Évolution climatique durant l Holocène (~ ans) Climat du dernier millénaire: l optimum climatique. Évolution des civilisations pendant l Holocl

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1 Évolution climatique durant l Holocène (~ ans) Évolution des civilisations pendant l Holocl Holocène Présent Optimum Petit de Age l Holocène Glaciaire Période de Löbben Optimum Médiéval Dryas antérieur -15,000-6,000 Present Agriculture sédentaire au Moyen Orient Chasse et cultures au Sahara Néolithique Age de Bronze 5 millions Colonisation du Groenland par les vikings Révolution française Ere industrielle 50 millions Population mondiale 250 millions 6 milliards Speich Daniault UBO Climat 7_33 Speich Daniault UBO Climat 7_34 Variations de la température de surface terrestre pendant le dernier millénaire Hémisphère Nord (différentes couleurs = différentes estimations par proxies) Période chaude médiévale Climat du dernier millénaire: l optimum climatique médiéval Cet optimum climatique s est produit aux alentours des années ) Il a vraisemblablement touché l'ensemble du globe, mais sans être une période chaude uniforme, ni synchrone, ni continue, même dans la seule hémisphère Nord Il semble plutôt qu'il y ait eu, avant 1400, diverses périodes relativement chaudes, surtout par rapport aux siècles suivants Dans certaines régions, entre 900 et 1200 (Nord de la Scandinavie), d'autres entre (sud du Groenland, ouest des USA) Pour l'hémisphère Sud, les données sont trop insuffisantes Petit age glacier S. Speich UBO Climat 9_35 Speich Daniault UBO Climat 7_36 1

2 Climat du dernier millénaire: le Petit âge glaciaire Le Petit âge glaciaire a sévi entre , pour se terminer vers 1850 Il a fait relativement froid dans l'ensemble de l'hémisphère Nord entre 1600 et 1850 (la période dite du Minimum de Maunder ), dans certaines régions déjà plus tôt (avant 1400 en Chine). Le Petit âge glaciaire n a pas touché la planète de manière uniforme Certaines régions ont connu des épisodes relativement chauds, entre autres au 18e siècle, surtout en été Dans l'hémisphère Sud, les 16e et 17e siècles et le début du 20e siècle ont été les plus froids Pourquoi le climat du terrestre pourrait-il il varier? Les causes possibles : Forçages naturels Cycles de Milankovitch Volcanisme Cycles solaires Circulations océanique Forçages anthropogènes nes L effet de serre Speich Daniault UBO Climat 7_37 Speich Daniault UBO Climat 7_38 Causes des grandes glaciations: les cycles de Milankovitch La cause la plus probable, qui explique une certaine cyclicité dans les périodes glaciaires et interglaciaires, réside dans les changements des paramètres astronomiques de la Terre Changements de l orbite autour du soleil Précession astronomique Changements de l écliptique Speich Daniault UBO Climat 7_39 les cycles de Milankovitch 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 : 1) la variation d'excentricité : selon une périodicité de l'ordre de 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. Excentricité nulle Speich Daniault UBO Climat 7_40 2

3 les cycles de Milankovitch 2) 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 24.5 tous les 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). les cycles de Milankovitch 3) 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 ans et un cycle mineur de 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 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). D'un côté, cela va influer sur l'indication du Pôle Nord céleste (quelle étoile nous indique le nord). D'un autre côté, cela influe sur ce que l'on appelle la précession des équinoxes Speich Daniault UBO Climat 7_41 Speich Daniault UBO Climat 7_42 les cycles de Milankovitch Speich Daniault UBO Climat 7_43 Speich Daniault UBO Climat 7_44 3

4 Modifications de l él énergie solaire dans les cycles de Milankovitch ans Excentricité Obliquité Précession Combinaison des trois cycles +5% -5% Speich Daniault UBO Climat 7_45 Fluctuations de l él énergie solaire Ces changements des paramètres orbitaux ont des périodicités de , et ans environ (respectivement pour la précession des équinoxes, la variation de l obliquité de l axe des pôles et la variation d excentricité) Ils s accompagnent de fluctuations de l énergie solaire interceptée par la Terre Des conditions de températures propices à la formation de glaciers sont ainsi réunies Speich Daniault UBO Climat 7_46 Modifications de l él énergie solaire dans les cycles de Milankovitch Modifications de l él énergie solaire dans les cycles de Milankovitch ans Speich Daniault UBO Climat 7_47 Speich Daniault UBO Climat 7_48 4

