Cycles de Milankovitch

Milutin Milankovitch, d’origine serbe, fut à la fois astronome, géophysicien et climatologue. En 1911, Milankovitch s’intéresse aux périodes glaciaires du pléistocène, époque géologique allant de 1,8 millions d’années à 11.500 ans avant notre ère. Elle fut caractérisée par des glaciations prolongées, les glaciers couvrant les continents, interrompue par des périodes interglaciaires courtes, au climat tempéré. Milankovitch établit une théorie mathématique du climat. Dans ses calculs, il inclut des informations sur de petites variations de l’inclinaison de l’axe de la terre, et sur de petits changements orbitaux provoqués par la gravité d’autres planètes, Jupiter et Saturne essentiellement, chacune de ces variations orbitales ayant une période bien déterminée. Milankovitch proposa que les changements dans l’intensité du rayonnement solaire reçu par la terre sont dus à trois facteurs fondamentaux: l’excentricité dont la période est de 413.000 et 100.000 ans, l’inclinaison avec une période de 41.000 ans et la précession avec des périodes de 23.000 et 19.000 ans. Les tables qu’il dressa son toujours d’actualité, confirmées par des calculs plus récents.

À partir de 1976, l’examen des carottes océaniques profondes confirme la théorie de Milankovitch. On peut reconstituer les variations du volume de glace en employant des mesures des isotopes de l’oxygène dans la calcite des coquilles de foraminifères. En effet, les variations en 18O[i] de l’eau de mer peuvent être corrélées aux variations de volume des glaces. Pendant la période glaciaire, le niveau de la mer était à 130 m sous le niveau actuel. En conséquence l’18O de l’océan était à +1,5 pour mille de ce qu’il est aujourd’hui. La mesure de l’18O dans les coquilles de foraminifères permet donc de reconstruire les variations du volume de glace à l’échelle des millions d’années. C’est ainsi que le climat a pu être reconstitué sur une période de 5,3 millions d’années en alignant, grâce à un algorithme de corrélation graphique respectant les contraintes relatives aux taux de sédimentation, plus de 50 carottes prélevées des abysses des trois océans.

Les origines de l’oscillation glaciaire-interglaciaire à partir des cycles de Milankovitch peuvent être comprises à partir de ces deux cas extrêmes:

1) pour l’apparition d’une période interglaciaire, une configuration orbitale extrême résulte d’une forte excentricité (l’orbite de la terre est une ellipse), d’une inclinaison forte et d’une faible distance terre – soleil en été. Il s’ensuit des saisons très contrastées, donc un réchauffement car la variable principale est la quantité de rayonnement reçue en été aux hautes latitudes de l’hémisphère nord.

2) au contraire, pour la période glaciaire l’orbite de la terre est quasi circulaire (excentricité faible) avec une faible inclinaison et une grande distance terre – soleil en été. Il en résulte un faible contraste saisonnier et une configuration favorable à un refroidissement.

Sur des échelles de temps plus longues, des carottes de sédiments montrent que les cycles de périodes glaciaires et interglaciaires sont des épisodes d’une longue ère glaciaire qui a commencé avec la glaciation de l’Antarctique il y a environ 40 millions d’années. Toutefois ces cycles glaciaires et interglaciaires ont débuté principalement il y a environ 3 millions d’années avec la croissance des calottes glaciaires continentales dans l’hémisphère Nord. Au cours de la période s’étendant de 3,0 à 0,8 millions d’années avant notre ère, la période de 41.000 ans prime, correspondant à l’évolution de l’inclinaison de la terre. Au cours des 800.000 dernières années, la période de l’oscillation glaciaire – interglaciaire qui domine est de 100.000 ans, correspondant à l’évolution de l’excentricité de la terre, qui est pourtant de plus faible amplitude qu’est l’obliquité.

Glossaire

[i] Relation entre δ18O des Foraminifères benthiques et volume de glaces polaires

La glace des calottes polaires est appauvrie en H2 18O de 30 à 40 ‰ (δ18O ~ – 40 ‰ = – 4 %) environ par rapport à l’eau des océans. En effet, la vapeur d’eau transportée des plus basses latitudes vers les pôles subit un fractionnement isotopique (appauvrissement en 18O, isotope lourd de l’oxygène constitué essentiellement d’16O) lors des condensations successives, de façon d’autant plus importante que la température diminue. Comme la quantité totale de H2 18O (océans + calottes) est constante, plus les calottes sont volumineuses (à δ18O constant), plus l’eau de mer est, par différence, concentrée en H2 18O. Le volume des calottes et δ18O de la mer varient donc dans le même sens, proportionnellement.

Relation entre δ18O des océans et δ18O des Foraminifères benthiques

Les Foraminifères benthiques sont des Protozoaires qui vivent au fond des océans et synthétisent une coquille carbonatée dont la composition isotopique dépend de la température de l’eau et du δ18O de l’eau. Comme la température de l’eau varie peu à grande profondeur, les variations du δ18O des coquilles ne dépendent plus que de celles de l’eau.

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