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Un effort ambitieux pour comprendre le climat de la Terre au cours des 485 derniers millions d’années a révélé une histoire de changements sauvages et de températures beaucoup plus chaudes que ce que les scientifiques pensaient auparavant – offrant un rappel de l’ampleur des changements que la planète a déjà subis.
La chronologie, publiée jeudi dans la revue Science, est la reconstitution la plus rigoureuse des températures passées de la Terre jamais produite, selon les auteurs. Créé en combinant plus de 150 000 preuves fossiles avec des modèles climatiques de pointe, il montre le lien intime entre le dioxyde de carbone et les températures mondiales et révèle que le monde était dans un état beaucoup plus chaud pendant la majeure partie de l’histoire de la vie animale complexe.
Le projet a commencé il y a près de dix ans, lorsque les scientifiques du Smithsonian développaient une nouvelle salle de fossiles pour le Musée national d’histoire naturelle. S’écartant de la plupart des autres expositions de paléontologie, qui ont tendance à mettre en lumière l’étrangeté des dinosaures et d’autres créatures anciennes, la nouvelle salle a cherché à établir des parallèles entre le passé de la Terre et les changements climatiques qui se produisent aujourd’hui.
Mais lorsque les conservateurs ont décidé d’installer un graphique de la température de la Terre au cours du Phanérozoïque, ils se sont rendu compte qu’il n’existait pas de chronologie unique. Bien que les scientifiques aient pu bricoler des estimations tirées d’ensembles de données disparates et de reconstructions d’intervalles de temps plus courts, l’approche a laissé beaucoup de place aux incertitudes et aux erreurs.
La première tâche a été de créer une base de données d’indicateurs climatiques – des éléments de preuves fossiles qui font allusion à ce qu’était le monde autrefois. Par exemple, la variété d’oxygène trouvée dans les dents de créatures éteintes, ressemblant à des anguilles, connues sous le nom de conodontes, reflète la température de l’eau dans les océans où ils vivaient. La composition chimique des graisses des algues anciennes indique comment elles ont construit leurs parois cellulaires pour faire face à la chaleur.
Pourtant, la base de données était limitée aux preuves provenant des océans, qui ne couvrent que 70 % de la surface de la planète. Et chaque proxy ne pourrait révéler la température qu’à un endroit particulier à un moment donné. Même avec 150 000 points de données, a déclaré Judd, c’était comme essayer d’assembler un puzzle avec seulement 1% des pièces.
Les chercheurs pourraient obtenir une image meilleure et plus large à l’aide d’un modèle climatique – mais ces simulations pourraient varier considérablement en fonction des hypothèses qu’ils ont faites sur le comportement de la Terre, et les scientifiques n’auraient aucun moyen de savoir quel résultat était le bon. L’équipe s’est donc tournée vers une technique appelée assimilation de données, qui combine des preuves du monde réel avec des modèles climatiques pour produire des résultats plus rigoureux et plus précis.
À son apogée, l’étude suggère que la température moyenne de la Terre a atteint 36 degrés Celsius – bien plus élevée que les 14,98 C historiques que la planète a atteints l’année dernière.
La chronologie englobe presque tout le Phanérozoïque – l’éon géologique qui a commencé avec l’émergence d’organismes multicellulaires non microscopiques et se poursuit aujourd’hui. Il dépeint un climat mondial plus dynamique et extrême que ce que les chercheurs avaient imaginé, a déclaré Jess Tierney, climatologue à l’Université de l’Arizona et co-auteur de l’étude. Par rapport aux graphiques basés uniquement sur les modèles climatiques, qui ont tendance à décrire des variations de températures plus petites et plus lentes, la nouvelle chronologie est pleine de pics soudains et de changements brusques.
Mais, conformément à des décennies de recherches passées sur le climat, le graphique se rapproche des estimations du dioxyde de carbone dans l’atmosphère, les températures augmentant proportionnellement aux concentrations de ce gaz qui retient la chaleur. Malheureusement cette étude ne permet pas de savoir si c'est l'augmentation des températures qui a entrainé l'augmentation du CO² (comme cela est observé dans les études de paléoclimatologie portant sur l'interglaciaire actuel) ou l'inverse. En effet, sur des périodes d'étude très longues comme celle-ci, la précision temporelle s'amenuise à mesure que l'on recule dans le temps et cela ne permet pas de détecter des changements très brutaux s'opérant sur quelques dizaines ou centaine d'année.
Au début de la chronologie, il y a environ 485 millions d’années, la Terre se trouvait dans ce que l’on appelle un climat de serre, sans calottes glaciaires polaires et avec des températures moyennes supérieures à 30 ° C. Les océans regorgeaient de mollusques et d’arthropodes, et les toutes premières plantes commençaient tout juste à prendre pied sur la terre.
Les températures ont commencé à baisser lentement au cours des 30 millions d’années suivantes, alors que le dioxyde de carbone atmosphérique était extrait de l’air, avant de chuter dans ce que les scientifiques appellent un état de serre froide il y a environ 444 millions d’années. Les calottes glaciaires se sont étendues sur les pôles et les températures mondiales ont chuté de plus de 10 degrés Celsius. On pense que ce refroidissement rapide a déclenché la première des « cinq grandes » extinctions massives de la Terre – environ 85 % des espèces marines ont disparu lorsque le niveau de la mer a baissé et que la chimie des océans a changé.
Un changement encore plus spectaculaire s’est produit à la fin de la période permienne, il y a environ 251 millions d’années. Des éruptions volcaniques massives ont libéré des milliards de tonnes de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, provoquant une augmentation de la température de la planète d’environ 10 ° C en environ 50 000 ans. Des pluies acides se sont abattues sur tous les continents. Les écosystèmes marins se sont effondrés lorsque les océans sont devenus bouillants et appauvris en oxygène.
L’étude montre également clairement que les conditions auxquelles les humains sont habitués sont très différentes de celles qui ont dominé l’histoire de notre planète. Pour la majeure partie du Phanérozoïque, la recherche suggère, les températures moyennes ont dépassé 22 ° C , avec peu ou pas de glace aux pôles. Les climats froids – y compris le nôtre – n’ont prévalu que 13 % du temps. A l'échelle des temps géologique nous sommes donc actuellement dans une période froide malgré le réchauffement globale observé depuis la fin du Petit Age Glaciaire il ya 150 ans.
Le nouveau calendrier des températures soulève autant de questions qu’il n’apporte de réponses, a déclaré Wing. Trouver des températures moyennes mondiales de plus de 35 degrés Celsius implique que certaines parties de la planète étaient encore plus chaudes – pendant les parties les plus chaudes du Crétacé, par exemple, les températures moyennes à l’intérieur des continents auraient pu atteindre (50 C). Même les espèces modernes les plus robustes se faneraient dans un environnement aussi étouffant.
« C’est une indication de toutes les choses que nous ne savons pas sur le fonctionnement des climats à effet de serre », a déclaré Wing.
Peut-être que les organismes qui ont évolué à l’époque des serres étaient beaucoup mieux adaptés à la chaleur extrême que les plantes et les animaux qui vivent aujourd’hui, a-t-il ajouté. Ou peut-être que les températures mondiales étaient beaucoup plus uniformes pendant ces périodes, peu de régions devenant beaucoup plus froides ou plus chaudes que la moyenne.
