La forme de l'orbite de la Terre autour du soleil et l'orientation de son axe subissent des variations régulières sur des périodes de milliers à millions d'années. Ces variations, connues sous le nom de cycles de Milankovitch d'après le géophysicien serbe Milutin Milankovitch, affectent la quantité de lumière solaire atteignant la surface de la planète.

Les cycles de Milankovitch sont l'un des principaux moteurs de notre climat. Nous en savons beaucoup sur ces variations à l'heure actuelle car nous pouvons les mesurer avec précision. Les preuves des changements climatiques dus aux changements de l'orbite de la Terre sont présentes dans les archives géologiques au cours des quelques centaines de millions d'années. Les preuves apparaissent sous forme de variations dans l'épaisseur et la composition des couches sédimentaires de roche.

Cependant, on ne sait presque rien de ces changements climatiques plus loin dans le temps, sachant que la Terre a 4,5 milliards d'années. Jusqu'à présent, nous n'avons pas été en mesure d'en apprendre beaucoup sur la façon dont ces cycles de Milankovitch ont varié tout au long de l'histoire de la Terre.

Nous faisons partie d'une petite équipe internationale de chercheurs de l'Université d'Utrecht, L'Université de Genève et l'Université du Québec à Montréal qui effectuent un examen minutieux des motifs de stratification rythmique dans les roches. Nous les combinons ensuite avec des déterminations d'âge précises pour calculer la vitesse à laquelle les sédiments se déposent. Cela nous permet de découvrir les secrets climatiques de la Terre il y a des milliards d'années.

Histoire profonde

En un seul endroit, les types de sédiments déposés à un certain moment varient en fonction du climat. Les scientifiques ont étudié en détail ces variations dans l'enregistrement sédimentaire, permettant d'identifier précisément les changements climatiques du passé. Typiquement, la méthode utilisée pour étudier ces variations est l'analyse spectrale, où les outils statistiques déterminent s'il existe des variations cycliques dans les couches rocheuses.

Une simple expérience de pensée peut être utile pour comprendre comment les changements climatiques peuvent affecter l'enregistrement des roches.

Par exemple, si vous êtes debout sur une plage, l'emplacement de l'océan est lié à la quantité de lumière solaire atteignant la surface de la Terre. Si la Terre était un peu plus éloignée du soleil, ou l'axe de la Terre pointait un peu plus loin, le climat serait plus froid. Une partie de l'eau des océans serait stockée dans les glaciers terrestres, et cela entraînerait une baisse du niveau de la mer. Vous seriez alors plus à l'intérieur des terres et les sédiments déposés sous vos pieds seraient fondamentalement différents du sable des plages. L'inverse se produirait si la Terre était légèrement plus proche du soleil, tu ne serais pas debout sur une plage, mais quelque part au fond de l'océan alors que la fonte des glaciers fait monter le niveau de la mer.

Il y a des milliards d'années, les conditions sur Terre étaient fondamentalement différentes de celles d'aujourd'hui :il n'y avait pas d'oxygène libre dans l'atmosphère, l'activité volcanique était plus violente et aucune végétation ni vie multicellulaire ne s'était développée. Néanmoins, il doit y avoir eu des fluctuations dans l'orbite et l'axe de la Terre qui ont affecté le climat à l'époque, et peut-être même affecté le début de la vie et la chimie des océans.

Formations de fer rubané

Notre équipe de recherche a recherché des preuves de variations climatiques cycliques dans des formations de fer rubané (BIF) vieilles de 2,5 milliards d'années. Les BIF sont riches en fer, des roches stratifiées distinctement qui se sont largement déposées sur le fond de l'océan et se trouvent maintenant sur les parties existantes les plus anciennes de la croûte terrestre. Ces types de roches ne se trouvent pas de nos jours et les scientifiques ont eu du mal à comprendre à la fois leur formation et leur apparence en bandes.

Jusqu'à maintenant, les scientifiques ont expliqué le dépôt de ces formations de fer et leur stratification régulière principalement comme étant dus à l'activité volcanique sous-marine, la source hydrothermale du fer. En outre, l'évolution de la photosynthèse à cette époque peut avoir produit de l'oxygène dans les parties les moins profondes de l'océan. Cela aurait provoqué l'oxydation et l'insoluble du fer réduit dissous dans l'eau, et il tomberait alors au fond de l'océan.

Notre étude est la première à relier de manière concluante les alternances régulières des BIF aux changements cycliques de l'orbite de la Terre autour du Soleil, avec des périodes de 405, 000 ans et 1,4 à 1,6 million d'années. Nous y sommes parvenus en combinant l'analyse spectrale des couches sédimentaires en Afrique du Sud avec une datation uranium-plomb très précise pour déterminer la vitesse à laquelle les sédiments se sont déposés. Nos recherches montrent que les cycles de Milankovitch il y a 2,5 milliards d'années ont eu un effet majeur sur le climat de la planète et sur les dépôts de fer dans les océans.

Nous avons constaté que l'actuel 405, Le cycle de 000 ans s'est produit il y a 2,5 milliards d'années. Nous avons également trouvé un cycle qui dure de 1,4 à 1,6 million d'années. Ce cycle peut être un cycle de Milankovitch moderne, le cycle actuel le plus proche prenant environ 2,4 millions d'années. Nous interprétons la différence de synchronisation comme étant due au comportement chaotique des planètes de notre système solaire, ce qui affecte la longueur de certains des cycles de Milankovitch.

Archives haute résolution

Cette découverte passionnante indique que les BIF peuvent être considérés comme une archive haute résolution du climat astronomique d'il y a 2,5 milliards d'années. Ces informations auront des implications fondamentales pour notre compréhension de l'évolution du système solaire au fil du temps. Jusqu'à maintenant, les modèles astrophysiques montrent comment le système solaire a pu se former et les télescopes modernes nous ont permis de comprendre à quoi ressemble le système solaire actuellement. Les informations sur la façon dont nous sommes arrivés du début à la configuration actuelle sont actuellement manquantes.

Des recherches supplémentaires sur la stratification cyclique dans les BIF seront essentielles pour comprendre exactement comment le système climatique terrestre primitif a répondu aux variations astronomiques.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.