Au cours des 540 derniers millions d'années, la Terre a traversé trois grandes périodes glaciaires :des périodes au cours desquelles les températures mondiales ont chuté, produisant de vastes calottes glaciaires et des glaciers qui se sont étendus au-delà des calottes polaires.

Aujourd'hui, des scientifiques du MIT, l'Université de Californie à Santa Barbara, et l'Université de Californie à Berkeley ont identifié le déclencheur probable de ces périodes glaciaires.

Dans une étude publiée dans Science , l'équipe rapporte que chacune des trois dernières grandes périodes glaciaires a été précédée de "collisions arc-continent" tropicales - des empilements tectoniques qui se sont produits près de l'équateur terrestre, où les plaques océaniques chevauchaient les plaques continentales, exposant des dizaines de milliers de kilomètres de roches océaniques à un environnement tropical.

Les scientifiques disent que la chaleur et l'humidité des tropiques ont probablement déclenché une réaction chimique entre les roches et l'atmosphère. Spécifiquement, le calcium et le magnésium des roches réagissent avec le dioxyde de carbone atmosphérique, extraire le gaz de l'atmosphère et le séquestrer en permanence sous forme de carbonates tels que le calcaire.

Heures supplémentaires, disent les chercheurs, ce processus d'altération, sur des millions de kilomètres carrés, pourrait extraire suffisamment de dioxyde de carbone de l'atmosphère pour refroidir les températures à l'échelle mondiale et finalement déclencher une ère glaciaire.

"Nous pensons que les collisions arc-continent aux basses latitudes sont le déclencheur du refroidissement global, " dit Olivier Jagoutz, professeur agrégé au Département de la Terre du MIT, Atmosphérique, et sciences planétaires. "Cela pourrait se produire sur 1 à 5 millions de kilomètres carrés, ce qui semble beaucoup. Mais en réalité, c'est une très fine bande de Terre, assis au bon endroit, qui peut changer le climat mondial."

Les co-auteurs de Jagoutz sont Francis Macdonald et Lorraine Lisiecki de l'UC Santa Barbara, et Nicholas Swanson-Hysell et Yuem Park de UC Berkeley.

Un déclencheur tropical

Lorsqu'une plaque océanique vient buter contre une plaque continentale, la collision crée généralement une chaîne de montagnes de roches nouvellement exposées. La zone de faille le long de laquelle les plaques océanique et continentale entrent en collision est appelée "suture". Aujourd'hui, certaines chaînes de montagnes telles que l'Himalaya contiennent des sutures qui ont migré de leurs points de collision d'origine, que les continents ont changé au fil des millénaires.

En 2016, Jagoutz et ses collègues ont retracé les mouvements de deux sutures qui composent aujourd'hui l'Himalaya. Ils ont constaté que les deux sutures provenaient de la même migration tectonique. Il y a 80 millions d'années, alors que le supercontinent connu sous le nom de Gondwana se déplaçait vers le nord, une partie de la masse continentale a été écrasée contre l'Eurasie, exposer une longue ligne de roche océanique et créer la première suture ; Il y a 50 millions d'années, une autre collision entre les supercontinents a créé une seconde suture.

L'équipe a découvert que les deux collisions se sont produites dans des zones tropicales près de l'équateur, et les deux ont précédé les événements de refroidissement atmosphérique mondial de plusieurs millions d'années, ce qui est presque instantané sur une échelle de temps géologique. Après avoir examiné les taux auxquels la roche océanique exposée, également appelées ophiolites, pourrait réagir avec le dioxyde de carbone sous les tropiques, les chercheurs ont conclu que, étant donné leur emplacement et leur ampleur, les deux sutures auraient en effet pu séquestrer suffisamment de dioxyde de carbone pour refroidir l'atmosphère et déclencher les deux périodes glaciaires.

De façon intéressante, ils ont découvert que ce processus était probablement également responsable de la fin des deux périodes glaciaires. Sur des millions d'années, la roche océanique qui était disponible pour réagir avec l'atmosphère s'est finalement érodée, remplacé par une nouvelle roche qui absorbe beaucoup moins de dioxyde de carbone.

"Nous avons montré que ce processus peut déclencher et terminer la glaciation, " dit Jagoutz. " Alors nous nous sommes demandés, ça marche à quelle fréquence ? Si notre hypothèse est correcte, nous devrions trouver qu'à chaque fois qu'il y a un événement de refroidissement, il y a beaucoup de sutures sous les tropiques."

Exposer les sutures de la Terre

Les chercheurs ont cherché à savoir si des périodes glaciaires encore plus anciennes dans l'histoire de la Terre étaient associées à des collisions arc-continent similaires dans les tropiques. Ils ont effectué une recherche documentaire approfondie pour compiler les emplacements de toutes les principales zones de suture sur Terre aujourd'hui, puis utilisé une simulation informatique de la tectonique des plaques pour reconstituer le mouvement de ces zones de suture, et les plaques continentale et océanique de la Terre, remonter le temps. De cette façon, ils ont pu localiser approximativement où et quand chaque suture s'est formée à l'origine, et combien de temps chaque suture s'est étirée.

Ils ont identifié trois périodes au cours des 540 derniers millions d'années au cours desquelles des sutures majeures, d'environ 10, 000 kilomètres de long, se sont formés sous les tropiques. Chacune de ces périodes a coïncidé avec chacune des trois grandes, périodes glaciaires bien connues, à l'Ordovicien supérieur (il y a 455 à 440 millions d'années), le Permo-Carbonifère (il y a 335 à 280 millions d'années), et le Cénozoïque (il y a 35 millions d'années à nos jours). Surtout, ils ont découvert qu'il n'y avait pas eu de périodes glaciaires ni d'événements glaciaires pendant les périodes où des zones de suture majeures se sont formées en dehors des tropiques.

"Nous avons constaté qu'à chaque fois qu'il y avait un pic dans la zone de suture sous les tropiques, il y a eu un événement glaciaire, " dit Jagoutz. " Donc, à chaque fois que vous obtenez, dire, dix, 000 kilomètres de sutures sous les tropiques, vous obtenez une ère glaciaire."

Il note qu'une zone de suture importante, s'étendant sur environ 10, 000 kilomètres, est toujours actif aujourd'hui en Indonésie, et est peut-être responsable de la période glaciaire actuelle de la Terre et de l'apparition de vastes calottes glaciaires aux pôles.

Cette zone tropicale comprend certains des plus grands corps d'ophiolites au monde et est actuellement l'une des régions les plus efficaces sur Terre pour absorber et séquestrer le dioxyde de carbone. Alors que les températures mondiales augmentent en raison du dioxyde de carbone d'origine humaine, certains scientifiques ont proposé de broyer de grandes quantités d'ophiolites et de répandre les minéraux dans toute la ceinture équatoriale, dans le but d'accélérer ce processus de refroidissement naturel.

Mais Jagoutz dit que le fait de broyer et de transporter ces matériaux pourrait produire des émissions de carbone involontaires. Et il n'est pas clair si de telles mesures pourraient avoir un impact significatif au cours de notre vie.

« C'est un défi de faire fonctionner ce processus à des échelles de temps humaines, " dit Jagoutz. " La Terre fait cela lentement, processus géologique qui n'a rien à voir avec ce que nous faisons à la Terre aujourd'hui. Et cela ne nous fera aucun mal, ni nous sauver."