L'origine des variations climatiques du quaternaire

La théorie astronomique du climat de l’astronome Milankovitch suppose que les variations climatiques quaternaires sont la conséquence des variations cycliques de différents paramètres orbitaux terrestres. 

Milankovitch distingue trois niveaux de périodicité :

L'orbite de la Terre est une ellipse dont le Soleil occupe l'un des foyers.  

La forme de l'orbite terrestre varie dans le temps entre une forme quasi-circulaire et une forme plus elliptique. La principale composante de cette variation fluctue sur une période de 413 000 ans. L'excentricité actuelle de l'orbite de la Terre est assez faible. L’excentricité est nulle quand l’orbite est parfaitement circulaire.

L'excentricité est l'un des facteurs les plus importants dans les changements climatiques naturels puisque, lorsqu'elle est maximale, la Terre au périhélie (point de la trajectoire le plus proche du Soleil) peut recevoir du Soleil jusqu'à 26 % d'énergie de plus qu'à l'aphélie (point de la trajectoire le plus éloigné du soleil).

 L'obliquité terrestre varie entre 22,1° et 24,5° sur une période d'environ 41 000 ans. Quand l'obliquité croît, chaque hémisphère reçoit plus de radiations du soleil en été et moins en hiver. 

Ainsi quand l’inclinaison est plus forte (proche de 24,5°), les étés sont plus chauds et les hivers plus froids, mais quand l’inclinaison est plus faible (proche de 22,1°), les saisons sont moins tranchées au niveau des températures, en effet, les étés sont moins chauds et les hivers plus doux. 

La Terre ne tourne pas sur elle-même comme un ballon parfaitement sphérique mais plutôt comme une toupie car elle est soumise à la précession.

La variation de la précession des équinoxes est responsable d’un raccourcissement d’une année de 20 minutes, modifiant la position de la Terre aux solstices et aux équinoxes, modifiant de fait les saisons.

Ces trois paramètres ont une influence sur la quantité d’énergie solaire reçue par la Terre au cours de l’année et également sur le contraste entre les saisons. Ils seraient responsables des variations climatiques cycliques appelées cycles de Milankovitch.

L’hypothèse astronomique de Milankovitch a été validée scientifiquement notamment en ce qui concerne la périodicité de 100 000 ans qui se retrouve dans les stades glaciaires et interglaciaires des derniers 800 000 ans. Si on compile les données des trois paramètres précédents avec celles de la variation de puissance de l’énergie solaire et les δ 180 des glaces, on obtient le document suivant :

Couplée aux cycles de Milankovitch, on remarque une variation de la puissance solaire reçue à 65° de latitude Nord. Cette variation est une conséquence de la variation des paramètres orbitaux terrestres. 

Pour comprendre les origines des variations glaciaires-interglaciaires, deux cas extrêmes, parmi de nombreuses configurations possibles, sont représentés :

Quand on calcule les variations de températures que devraient engendrer les variations astronomiques précédentes, on trouve des amplitudes bien inférieures à celles qui sont réellement observées. C’est donc qu’il doit y avoir d’autres paramètres qui influencent la température et donc les climats.

Sa valeur varie entre 0 (pour une surface noire) et 1 (pour une surface blanche). On peut mesurer l’albédo d’une surface terrestre grâce à des radiomètres utilisés sur le terrain mais aussi en laboratoire.

La solubilité du CO2 dans l’eau de mer diminue lorsque la température de l’eau et donc de l’atmosphère augmente. À l’inverse lors d’une chute de température comme en période de glaciation, la solubilité du CO2 sera plus importante qu’en période de climat plus chaud ce qui favorisera sa dissolution.  

Plus il fera chaud, moins le CO2 se dissoudra dans l’eau de mer ce qui augmentera sa concentration dans l’atmosphère et comme le CO2 est un gaz à effet de serre, ce dernier sera accentué augmentant alors de la température de l’atmosphère.