Comment connaît-on les variations passées du climat à la surface des continents ?

Les continents offrent une large variété d’archives climatiques dans les sols, les lœss, les lacs, les tourbières, la végétation, les glaces continentales et polaires, les nappes phréatiques, et les zones côtières

Ce texte est adapté de : Masson-Delmotte (V.) et E. Cortijo, « L’étonnante diversité des capteurs cachés », dans Le climat à découvert, Paris, CNRS Éditions, 2011, p. 113-115.

. Ils donnent accès à des indicateurs qualitatifs ou quantitatifs. Les marques laissées par les variations d’extension des glaciers, les modifications des cours d’eau ou de niveaux des mers permettent également de caractériser l’évolution au cours du temps des surfaces continentales.

Les variations passées de température à la surface des continents affectent le profil vertical de température dans les sols ou dans les glaces polaires. À partir de mesures de profils de température dans différents trous de forage (mines, forages et carottages), il est possible d’estimer l’ampleur des variations passées de la température de surface. De nombreuses méthodes indirectes ont été développées pour caractériser les changements de température (de l’air ou de l’eau, en surface) ou du cycle de l’eau (bilan précipitation moins évaporation, accumulation de neige, etc.). Ces méthodes s’appuient sur des mesures de paramètres biologiques et physico-chimiques sur les différentes archives disponibles.

Les archives continentales permettent également de caractériser la fréquence et/ou l’intensité d’événements extrêmes. Par exemple :

• l’extension/intensité des sécheresses passées à partir de bases de données dendrochronologiques ;
• les feux de biomasse à partir de l’analyse des particules de charbon
• la fréquence de crues à partir de marqueurs sédimentaires et géochimiques dans les sédiments lacustres ;
• les fortes précipitations liées aux tempêtes tropicales grâce aux compositions isotopiques de cernes d’arbres ou de lamines de spéléothèmes ;
• ou encore l’occurrence de submersions marines grâce aux sédiments de lagunes.

 

Comment connaît-on les variations passées de la circulation océanique ?

L’océan génère des archives sédimentaires ou coralliennes qui permettent de reconstruire l’évolution temporelle des paramètres hydrologiques (température, salinité, acidité des eaux marines, etc.) ou biologiques (notamment la Comment sont datées ces archives du climat ?

Pour que notre vision du système climatique dans le passé soit complète, il est indispensable de croiser les archives et de comparer les résultats continentaux et océaniques. Cela implique que toutes les archives climatiques soient datées mais aussi rassemblées sur une échelle de temps commune et absolue.

Les méthodes de datation peuvent être relatives (synchronisation entre différents enregistrements par l’utilisation d’horizons repères identifiés, ou calage par rapport au forçage orbital). Elles peuvent également être absolues en mettant en œuvre des méthodes isotopiques de mesure de différents radio-éléments (méthodes carbone 14, uranium/thorium ou potassium/argon, par exemple) ou des méthodes plus « naturalistes » telles que le comptage de couches annuelles (cernes d’arbres, lamines sédimentaires annuelles ou cycles saisonniers des propriétés physiques, chimiques et isotopiques de carottes de glace).

Comment connaît-on les causes des variations climatiques passées ?

Les calculs astronomiques permettent d’estimer très précisément les variations passées de l’orbite terrestre, qui modulent la répartition de l’ensoleillement selon les latitudes et les saisons.

Par ailleurs, les archives naturelles enregistrent l’historique de certains facteurs qui agissent sur le climat. Par exemple, la composition chimique des glaces polaires permet d’estimer la quantité de particules émises par les éruptions volcaniques dans l’atmosphère. Autre exemple, les variations d’activité solaire modulent la production de certaines molécules (comme le carbone 14 ou le béryllium 10) dans la haute atmosphère, dont les fluctuations sont ensuite enregistrées dans différentes archives. Ces archives naturelles permettent aussi de connaître directement (grâce à l’air piégé dans les glaces polaires) ou indirectement (via leur impact sur les milieux terrestres ou marins) l’évolution passée de la teneur en dioxyde de carbone dans l’atmosphère.

Enfin, un ensemble de méthodes permet de caractériser l’évolution de la topographie : formation des reliefs, position des continents et des océans, niveau des mers et volume des calottes de glace.

La compréhension de la dynamique du climat est construite sur l’analyse des relations entre forçages externes (orbite terrestre, activité solaire, activité volcanique) et variabilité climatique passée. Elle se fonde également sur l’analyse des causes internes de variabilité du climat : par exemple, la sensibilité de la