Cet article a été publié pour la première fois en août 2014, et il a été mis à jour pour inclure de nouvelles recherches publiées depuis. Cet article fait partie d’une série en deux parties sur les températures passées, y compris la chaleur de la Terre « ces derniers temps. »

Notre planète vieille de 4,54 milliards d’années a probablement connu ses températures les plus chaudes à ses débuts, alors qu’elle entrait encore en collision avec d’autres débris rocheux (planétésimaux) se déplaçant autour du système solaire. La chaleur de ces collisions aurait maintenu la Terre en fusion, avec des températures supérieures à 3 600 ° Fahrenheit.

Même après ces premiers millénaires brûlants, cependant, la planète a souvent été beaucoup plus chaude qu’elle ne l’est maintenant. L’une des périodes les plus chaudes a eu lieu pendant la période géologique connue sous le nom de Néoprotérozoïque, il y a entre 600 et 800 millions d’années. Les conditions étaient également souvent étouffantes il y a entre 500 millions et 250 millions d’années. Et au cours des 100 derniers millions d’années, deux pics de chaleur majeurs se sont produits: la Serre chaude du Crétacé (il y a environ 92 millions d’années) et le Maximum thermique Paléocène-Éocène (il y a environ 56 millions d’années).

Dessin animé par Emily Greenhalgh, NOAA Climate.gov .

Historique des records de température à chaud

Les thermomètres et les stations météorologiques n’existent que pour une infime partie de la durée de vie de notre planète de 4,54 milliards d’années. En étudiant des indices indirects — les signatures chimiques et structurelles des roches, des fossiles et des cristaux, des sédiments océaniques, des récifs fossilisés, des cernes d’arbres et des carottes de glace —, les scientifiques peuvent cependant déduire des températures passées.

Aucune de ces techniques n’aide avec la Terre très ancienne. Pendant la période connue sous le nom de Hadéen (oui, parce que c’était comme Hadès), les collisions de la Terre avec d’autres grands planétésimaux de notre jeune système solaire — y compris un de la taille de Mars dont l’impact avec la Terre a probablement créé la Lune – auraient fondu et vaporisé la plupart des roches à la surface. Comme aucune roche sur Terre n’a survécu depuis si longtemps, les scientifiques ont estimé les conditions terrestres précoces à partir d’observations de la Lune et de modèles astronomiques. Après la collision qui a engendré la Lune, la planète a été estimée à environ 2 300 Kelvins (3 680 ° F).

À quoi a pu ressembler la collision qui a engendré la Lune terrestre. Les collisions entre la Terre et les débris rocheux au début du système solaire auraient maintenu la surface fondue et les températures de surface cloques. Avec l’aimable autorisation de la NASA.

Même après l’arrêt des collisions et le refroidissement de la planète pendant des dizaines de millions d’années, les températures de surface étaient probablement supérieures à 400 ° Fahrenheit. Les cristaux de zircon d’Australie, seulement environ 150 millions d’années plus jeunes que la Terre elle-même, suggèrent que notre planète s’est peut-être refroidie plus rapidement que les scientifiques ne le pensaient auparavant. Pourtant, à ses débuts, la Terre aurait connu des températures bien plus élevées que ce que nous, les humains, pourrions éventuellement survivre.

Mais supposons que nous excluons les années violentes et brûlantes où la Terre s’est formée pour la première fois. Quand d’autre la surface de la Terre s’est-elle étouffée?

Dégel du congélateur

Il y a entre 600 et 800 millions d’années — une période que les géologues appellent le néoprotérozoïque — des preuves suggèrent que la Terre a subi une ère glaciaire si froide que les calottes glaciaires ont non seulement coiffé les latitudes polaires, mais se sont peut-être étendues jusqu’au niveau de la mer près de l’équateur. Reflétant toujours plus de lumière solaire dans l’espace à mesure qu’elles se développaient, les calottes glaciaires ont refroidi le climat et renforcé leur propre croissance. Évidemment, la Terre n’est pas restée coincée dans le congélateur, alors comment la planète a-t-elle dégelé?

Même si les calottes glaciaires recouvraient de plus en plus la surface de la Terre, les plaques tectoniques continuaient à dériver et à entrer en collision, de sorte que l’activité volcanique se poursuivait également. Les volcans émettent du dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre. Dans notre monde actuel, principalement libre de glace, l’altération naturelle des roches silicatées par les précipitations consomme du dioxyde de carbone sur des échelles de temps géologiques. Pendant les conditions glaciales du néoprotérozoïque, les précipitations sont devenues rares. Avec les volcans produisant du dioxyde de carbone et peu ou pas de précipitations pour résister aux roches et consommer le gaz à effet de serre, les températures ont grimpé.

Quelles preuves les scientifiques ont-ils que tout cela s’est réellement produit il y a environ 700 millions d’années? Certaines des meilleures preuves sont des « carbonates de calotte » situés directement sur des dépôts glaciaires d’âge néoprotérozoïque. Les carbonates de cap — des couches de roches riches en calcium telles que le calcaire – ne se forment que dans l’eau chaude.

