Publié le 13 novembre 2017
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Cisaillement dans des couches de glace : lors d'épisodes "Snowball Earth", des fissures profondes et larges dans les glaciers ont permis de maintenir des échanges entre l'océan et l'atmosphère. ©Science Advances

Une collaboration internationale dresse le bilan de plus de 35 ans de recherches et de polémiques scientifiques sur le fonctionnement d’une Terre "boule de neige" très éloignée de ce que nous connaissons aujourd'hui. Plusieurs membres de l'Université Paris-Saclay ont participé à ces découvertes.

Imaginez notre planète entièrement couverte de glace et de neige. Au cours du Néoprotérozoïque, la Terre a bel et bien connu deux périodes au cours desquelles elle ressembait à une "boule de neige" (Snowball Earth), entre 717 et 659 millions d’années (Ma), puis entre 649 et 635 Ma avant notre ère. Un article publié dans Science Advances, le 8 novembre 2017, propose une synthèse sur ces deux épisodes climatiques extrêmes.

Dès les années 1960, ces épisodes ont été décrits à partir de données géologiques et glaciologiques par le britannique Walter Brian Harland. Cependant, à cette époque, aucun processus connu ne permettait d’expliquer comment la planète était sortie rapidement d’une telle glaciation. En effet, sous le seul effet de la luminosité solaire, le dégel aurait pris des milliards d’années. Mais, à la fin des années 1980, les scientifiques ont proposé un processus de seulement quelques dizaines de millions d’années. Sur une Terre totalement englacée, le dioxyde de carbone (CO2) émis par les volcans n’est plus absorbé par les puits de carbone comme l’océan et la biosphère : il s’accumule dans l’atmosphère jusqu’à des teneurs très élevées, provoquant un effet de serre puissant, suivi d’une "débâcle", une rupture rapide de la glace.

Un modèle de plus en plus complexe

Depuis l'invention de ce modèle plutôt simpliste, les scientifiques se sont attachés à revisiter les relations entre climat et cycle du carbone pendant ces glaciations. Avec 27 chercheurs, 27 laboratoires impliqués et plus de 500 références, la synthèse publiée dans Science Advances intègre toutes les disciplines impliquées dans la naissance, le développement et la fin d’une Terre "boule de neige", de la sédimentologie à la glaciologie en passant par la climatologie ou la biologie. À travers une dizaine d’articles cités dans la synthèse, les climatologues du Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (LSCE, CEA-CNRS-UVSQ, Université Paris-Saclay) ont en particulier contribué à éclaircir plusieurs points :

  • La répartition particulière des continents, essentiellement au niveau des tropiques, a pu  favoriser le basculement vers une Terre totalement englacée.
  • Les relations entre climat et cycle du carbone sur une Terre gelée sont beaucoup plus complexes que dans le modèle initial, en particulier parce qu’en réalité, une partie de la surface océanique reste libre de glace et autorise des échanges de CO2 entre les réservoirs atmosphérique et océanique.
  • La sortie d’une situation de "Snowball Earth" n’est pas simplement une grande débâcle reliée mécaniquement au dépassement d’un seuil de concentration en CO2 dans l’atmosphère.  Lorsque les valeurs de ce gaz à effet de serre deviennent importantes, les paramètres orbitaux de notre planète entrent en scène. Faisant varier l’énergie solaire reçue au sommet de l’atmosphère, ces paramètres astronomiques enclenchent une série d’oscillations glaciaires-interglaciaires. Chacune de ces périodes interglaciaires contribue au réchauffement progressif jusqu’à la débâcle.

Alors même que la vie existe depuis 3,7 milliards d’années, le climat terrestre a connu, pendant des millions d’années, des dérégulations majeures qui ont conduit à un fonctionnement de la Terre très différent pendant ces évènements de Terre "boule de neige" par rapport à celui que nous connaissons depuis la grande diversification des espèces animales, végétales et bactériennes de l’explosion cambrienne (540 Ma). Un fonctionnement intéressant à étudier à l’heure de la recherche de la vie sur d’autres planètes : l’étude détaillée de ces épisodes pourrait documenter les variations de la teneur en oxygène dans l’atmosphère au cours des âges et éclairer le développement de la vie.

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