Un effort ambitieux visant à comprendre le climat de la Terre au cours des 485 derniers millions d’années a révélé une histoire de changements radicaux 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.
Cette chronologie, publiée jeudi dans la revue Science, est la reconstitution la plus rigoureuse jamais réalisée des températures passées de la Terre, ont indiqué les auteurs. Créée en combinant plus de 150 000 éléments de preuves fossiles avec des modèles climatiques de pointe, elle 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 débuté il y a près de dix ans, lorsque les scientifiques du Smithsonian ont conçu une nouvelle salle des fossiles pour le Musée national d’histoire naturelle. Contrairement à la plupart des autres expositions de paléontologie, qui ont tendance à mettre en avant l’étrangeté des dinosaures et d’autres créatures anciennes, la nouvelle salle cherchait 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 de représenter graphiquement la température de la Terre au cours du Phanérozoïque, ils ont réalisé qu’il n’existait pas de chronologie unique. Même si les scientifiques pouvaient rassembler des estimations à partir d’ensembles de données disparates et de reconstitutions d’intervalles de temps plus courts, cette approche laissait une large place à l’incertitude et à l’erreur.
La première tâche consistait à créer une base de données d’indicateurs climatiques, c’est-à-dire des éléments fossiles qui donnent une idée de ce à quoi ressemblait le monde autrefois. Par exemple, la variété d’oxygène trouvée dans les dents de créatures disparues ressemblant à des anguilles, les conodontes, reflète la température de l’eau des océans où ils vivaient. La composition chimique des graisses des algues anciennes indique comment elles construisaient leurs parois cellulaires pour faire face à la chaleur.
Mais la base de données se limitait aux données des océans, qui ne couvrent que 70 % de la surface de la planète. Et chaque proxy ne pouvait révéler que la température à un endroit particulier et à un moment précis. Même avec 150 000 points de données, a déclaré Judd, c’était comme essayer de reconstituer un puzzle avec seulement 1 % des pièces.
Les chercheurs pourraient obtenir une image plus précise et plus complète de la situation en utilisant un modèle climatique, mais ces simulations pourraient varier considérablement en fonction des hypothèses formulées sur le comportement de la Terre, et les scientifiques n’auraient aucun moyen de savoir quel résultat était correct. 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, soit bien plus que les 14,98 degrés Celsius historiques atteints par la planète l’année dernière.
La chronologie couvre presque tout le Phanérozoïque, l’éon géologique qui a commencé avec l’émergence d’organismes multicellulaires non microscopiques et qui se poursuit aujourd’hui. Elle décrit un climat mondial plus dynamique et extrême que ce que les chercheurs avaient imaginé, a déclaré Jess Tierney, climatologue à l’Université d’Arizona et co-auteur de l’étude. Comparée aux graphiques basés uniquement sur des modèles climatiques, qui ont tendance à représenter des variations de température plus faibles et plus lentes, la nouvelle chronologie est pleine de pics soudains et de changements abrupts.
Mais, conformément aux décennies de recherche climatique passées, le graphique est proche des estimations du dioxyde de carbone atmosphérique, les températures augmentant proportionnellement aux concentrations de ce gaz piégeur de chaleur. Malheureusement, cette étude ne permet pas de savoir si c’est l’augmentation des températures qui a conduit à l’augmentation du CO2 (comme observé dans les études de paléoclimatologie de l’interglaciaire actuel) ou l’inverse. En effet, sur de très longues périodes d’étude comme celle-ci, la précision temporelle diminue à mesure que l’on remonte dans le temps et cela ne permet pas de détecter des changements très brutaux survenant sur quelques dizaines ou centaines d’années.
Au début de la chronologie, il y a environ 485 millions d’années, la Terre vivait dans ce que l’on appelle un climat de serre, sans calotte glaciaire polaire 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 terre.
Les températures ont commencé à baisser lentement au cours des 30 millions d’années suivantes, à mesure que le dioxyde de carbone atmosphérique était extrait de l’air, avant de plonger 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 au-dessus des 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 avec la baisse du niveau de la mer et le changement de la chimie des océans.
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 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 ont perdu leur oxygène.
L’étude montre également que les conditions auxquelles les humains sont habitués sont très différentes de celles qui ont dominé l’histoire de notre planète. Pendant la majeure partie du Phanérozoïque, les recherches suggèrent que 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. À l’échelle des temps géologiques, nous traversons actuellement une période froide malgré le réchauffement climatique observé depuis la fin du Petit Âge glaciaire il y a 150 ans.
Selon Wing, la nouvelle chronologie des températures soulève autant de questions qu’elle n’apporte de réponses. La découverte de températures moyennes mondiales supérieures à 35 degrés Celsius implique que certaines parties de la planète étaient encore plus chaudes – pendant les périodes 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 résistantes dépériraient dans un environnement aussi étouffant.
« C’est une indication de tout ce que nous ne savons pas sur le fonctionnement des climats à effet de serre », a déclaré Wing.
Il est possible que les organismes qui ont évolué à l’époque des gaz à effet de serre étaient bien 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 bien plus uniformes à cette époque, peu de régions devenant beaucoup plus froides ou plus chaudes que la moyenne.
