l'histoire de la Terre lorsque quelque chose a nettoyé son horloge. Quoi qu'il en soit, ce n'était pas un astéroïde. Il devait avoir la taille d'une petite lune. Si vous faites des mathématiques pour l'astronomie ou l'astrologie, vous devez en tenir compte lors de la recherche de la longitude des planètes.

L'autre oscillation est, je pense, l'oscillation de Chandler et a quelque chose à voir avec le noyau de la Terre.

Et il y a une oscillation associée au cycle de Mankovitch qui est basé sur l'axe polaire de la Terre par rapport au plan de l'écliptique. Cela fait passer la Terre d'environ 21° à environ 24°. Il est très utile pour dater certains types de temples appelés temples solstices. De nombreux temples sont équinoxiaux, c'est-à-dire qu'ils sont orientés vers l'équateur. Cependant, certains sont solsticiaux, ce qui signifie qu'ils sont orientés vers les points du solstice. Le jour du solstice, vous pouviez ouvrir les portes du temple et le soleil et midi brilleraient tout le dos dans le "saint des saints" derrière l'autel.

Les temples de l'hémisphère nord sont orientés vers le point nord du Soleil (le point du solstice) c'est-à-dire le solstice d'été, tandis que les temples de l'hémisphère sud sont orientés vers le point sud du Soleil (leur solstice d'été mais notre solstice d'hiver dans l'hémisphère nord).

Parce que nous connaissons la vitesse de déplacement, nous pouvons dater les temples solsticiaux (on parle d'archéo-astronomie). L'Allemand qui a inventé la méthode a daté avec précision un certain nombre de temples solsticiaux en Égypte, en Europe du Nord et en Asie. Il a donné des dates d'environ 10 000 av. des idées préconçues des gens sur le développement des civilisations dans diverses parties du monde.

Quoi qu'il en soit, revenons à la météo, cette oscillation a une grande incidence sur l'albédo global de la Terre. L'albédo est une mesure de la réflectivité.

La Terre est composée à 75 % d'eau, et il y a des déserts et de nombreuses zones enneigées ou glaciaires.

Choisissons une zone dans l'océan Pacifique, n'importe quelle zone fera l'affaire. Le rayonnement solaire frappe la surface de l'océan. Si l'angle d'incidence est grand, alors l'albédo est élevé et une bonne partie de cette énergie est réfléchie dans l'espace.

Mais si l'angle d'incidence est faible, alors l'albédo est faible (ou inférieur) et il absorbe plus d'énergie solaire.

Et ce qu'il est important de comprendre, c'est qu'un simple 1 'd'arc affectera des millions de kilomètres carrés d'océan et modifiera son albédo de sorte qu'il réfléchisse plus d'énergie dans l'espace ou absorbe plus d'énergie.

Si la Terre avait un angle de 0°, les régions polaires nord et sud seraient presque parallèles à l'énergie provenant du Soleil et toute neige, glace ou eau refléterait la plus grande partie de l'énergie dans l'espace.

Mais ce n'est pas le cas en raison de l'inclinaison ou de l'inclinaison axiale de la Terre, les régions polaires peuvent effectivement absorber l'énergie lorsque la Terre est à son maximum, environ 24°.

Vous pouvez sûrement voir comment cela affecterait la météo de la Terre, en absorbant plus d'énergie ou en réfléchissant plus d'énergie, et c'est ce que dit Mankovitch, c'est donc l'une des trois parties de son cycle.

Une partie est le périgée de la Terre, c'est-à-dire le plus proche de la Terre au Soleil. On nous dit que notre distance est d'environ 93,5 millions de miles, mais ce n'est qu'une moyenne. Sur une période de 100 000 ans, la Terre se rapproche du Soleil, puis s'éloigne du Soleil. Comme nous ne sommes pas là depuis si longtemps, nous ne savons pas exactement quelles sont ces distances.

Cependant, en décembre 2012, le périgée de la Terre (l'orbite de la Terre n'est pas un cercle parfait mais plutôt elliptique) sera plus proche du Soleil qu'il ne l'a jamais été dans l'histoire humaine connue.

À partir de ce moment, la Terre passera les 100 000 prochaines années à s'éloigner du Soleil, puis elle passera les 100 000 prochaines années à revenir au point où nous sommes maintenant.

Mankovitch dit que le cycle affecte la météo sur Terre (et cela a beaucoup de sens pour moi).

La période de réchauffement interglaciaire se termine en décembre 2012 et la Terre redeviendra normale comme illustré ici :


C'est la vraie Terre et ce que notre maison c'est vraiment comme 99,9% du temps(géologiquement parlant).

À moins qu'il n'y ait une activité tectonique/volcanique massive, cela crée un dégazage majeur et crache du CO2 massif dans l'atmosphère remontant à l'époque des dinosaures quand il ne neigeait jamais et qu'il n'y avait pas de glace d'eau sur Terre étaient libres et clairs), voilà à quoi ressemblera la Terre à l'exception des petites périodes interglaciaires, comme celle dans laquelle nous sommes actuellement (et celle-ci s'est prolongée à cause d'un événement cataclysmique il y a 12 000 ans).

À partir d'environ 10 000 ans, les Canadiens (s'ils existent toujours) immigreront illégalement aux États-Unis pour éviter les glaciers qui commenceront à se déplacer vers le sud et les chasseront de leurs maisons.


Voir la vidéo: Lexcentricité de lorbite terrestre et son influence sur le climat actuel (Octobre 2022).