La Terre est actuellement dans ce que les climatologues appellent une période interglaciaire, une impulsion chaude entre longue, périodes glaciaires froides lorsque les glaciers dominent les latitudes plus élevées de notre planète. Depuis un million d'années, ces cycles glaciaires-interglaciaires se sont répétés approximativement sur 100, Cycle de 000 ans. Maintenant, une équipe de chercheurs de l'Université Brown a une nouvelle explication pour ce moment et pourquoi le cycle était différent avant il y a un million d'années.

À l'aide d'un ensemble de simulations informatiques, les chercheurs montrent que deux variations périodiques de l'orbite terrestre se combinent sur 100, cycle de 000 ans pour provoquer une expansion de la banquise dans l'hémisphère sud. Par rapport aux eaux océaniques ouvertes, que la glace renvoie une plus grande partie des rayons du soleil dans l'espace, réduisant considérablement la quantité d'énergie solaire absorbée par la planète. Par conséquent, la température mondiale se refroidit.

"Les 100, Le rythme de milliers d'années des périodes glaciaires-interglaciaires a été difficile à expliquer, " a déclaré Jung-Eun Lee, professeur adjoint au département de la Terre de Brown, Études environnementales et planétaires et auteur principal de l'étude. "Ce que nous avons pu montrer, c'est l'importance de la glace de mer dans l'hémisphère sud ainsi que des forçages orbitaux pour donner le ton du cycle glaciaire-interglaciaire."

La recherche est publiée dans la revue Lettres de recherche géophysique .

Orbite et climat

Dans les années 1930, Le scientifique serbe Milutin Milankovitch a identifié trois changements récurrents différents dans la configuration orbitale de la Terre. Chacun de ces cycles de Milankovitch peut influencer la quantité de lumière solaire que reçoit la planète, qui à son tour peut influencer le climat. Les changements se succèdent tous les 100, 000, 41, 000 et 21, 000 ans.

Le problème est que le 100, Le cycle de 000 ans à lui seul est le plus faible des trois dans le degré auquel il affecte le rayonnement solaire. Alors pourquoi ce cycle serait celui qui définit le rythme du cycle glaciaire est un mystère. Mais cette nouvelle étude montre le mécanisme par lequel les 100, Cycle de 000 ans et le 21, Le cycle de 000 ans fonctionne ensemble pour conduire le cycle glaciaire de la Terre.

Le 21, Le cycle de 000 ans traite de la précession - le changement d'orientation de l'axe de rotation incliné de la Terre, qui crée les saisons changeantes de la Terre. Lorsque l'hémisphère nord est incliné vers le soleil, il reçoit plus de soleil et connaît l'été. À la fois, l'hémisphère sud est incliné, il reçoit donc moins de soleil et subit l'hiver. Mais la direction que pointe l'axe change lentement - ou précesse - par rapport à l'orbite de la Terre. Par conséquent, la position dans l'orbite où les saisons changent légèrement d'année en année. L'orbite de la Terre est elliptique, ce qui signifie que la distance entre la planète et le soleil change en fonction de l'endroit où nous nous trouvons dans l'ellipse orbitale. Donc, la précession signifie essentiellement que les saisons peuvent se produire lorsque la planète est la plus proche ou la plus éloignée du soleil, ou quelque part entre les deux, qui modifie l'intensité des saisons.

En d'autres termes, la précession provoque une période au cours du 21, Cycle de 000 ans lorsque l'été de l'hémisphère nord se produit à peu près au moment où la Terre est la plus proche du soleil, ce qui rendrait ces étés légèrement plus chauds. Six mois plus tard, quand l'hémisphère sud a son été, la Terre serait à son point le plus éloigné du soleil, rendant les étés de l'hémisphère sud un peu plus frais. Tous les 10, 500 ans, le scénario est à l'opposé.

En termes de température moyenne mondiale, on pourrait ne pas s'attendre à ce que la précession ait beaucoup d'importance. Quel que soit l'hémisphère le plus proche du soleil en été, l'autre hémisphère sera plus éloigné pendant son été, donc les effets s'effaceraient d'eux-mêmes. Cependant, cette étude montre qu'il peut effectivement y avoir un effet sur la température globale s'il y a une différence dans la façon dont les deux hémisphères absorbent l'énergie solaire, ce qui est le cas.

Cette différence est liée à la capacité de chaque hémisphère à faire croître la glace de mer. En raison de la disposition des continents, il y a beaucoup plus de place pour la formation de glace de mer dans l'hémisphère sud. Les océans de l'hémisphère nord sont interrompus par des continents, ce qui limite l'étendue de la croissance de la glace. Ainsi, lorsque le cycle de précession provoque une série d'étés plus frais dans l'hémisphère sud, la glace de mer peut s'étendre considérablement parce qu'il y a moins de fonte estivale.