Formation rocheuse en Namibie qui montre un type de roche qui ne se forme que dans l’eau chaude (cap dolostone) se trouvant directement sur un type de roche sédimentaire brouillée, datée d’il y a 635 millions d’années, que l’on trouve couramment en marge des glaciers (diamictite). Image de diapositives d’enseignement disponible à l’adresse suivante: SnowballEarth.org .

Le fait que ces couches rocheuses épaisses et riches en calcium reposent directement sur les dépôts rocheux laissés par le recul des glaciers indique que les températures ont augmenté de manière significative vers la fin du néoprotérozoïque, atteignant peut-être une moyenne mondiale supérieure à 90 ° Fahrenheit. (La moyenne mondiale d’aujourd’hui est inférieure à 60 °F.)

L’Arctique tropical

Un projet de la Smithsonian Institution a tenté de reconstituer les températures de l’Éon du Phanérozoïque, soit à peu près le dernier demi-milliard d’années. Les résultats préliminaires publiés en 2019 ont montré que les températures chaudes dominaient la majeure partie de cette période, avec des températures mondiales dépassant à plusieurs reprises les 80 ° F et même les 90 ° F — beaucoup trop chaudes pour les calottes glaciaires ou la glace de mer pérenne. Il y a environ 250 millions d’années, autour de l’équateur du supercontinent Pangea, il faisait même trop chaud pour les marais tourbeux !

Les géologues et les paléontologues ont constaté qu’au cours des 100 derniers millions d’années, les températures mondiales ont atteint un sommet deux fois. Un pic était la Serre chaude du Crétacé il y a environ 92 millions d’années, environ 25 millions d’années avant l’extinction des derniers dinosaures de la Terre. L’activité volcanique généralisée pourrait avoir stimulé le dioxyde de carbone atmosphérique. Les températures étaient si élevées que les champsosaures (reptiles ressemblant à des crocodiles) vivaient aussi loin au nord que l’Arctique canadien, et les forêts chaudes prospéraient près du pôle Sud.

Une autre période de serre chaude a été le Maximum thermique Paléocène-Éocène (PETM) il y a environ 55-56 millions d’années. Bien qu’il ne soit pas aussi chaud que la serre du Crétacé, le PETM a entraîné une augmentation rapide des températures. Pendant une grande partie du Paléocène et du début de l’Éocène, les pôles étaient exempts de calottes glaciaires, et les palmiers et les crocodiles vivaient au-dessus du cercle polaire arctique.

À l’époque du Maximum thermique Paléocène-Éocène, une grande partie du continent américain avait un environnement subtropical. Ce palmier fossile provient du monument national de Fossil Butte, dans le Wyoming. Image reproduite avec l’aimable autorisation du Service des parcs nationaux des États-Unis.

Pendant le PETM, la température moyenne mondiale semble avoir augmenté de 5 à 8 ° C (9 à 14 ° F) pour atteindre une température moyenne aussi élevée que 73 ° F. (Encore une fois, la moyenne mondiale actuelle est timide de 60 °F.) À peu près au même moment, les données paléoclimatiques telles que le phytoplancton fossilisé et les sédiments océaniques enregistrent une libération massive de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, doublant au moins voire quadruplant les concentrations de fond.

Les températures des océans profonds ont été généralement élevées tout au long du Paléocène et de l’Éocène, avec un pic particulièrement chaud à la limite entre les deux époques géologiques il y a environ 56 millions d’années. Les températures dans un passé lointain sont déduites des approximations (rapports isotopiques de l’oxygène des foraminifères fossiles). Le calcul des températures antérieures à 35 millions d’années (rouge) suppose un océan libre de glace et ne s’applique pas aux conditions plus récentes (gris). « Q » représente le quarternaire. Graphique de Hunter Allen et Michon Scott, utilisant les données du Centre national de données climatiques de la NOAA, avec la permission de Carrie Morrill.

On ne sait toujours pas d’où vient tout le dioxyde de carbone et quelle était la séquence exacte des événements. Les scientifiques ont envisagé l’assèchement des grandes mers intérieures, l’activité volcanique, le dégel du pergélisol, le dégagement de méthane provenant du réchauffement des sédiments océaniques, d’énormes feux de forêt et même — brièvement — une comète.

Comme rien de ce que nous avons jamais vu

Les périodes les plus chaudes de la Terre — l’Hadéen, le Néoprotérozoïque tardif, la Serre chaude du Crétacé, le PETM – se sont produites avant l’existence des humains. Ces climats anciens auraient été comme rien de ce que notre espèce n’a jamais vu.

La civilisation humaine moderne, avec son agriculture permanente et ses colonies, s’est développée au cours des 10 000 dernières années environ. La période a généralement été celle des basses températures et de la stabilité climatique mondiale relative (sinon régionale). Par rapport à la majeure partie de l’histoire de la Terre, aujourd’hui est exceptionnellement froid; nous vivons maintenant dans ce que les géologues appellent un interglaciaire — une période entre les glaciations d’une ère glaciaire. Mais comme les émissions de gaz à effet de serre réchauffent le climat terrestre, il est possible que notre planète ait connu sa dernière glaciation depuis longtemps.

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