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17 mars 2004

La Terre « boule de neige » : avis de grand froid il y a 750 millions d'années

Il y a environ 750 millions d'années, la Terre aurait été entièrement recouverte de glace, une hypothèse connue sous le nom de glaciation « boule de neige ». Les causes de cet événement climatique majeur étaient jusqu'à présent mal connues. Dans un article à paraître le 18 mars dans la revue Nature, deux équipes du CNRS et du CEA (1) proposent un outil de modélisation novateur, le modèle GEOCLIM. Premier modèle à coupler, à l'échelle du million d'années, l'évolution du cycle du carbone, du climat (température, cycle de l'eau : précipitation et ruissellement) et de la position des continents, GEOCLIM permet d'expliquer quantitativement cette glaciation.

 

En 1992 et 1998 des scientifiques émettent l'hypothèse que la Terre aurait connu à la fin du Protérozoïque un épisode glaciaire majeur et unique en son genre. Les calottes polaires auraient atteint l'équateur comme l'indiquent des dépôts glaciaires caractéristiques retrouvés sur le pourtour du globe. L'équateur englacé, une terre « boule de neige », de quoi intriguer les climatologues… L'hypothèse d'un changement d'obliquité de la Terre ayant été éliminée, seule une diminution de la concentration en CO2 de l'atmosphère a paru plausible aux spécialistes. Quelle peut être la cause de cette diminution du CO2 atmosphérique ? Les auteurs de cette publication montrent que la dislocation du super continent Rodinia a pu, à elle seule, avoir provoqué un refroidissement majeur de la planète.

 

En effet, il y a 800 millions d'années, à l'ère du néo-Protérozoïque, les continents de la planète étaient groupés en un super continent, la Rodinia, centré sur l'équateur et s'étendant des latitudes 60° nord à 60° sud. La Rodinia commence à se fracturer dès cette époque, probablement du fait d'une activité volcanique importante, et les blocs continentaux, qui vont donner naissance aux continents actuels, se dispersent le long de l'équateur. Cet événement majeur s'accompagne d'une part de l'ouverture d'océans et de bras de mer, créant de nouvelles sources d'humidité à proximité des continents, et d'autre part d'éruptions volcaniques créant d'importants épanchements basaltiques à la surface des continents. L'augmentation des précipitations et du ruissellement sur les continents entraîne alors une dissolution accrue de l'ensemble des roches continentales, y compris des surfaces basaltiques. Or, les surfaces basaltiques, quand elles s'érodent sous l'effet de l'humidité, consomment 8 fois plus de carbone qu'une même surface granitique. On observe alors une chute du CO2 atmosphérique déposé in fine sous forme de carbonates sédimentaires au fond des océans. Cette réaction en chaîne va donc provoquer un refroidissement de l'atmosphère, résultat attendu d'une diminution du CO2 atmosphérique.

A partir de l'ensemble de ces données géochimiques et géophysiques, l'outil de modélisation GEOCLIM, mis au point dans le cadre du programme interdisciplinaire du CNRS ECLIPSE-1 (3), permet d'estimer quantitativement le climat et la teneur en CO2 atmosphérique (2) et ainsi de reconstituer précisément le scénario d'entrée en glaciation.

Le fractionnement de la Rodinia et l'augmentation des précipitations et du ruissellement aurait provoqué dans un premier temps une baisse de la température globale d'environ 8 °C. En tenant compte de l'érosion des surfaces basaltiques, estimées à 7 millions de km2, et de l'apparition de calottes glaciaires jusqu'à 30° de latitude, la teneur en CO2 atmosphérique serait alors descendue jusqu'à un seuil critique où le climat, devenu instable, se serait refroidi brutalement, perdant environ 50°C au total et initiant une glaciation « boule de neige » aux alentours d'il y a 750 millions d'années.

Les auteurs de l'article présentent donc un scénario simple de l'occurrence d'une glaciation globale au cours du néo-Protérozoïque, qui serait la conséquence naturelle du fractionnement de la Rodinia aux moyennes et basses latitudes. Ce scénario permet par ailleurs de comprendre pourquoi de telles glaciations ne se sont pas renouvelées au cours des derniers 570 millions d'années, marqués entre autres par l'apparition de la vie multicellulaire, une configuration exclusivement équatoriale des continents ne s'étant plus jamais reproduite.

 

Outil novateur, le modèle GEOCLIM pourra aussi être utilisé pour expliquer d'autres événements climatiques plus récents. 

 


Configuration continentale à - 750 millions d'années.

Notes :

(1) Yannick Donnadieu et Gilles Ramstein, Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement, CNRS-CEA, Gif-sur-Yvette ; Yves Goddéris et Anne Nédélec, Laboratoire des Mécanismes et Transferts en Géologie, CNRS-Université Paul Sabatier-IRD, Toulouse ; en collaboration avec Joseph Meert, Université de Floride, USA.

(2) Aucune méthode expérimentale ne permet de mesurer ces valeurs il y a 750 millions d'années. Les mesures effectuées sur les carottes polaires permettent de remonter au climat et à la teneur atmosphérique en CO2 d'il y a 800 000 ans au maximum.

(3) Site du programme ECLIPSE : Consulter le site web



Références :

A « snowball Earth » climate triggered by continental break-up through changes in runoff. Yannick Donnadieu, Yves Goddéris, Gilles Ramstein, Anne Nédelec & Joseph Meert. Nature, Paru le 18 mars 2004.

Contacts :

Contact chercheur :
Yves Godderis
LMTG, Toulouse,
Tél : 05 61 55 86 85
Courriel : godderis@lmtg.ups-tlse.fr

Contact département des sciences de l'univers :
Christiane Grappin
Tél : 01 44 96 43 37
Courriel : christiane.grappin@cnrs-dir.fr

Contacts bureau de presse :
CNRS : Isabelle Tratner ; Tél : 01 44 96 49 88 ; Courriel : isabelle.tratner@cnrs-dir.fr

CEA : Alexandra Bender ; Tél : 01 40 56 17 16 ; Courriel : a.bender@cea.fr


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