Les modèles climatiques de Lee reposent sur l'idée simple que la glace de mer renvoie une quantité importante de rayonnement solaire dans l'espace qui serait normalement absorbée dans l'océan. Cette réflexion du rayonnement peut abaisser la température mondiale.

"Ce que nous montrons, c'est que même si l'énergie totale entrante est la même tout au long du cycle de précession, la quantité d'énergie que la Terre absorbe réellement change avec la précession, " Lee a déclaré. "La grande glace de mer de l'hémisphère sud qui se forme lorsque les étés sont plus frais réduit l'énergie absorbée."

Mais cela laisse la question de savoir pourquoi le cycle de précession, qui se répète tous les 21, 000 ans, provoquerait un 100, Cycle glaciaire de 000 ans. La réponse est que le 100, Le cycle orbital de 000 ans module les effets du cycle de précession.

Le 100, Le cycle de 000 ans traite de l'excentricité de l'orbite terrestre, c'est-à-dire de la mesure dans laquelle elle s'écarte d'un cercle. Sur une période de 100, 000 ans, la forme orbitale passe de presque circulaire à plus allongée et inversement. Ce n'est que lorsque l'excentricité est élevée, ce qui signifie que l'orbite est plus elliptique, qu'il y a une différence significative entre le point de la Terre le plus éloigné du soleil et son point le plus proche. Par conséquent, il n'y a qu'une grande différence dans l'intensité des saisons due à la précession lorsque l'excentricité est grande.

"Quand l'excentricité est petite, la précession n'a pas d'importance, " a déclaré Lee. " La précession n'a d'importance que lorsque l'excentricité est importante. C'est pourquoi nous voyons un 100 plus fort, rythme de 000 ans qu'un 21, rythme de 000 ans."

Les modèles de Lee montrent que, aidé par une grande excentricité, les étés frais de l'hémisphère sud peuvent réduire jusqu'à 17% la quantité de rayonnement solaire estival absorbé par la planète à la latitude où la différence de distribution de la glace de mer est la plus grande - suffisamment pour provoquer un refroidissement global important et potentiellement créer les bonnes conditions pour une glace âge.

Outre la réflexion du rayonnement, il peut y avoir des rétroactions de refroidissement supplémentaires déclenchées par une augmentation de la glace de mer australe, Lee et ses collègues disent. Une grande partie du dioxyde de carbone - un gaz à effet de serre clé - exhalé dans l'atmosphère par les océans provient de la région polaire méridionale. Si cette région est en grande partie couverte de glace, il peut contenir ce dioxyde de carbone comme un bouchon sur une bouteille de soda. En outre, l'énergie provient normalement de l'océan pour réchauffer l'atmosphère en hiver également, mais la banquise isole et réduit cet échange. Donc, avoir moins de carbone et moins d'énergie transférée entre l'atmosphère et l'océan ajoutent à l'effet de refroidissement.

Expliquer un changement

Les résultats peuvent également aider à expliquer un changement déroutant dans le cycle glaciaire de la Terre. Depuis un million d'années environ, le 100, Le cycle glaciaire de 000 ans a été le plus important. Mais avant il y a un million d'années, les données paléoclimatiques suggèrent que le rythme du cycle glaciaire était plus proche d'environ 40, 000 ans. Cela suggère que le troisième cycle de Milankovitch, qui se répète tous les 41, 000 ans, était alors dominant.

Alors que le cycle de précession traite de la direction dans laquelle pointe l'axe de la Terre, le 41, Le cycle de 000 ans traite de l'inclinaison de l'axe. L'inclinaison - ou l'obliquité - passe d'un minimum d'environ 22 degrés à un maximum d'environ 25 degrés. (Il fait 23 degrés pour le moment.) Lorsque l'obliquité est plus élevée, chacun des pôles reçoit plus de soleil, qui tend à réchauffer la planète.

Alors pourquoi le cycle d'obliquité serait-il le plus important avant il y a un million d'années, mais devenu moins important plus récemment ?

D'après les modèles de Lee, cela a à voir avec le fait que la planète a été généralement plus froide au cours du dernier million d'années qu'elle ne l'était avant. Les modèles montrent que, quand la Terre était généralement plus chaude qu'aujourd'hui, L'expansion de la glace de mer liée à la précession dans l'hémisphère sud est moins susceptible de se produire. Cela permet au cycle d'obliquité de dominer la signature de température globale. Il y a un million d'années, quand la Terre est devenue un peu plus froide en moyenne, le signal d'obliquité commence à prendre le pas sur le signal de précession/excentricité.

Lee et ses collègues pensent que leurs modèles présentent une nouvelle explication solide de l'histoire du cycle glaciaire de la Terre, expliquant à la fois le rythme le plus récent et la transition déroutante il y a un million d'années.

Quant à l'avenir du cycle glaciaire, cela reste flou, dit Lee. Il est difficile à ce stade de prédire comment les contributions humaines aux concentrations de gaz à effet de serre sur Terre pourraient modifier l'avenir des périodes glaciaires de la Terre.