Les causes externes des variations climatiques naturelles de la Terre

Les cycles astronomiques

Les travaux du mathématicien serbe Milutin Milankovitch (1941) confirmés par l'astronome belge André Berger, le paléoclimatologue américain John Imbrie et le mathématicien J.Laskar mettent en évidence que la variation de la position de la Terre sur son orbite induit des variations climatiques majeures :

• la variation d'excentricité : selon une périodicité de l'ordre de 100 000 ans, l'ellipse formée par l'orbite terrestre s'excentre d'environ 18 millions de km, ce qui modifie la distance de la Terre au soleil. De nos jours, l'excentricité de l'orbite terrestre fait que la Terre se trouve plus près du Soleil en décembre qu'en juillet.
• Variation de l'obliquité de l'axe des pôles : actuellement, l'axe des pôles forme un angle de 23°27' avec la perpendiculaire. Cet angle varie de 22 à 25° tous les 41 000 ans environ.
  Lorsque l'inclinaison de l'axe de la Terre est maximale, les rayons du soleil peinent à atteindre les hautes latitudes en hiver et inversement en été : les étés sont chauds et les hivers rigoureux, "ce qui correspond aux climats interglaciaires avec peu de glaces aux hautes latitudes sur les continents. Inversement, une diminution d'inclinaison correspond à des étés moins chauds et à des hivers moins froids, configuration qui cependant permet le développement des calottes glaciaires continentales." (J-C. Duplessy, directeur de recherche au CNRS, 2003)
• La précession des équinoxes : l'axe des pôles décrit un cône autour de la perpendiculaire au plan de l'écliptique selon un cycle principal de 23 000 ans et un cycle mineur de 19 000 ans.
  Ainsi, le moment où le pôle Nord pointe vers le Soleil ne correspond pas toujours à la même position de la Terre sur son orbite. Il y a 11 000 ans, la Terre était au périhélie au solstice d'été d'où des glaciations en hiver car la Terre se retrouvait en aphélie (donc au plus loin du soleil).

Les paramètres orbitaux expliquent la répétition quasi-périodique tous les 100 000 ans des glaciations du quaternaire. Ainsi, depuis 1,7 millions d'années, il y a eu 17 cycles.
Le dernier maximum glaciaire date de 20 000 ans environ et l'interglaciaire qui l'a précédé, l'Eémien, de 125 000 ans à peu près. Chaque début d'interglaciaire correspond à un maximum d'insolation mais ensuite les paramètres se modifient si bien que les conditions au cours de l'interglaciaire changent. En conséquence, l'accumulation de glace est très lente alors que la fusion est très rapide.
L'interglaciaire actuel a débuté il y a 10 000 ans. La circulation atmosphérique générale s'est alors décalée (l'anticyclone des Açores passe de 35 à 30° nord, la dépression d'Islande de 55 à 65 ° nord). Et, il ne devrait pas y avoir de glaciation majeure avant 60 000 ans (JOUSSAUME, 1993 ; FOUCAULT, 1993, etc.).

L'intensité de l'activité solaire

Eruption solaire massive du 29 octobre 2003
Crédit : SOHO

L'énergie qui nous vient du soleil fluctue légèrement en fonction du nombre de tâches solaires présentes sur le soleil.
Les taches solaires sont des régions plus sombres et moins chaudes du Soleil (4 200 K au lieu de 5 800 K). Elles sont souvent le lieu d'explosions gigantesques appelées éruptions solaires. L'intensité de l'activité solaire y est donc liée. Les variations de cette activité signifient des variations de l'intensité du vent solaire, du jet de particules chargées en provenance de notre étoile parcourant le système solaire. Lorsque le vent solaire est fort, il est plus difficile pour les particules chargées de l'espace lointain de pénétrer l'atmosphère terrestre. Au niveau de l'atmosphère, ces rayons cosmiques entrent en collision avec les molécules présentent dans l'air et produisent des ions, lesquels facilitent la formation de gouttelettes de nuages. Ainsi, dans les périodes de forte activité solaire, le ciel est moins nuageux car le vent solaire diminue la formation d'ions.

Ainsi, l'émission solaire varie en fonction des taches solaires, plus elles sont nombreuses et plus l'émission augmente. La reconstitution des variations de l'activité solaire est rendue possible par l'analyse de la composition isotopique du carbone des cernes annuels d'arbres. Des cycles de onze ans apparaissent nettement. Des périodicités plus longues de 200-300 ans peuvent également être observées (NESMES-RIBES, 2000). A partir des observations à la lunette astronomique, les taches solaires sont inexistantes de 1600 à 1710 (minimum de Maunder) ce qui contraste avec leur nombre important depuis le début du XVIIIe siècle. La période allant de 1790 à 1830 présente également une diminution du nombre de taches. Mais le lien entre ces modifications pluriséculaires de l'insolation et la circulation océanique de l'Atlantique nord et la circulation atmosphérique n'est pas clairement établie.

La constante solaire est une moyenne, pour la terre et sur un an, du flux total d'énergie électromagnétique reçue par le soleil aux limites de l'atmosphère.
Nous notons sur ces graphiques une bonne corrélation entre la valeur de la constante solaire et les températures relevées ; les gaz à effet de serre ne seraient pas les seuls responsables du réchauffement ?

Cependant, il semble encore difficile d'estimer l'impact de cette légère fluctuation de la constante solaire sur les températures.

Les chutes de météorites

Les météorites sont des objets venus de l'espace qui parviennent jusqu'au sol terrestre et y creusent des cratères parfois considérables. Les plus gros comme celui qui causa probablement l'extinction des dinosaures il y a 65 millions d'années, génèrent de par leur impact avec la Terre de nombreux débris qui obstruent l'atmosphère. Un "hiver d'impact" peut alors s'installer durablement (jusqu'à plusieurs années). Lorsque celui-ci se dégage enfin, les gaz à effets de serre sont particulièrement actifs.

L'histoire du climat de la Terre

Ces différents paramètres influent sur le climat planétaire à des échelles de temps variant de quelques mois à plusieurs millénaires. Ainsi se construit l'histoire du climat de la Terre que les scientifiques tentent de retracer...