5 Modifications de l énergie solaire dans les cycles de Milankovitch Modifications de l él énergie solaire dans les cycles de Milankovitch Speich Daniault UBO Climat 7_49 Speich Daniault UBO Climat 7_50 Volcanisme Concentrations d aérosols avant l éruption Une grande éruption volcanique (Pinatubo, Mt. St. Helens, Et El Chichon) injecte des millions de tonnes de poussières et d aérosols aqueux trop fins dans l atmosphère Celles-ci font partiellement écran à l énergie solaire pendant quelques années, refroidissant l atmosphère (0,1-0,4 C) La composition chimique de l air peut être modifiée en ce qui concerne certains gaz tels que le dioxyde de carbone ou le méthane Speich Daniault UBO Climat 7_51 éruption du Mont Pinatubo (Philippines, 1991) Concentrations d aérosols 1 mois après s l éruption Concentrations d aérosols 18 mois après s l éruption Speich Daniault UBO Climat 7_52 5

6 Les Aérosols empêchent le rayonnement solaire de pénétrer dans l atmosphère et réchauffer notre planète Poussières à haute altitude vue par la navette spatiale Perturbations de flux d éd énergie solaire par les taches solaires 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 K). Elles sont souvent le lieu d explosions gigantesques appelées éruptions solaires. L intensité de l activité solaire y est donc liée Les taches représentent des zones de températures plus basses que la température moyenne de la surface, mais aussi de magnétisme beaucoup plus fort Anomalie [W/m 2 ] Solaire Net Effets radiatifs du Pinatubo en fonction du temps Speich Daniault UBO Climat 7_53 QuickTime et un décompresseur Codec YUV420 sont requis pour visionner cette image. 2'500 fois plus intense que le champ magnétique terrestre Plus le nombre de taches est élevé, plus l irradiance solaire est importante Cycles de l'activité des taches: 11, 22 et 240 ans Différences de l intensité énergétique solaire: +/-0,1% Speich Daniault UBO Climat 7_54 Variations de l intensitl intensité de l activitl activité solaire le cycle des taches solaires Bien que les tâches soient plus sombres, leur pourtour est plus lumineux et, dans l ensemble, plus les tâches solaires sont intenses, plus l activité magnétique et thermique de notre étoile est intense. Une première reconstruction de l activité solaire du dernier millénaire a été publiée par Ilya Usoskin et al. en 2003, à l aide du 10 Be (graphique ci-dessous extrait de Usoskin 2003). Les auteurs soulignent dans ce papier que «la période de forte activité solaire des 60 dernières années est unique à travers les 1150 années étudiées». Climat et activité solaire Anomalies de T [ C] Paléoclimatologie Activité solaire Mesures directes Volcans Irradiance solaire [W/m 2 ] Solaire Solaire humain Speich Daniault UBO Climat 7_55 Speich Daniault UBO Climat 7_56 6

7 Pourquoi le climat du terrestre pourrait-il il varier? Les causes possibles : Forçages naturels Cycles de Milankovitch Volcanisme Cycles solaires Circulations océanique Forçages anthropogènes nes L effet de serre Courants océaniques Le système océanique fonctionne comme l un des plus importants modulateurs du climat Des perturbations des courants océaniques peuvent à court terme engendrer de grands changements climatiques Une coupure de la formation des eaux profondes aurait des répercussions sur toute la circulation océanique et par conséquent agirait sur l atmosphère à travers les échanges entre l océan et l air sus-jacent Speich Daniault UBO Climat 7_57 Speich Daniault UBO Climat 7_58 Courants principaux actuels... Courants océaniques Dansgaard-Oeschger Jet stream et il y a environs ans Heinrich Variations rapides de température mises en évidence durant les dernières années documentation/serre/courants.html Jean-Marc Jancovici Speich Daniault UBO Climat 7_59 Speich Daniault UBO Climat 7_60 7

8 Tectonique des plaques et Courants océaniques Deux chercheurs de l'université de Floride sont parvenus à dater à 41 millions d'années (fin de l'éocène moyen), l'ouverture du passage de Drake (bras de mer formant communication entre le Pacifique sud et l'atlantique sud). L'ouverture du passage de Drake a contribué à bouleverser la donne climatique dans le secteur antarctique, en créant les conditions pour la formation du courant circumpolaire. Ce dernier isole le continent austral de tout apport d'eaux chaudes et est considéré comme l'une des causes de son englacement, durablement acquis depuis 34 millions d'années après l'ouverture d'une seconde communication avec le Pacifique au niveau de la Tasmanie. Selon les auteurs, l'ouverture du passage de Drake a en outre favorisé un régime d'upwelling (remontée d'eaux froides riches en nutriments). La plus grande production biologique qui en a résulté aurait accentué le refroidissement global et la glaciation antarctique, par pompage de gaz carbonique et diminution de l'effet de serre. Ce pompage biologique aurait été l'un des facteurs de réduction du CO2 atmosphérique dont les concentrations atteignaient environ 1000 ppm (soit près de 3 fois les niveaux actuels) dans la seconde moitié de l'éocène. Fin du chapitre 7 Speich Daniault UBO Climat 7_61 Speich Daniault UBO Climat 7_62 8