Les dernières glaciations ont-elles été provoquées par un changement de l'axe de rotation ?

Nous savons qu'il existe des périodes glaciaires sur Terre depuis plusieurs milliards d'années, par exemple celle de Pongola ou la glaciation huronienne qui aurait duré 300 millions d'années environ. Celle du Cryogénien fut certainement spectaculaire et nous nous demandons même si toute la Terre, ou peu s'en faut, n'était pas couverte par les glaces il y a entre 730 et 635 millions d'années. Mais les glaciations les plus célèbres sont certainement celles du quaternaire car elles étaient contemporaines de l'Homme.

Les causes de l'existence de ces périodes glaciaires, et celles qui y ont mis fin, sont complexes, subtiles et parfois controversées pour certaines d'entre elles. La raison en est que le climat est une chose complexe qui dépend de l'étendue et de la position des continents sur Terre, des océans avec leurs courants et aussi la composition de l'atmosphère. Un volcanismevolcanisme intense peut, par exemple, provoquer un effet de serreeffet de serre en injectant massivement et rapidement à l'échelle géologique du CO₂ dans l'atmosphère.

Toutefois, en ce qui concerne les glaciations survenues sur Terre depuis quelques millions d'années, il se trouve que, depuis les années 1970, des campagnes de forages géologiques n'ont cessé de fournir des carottescarottes de roches sédimentairesroches sédimentaires où l'on a pu découvrir que les sédimentssédiments enregistraient des variations cycliques dans le climat de la Terre, en relation avec ce que l'on appelle les cycles de Milankovitchcycles de Milankovitch. La théorie de ces cycles est basée sur des modifications périodiques de l'excentricitéexcentricité de l'orbiteorbite de la Terre et de l'obliquitéobliquité de son axe de rotation. Ils ont été découverts entre 1920 et 1941 par le calcul du mathématicienmathématicien, géophysicien, astronomeastronome et climatologueclimatologue d'origine serbe Milutin Milankovitch.

Ces modifications sont causées par l'attraction gravitationnelle des autres planètes du Système solaireSystème solaire, en particulier JupiterJupiter et SaturneSaturne, du fait de leurs massesmasses importantes, mais aussi VénusVénus de par sa proximité. Comme excentricité et obliquité gouvernent l'insolationinsolation et les saisonssaisons sur Terre, ces modifications changent le climat.

Mais attention, il y a un point subtil à bien comprendre dans cette histoire. Les variations des paramètres des mouvementsmouvements de la Terre ne font que très peu changer la quantité d'énergieénergie reçue de la Terre par le SoleilSoleil, et ce n'est donc pas à ce niveau que se trouve l'origine des glaciations. Le mécanisme mis en jeu combine la localisation des masses continentales vers le pôle de rotation de la Terre, l'effet d'albédoalbédo d'une couverture glaciaire et une certaine modification de l'insolation des régions proches des pôles.

Concrètement, il faut que des glaces de ces régions se mettent à moins fondre en été pour qu'une surface importante réfléchissant les rayons du Soleil soit présente, ce qui va refroidir le climat légèrement. Des masses d'airmasses d'air humide issues d'un océan encore chaud font alors provoquer des chutes de neige. Le mécanisme de refroidissement avec augmentation de l'albédo - donc de la capacité des surfaces de la Terre à réfléchir le rayonnement du Soleil - peut alors s'emballer en entrant dans un cercle vicieux.

Des périodes glaciaires rendues possibles par la dérive des pôles

C'est ce mécanisme qui est à l'origine des glaciations du quaternaire et qui contient en germegerme les raisons pour lesquelles nous avons beaucoup moins de traces de glaciations pendant l'ère tertiaire. On peut déjà remarquer en effet que du fait de la tectonique des plaquestectonique des plaques, les continents, les océans et leurs courants, et même les chaînes de montagnes étaient alors différents.

Une carte de la topographie des fonds marins de l'océan Pacifique montre bien la chaîne de volcans formée par la remontée de panaches de matière chaude dans le manteau en dessous de la plaque Pacifique, en mouvement au cours des millions d'années. Le dernier volcan est à Hawaï. © National Geophysical Data Center/USGS

En ayant ces considérations à l'esprit, on comprend mieux le contenu d'un article récemment publié dans Geophysical Research Letters par deux spécialistes états-uniens en géosciences de l'université de Rice. Ils avancent qu'un évènement s'est produit vers la fin du tertiaire, modifiant la position de l'axe de la Terre par rapport à sa surface. Au final, il s'est rapproché du Groenland ou ce qui revient au même, l'Amérique du Nord s'est retrouvée, comme le reste des continents de l'hémisphère Nordhémisphère Nord, plus proche du pôle. Cela a conduit à moins d'insolation dans ces régions.

Pour aboutir à ces conclusions, il faut se rappeler que la Terre a des archives magnétiques au fond des océans qui peuvent être datées en échantillonnant les sédiments. Ces archives sont des laveslaves qui en se refroidissant gardent le sens, l'intensité et l'inclinaison du champ magnétiquechamp magnétique local. On peut en déduire la latitudelatitude passée du lieu, le sens du champ magnétique global et la position des pôles magnétiquespôles magnétiques, dont on sait, du fait de la théorie de la géodynamo, qu'ils doivent être proches des pôles géographiquespôles géographiques.

La science du paléomagnétismepaléomagnétisme permet donc d'étudier les mouvements passés des continents ainsi que l'ouverture et la fermeture des océans. Dans le cas présent, les chercheurs se sont appuyés aussi sur la chaîne des volcansvolcans associés aux îles Hawaï.

Nous savons qu'il existe des points chaudspoints chauds sur Terre et que les panaches de matièrematière chaude dans le manteaumanteau en convectionconvection de notre planète, qui en sont la cause, sont relativement fixes les uns par rapport aux autres et qu'ils peuvent servir de référentiel pour décrire les mouvements passés des plaques tectoniquesplaques tectoniques. Le chapelet de volcans du point chaud d'Hawaï peut donc aider à retracer les mouvements, non seulement de ces plaques mais aussi des pôles magnétiques et in fine des pôles géographiques.

C'est donc en combinant les informations magnétiques et tectoniques que l'on arrive à la conclusion qu'il y a bien eu une dérive conséquente des pôles depuis plusieurs dizaines de millions d'années. Ce n'est pas la première fois que l'on arrive à la conclusion qu'un tel phénomène se produit épisodiquement.

Pourquoi une telle dérive ? La mécanique des corps en rotation fournit une explication. En l'absence de perturbations externes fortes sur la Terre, il faut que son moment d'inertieinertie ait changé, c'est-à-dire une modification de la répartition et de la densité des masses de la Terre. C'est ce qui a dû se produire avec les caractéristiques d'au moins un des panaches d'un point chaud.

Selon les chercheurs, cette dérive des pôles aurait commencé voilà 12 millions d'années environ. Le changement total de l'orientation de l'axe n'aurait été que de trois degrés environ mais, en combinaison avec l'influence des mouvements découverts par Milankovitch, cela aurait produit la succession de glaciations observées depuis environ 3,2 millions d'années.