Navire de forage scientifique Résolution JOIDES. Les archives de sédiments obtenues lors des programmes de forage océanique donnent aux scientifiques un aperçu de l'histoire climatique de la Terre et révèlent le chaos dans le système solaire. Encart :Carottes de sédiments d'eau profonde à travers la limite Paléocène-Éocène. Les sections de couleur brun clair sont principalement constituées de carbonate de calcium, alors que la partie rouge foncé/brun est une couche d'argile, représentant le début d'un intervalle de réchauffement climatique intense et d'acidification des océans il y a 56 millions d'années, connu sous le nom de maximum thermique paléocène-éocène. Crédit :Programme intégré de forage océanique
Un jour est le temps pour la Terre d'effectuer une rotation complète sur son axe, un an est le temps pour la Terre d'effectuer une révolution autour du Soleil, ce qui rappelle que les unités de base de temps et de périodes sur Terre sont intimement liées au mouvement de notre planète dans l'espace par rapport au Soleil. En réalité, nous vivons la plupart du temps notre vie au rythme de ces cycles astronomiques.
Il en va de même pour les cycles climatiques. Les cycles d'ensoleillement quotidien et annuel provoquent les fluctuations journalières habituelles de la température et des saisons. Sur des échelles de temps géologiques (des milliers à des millions d'années), les variations de l'orbite terrestre sont le stimulateur des périodes glaciaires (appelés cycles de Milankovitch). Les changements dans les paramètres orbitaux incluent l'excentricité (l'écart par rapport à une orbite circulaire parfaite), identifiables dans les archives géologiques, tout comme une empreinte digitale.
La datation des archives géologiques a été révolutionnée par le développement d'une échelle de temps dite astronomique, un "calendrier" du passé fournissant des âges de périodes géologiques basé sur l'astronomie. Par exemple, les cycles en minéralogie ou en chimie des archives géologiques peuvent être mis en correspondance avec les cycles d'une solution astronomique (paramètres astronomiques calculés dans le passé à partir du calcul des orbites planétaires en arrière dans le temps). La solution astronomique a une horloge intégrée et fournit ainsi une chronologie précise pour l'enregistrement géologique.
Cependant, les géologues et les astronomes ont lutté pour étendre l'échelle de temps astronomique plus loin qu'environ cinquante millions d'années en raison d'un obstacle majeur :le chaos du système solaire, ce qui rend le système imprévisible au-delà d'un certain point.
Dans une nouvelle étude publiée dans la revue Science , Richard Zeebe de l'Université d'Hawai'i à Manoa et Lucas Lourens de l'Université d'Utrecht offrent désormais un moyen de surmonter le barrage routier. L'équipe a utilisé les enregistrements géologiques des carottes de forage en eaux profondes pour contraindre la solution astronomique et, à son tour, utilisé la solution astronomique pour étendre l'échelle de temps astronomique d'environ 8 millions d'années. La poursuite de l'application de leur nouvelle méthode promet de remonter encore plus loin dans le temps, une étape et un enregistrement géologique à la fois.
D'un côté, Zeebe et Lourens ont analysé les données de sédiments provenant de carottes de forage dans l'océan Atlantique Sud à la fin du Paléocène et au début de l'Éocène, Californie. Il y a 58-53 millions d'années (Ma). Les cycles sédimentaires ont montré une expression remarquable d'un paramètre particulier de Milankovitch, L'excentricité orbitale de la Terre. D'autre part, Zeebe et Lourens ont calculé une nouvelle solution astronomique (baptisée ZB18a), qui a montré une concordance exceptionnelle avec les données de la carotte de forage de l'Atlantique Sud.
Illustration de trajectoires chaotiques (section Poincaré, vitesse en fonction de la position) dans un système dynamique simple (pendule forcé) à partir de résonances qui se chevauchent. Les structures de courbes fermées qui apparaissent comme des anneaux sur une cible de tir sont des régions de stabilité, alors que densément rempli, les zones en pointillés sont des régions de chaos. Les résonances en interaction sont également soupçonnées de provoquer le chaos dans le système solaire, bien que nettement plus complexe que le système simple décrit ici. Crédit :Richard Zeebe
"C'était vraiment magnifique, " Zeebe a déclaré. "Nous avons eu cette courbe basée sur des données de plus de 50 millions d'années de sédiments forés à partir du fond de l'océan, puis l'autre courbe entièrement basée sur la physique et l'intégration numérique du système solaire. Les deux courbes ont donc été dérivées de manière entièrement indépendante, pourtant ils ressemblaient presque à des jumeaux identiques."
Zeebe et Lourens ne sont pas les premiers à découvrir un tel accord - la percée est que leur fenêtre temporelle est plus ancienne que 50 Ma, où les solutions astronomiques sont en désaccord. Ils ont testé 18 solutions publiées différentes, mais ZB18a correspond le mieux aux données.
Les implications de leur travail vont bien plus loin. En utilisant leur nouvelle chronologie, ils fournissent un nouvel âge pour la limite Paléocène-Éocène (56,01 Ma) avec une faible marge d'erreur (0,1%). Ils montrent également que l'apparition d'un grand événement climatique ancien, le Maximum Thermique Paléocène-Éocène (PETM), s'est produite près d'un maximum d'excentricité, ce qui suggère un déclencheur orbital pour l'événement. Le PETM est considéré comme le meilleur paléo-analogue pour le rejet de carbone anthropique présent et futur, pourtant, le déclencheur du PETM a été largement débattu. Les configurations orbitales d'hier et d'aujourd'hui sont cependant très différentes, suggérant que les impacts des paramètres orbitaux dans le futur seront probablement inférieurs à il y a 56 millions d'années.
Zeebe a mis en garde, cependant, "Rien de tout cela n'atténuera directement le réchauffement futur, il n'y a donc aucune raison de minimiser les émissions de carbone anthropiques et le changement climatique."
En ce qui concerne les implications pour l'astronomie, la nouvelle étude montre des empreintes digitales indubitables du chaos du système solaire autour de 50 Ma. L'équipe a trouvé un changement dans les fréquences liées aux orbites de la Terre et de Mars, affectant leur modulation d'amplitude (souvent appelée "battement" en musique).
« Vous pouvez entendre une modulation d'amplitude lorsque vous accordez une guitare. Lorsque deux notes sont presque identiques, vous entendez essentiellement une fréquence, mais l'amplitude varie lentement - c'est un battement, " Zeebe a expliqué. Dans les systèmes non chaotiques, les fréquences et les battements sont constants dans le temps, mais ils peuvent changer et basculer dans des systèmes chaotiques (appelés transition de résonance). Zeebe a ajouté, "Le changement de rythme est une expression claire du chaos, ce qui rend le système fascinant mais aussi plus complexe. Ironiquement, le changement de battements est aussi précisément ce qui nous aide à identifier la solution et à étendre l'échelle de temps astronomique".
