Quand la Terre était une boule de neige

La Terre n’a pas toujours été la planète bleue et hospitalière qu’elle est aujourd’hui. Au moins trois fois, notre planète était complètement recouverte de glace. Comment la Terre est-elle entrée dans cet état et, surtout, comment a-t-elle réussi à s’en sortir ?

 

Au cours de son histoire, la Terre a connu des périodes si froides que sa surface était entièrement recouverte de glace. Longtemps interrogés, ces épisodes dits de « boule de neige » sont aujourd’hui attestés par des preuves géologiques et géochimiques considérables. Depuis les années 2000, le climatologue Gilles Ramstein étudie ces événements, dans lesquels la Terre vue de l’espace aurait ressemblé aux lunes glacées Europa et Encelade. Il parle au CNRS News de ces sorts glacials qui ont affecté notre planète.

 

 

 

 

La Terre est située dans la zone habitable de son étoile, ce qui signifie normalement que l’eau peut y exister à l’état liquide. Dans ce cas, comment la planète aurait-elle complètement glacé ? 

 

 

Gilles Ramstein:

Gilles Ramstein: Ce n’est pas aussi simple que ça!

 Lorsque la Terre s’est formée, il y a 4,56 milliards d’années, le Soleil émettait 30% moins d’énergie qu’aujourd’hui. Depuis lors, sa puissance a augmenté de 7% tous les milliards d’années. 

 

Le paradoxe est que, bien que la Terre reçoive moins de rayonnement à l’époque, il faisait beaucoup plus chaud qu’aujourd’hui. Ce phénomène est dû au fait que le climat d’une planète dépend de son budget de radiation, qui est la différence entre l’énergie reçue du Soleil et celle renvoyée dans l’espace par la terre, l’océan et l’atmosphère. 

Depuis le tout début, l’atmosphère terrestre s’est comportée comme une couverture chauffante. Plus précisément, le dioxyde de carbone et le méthane, qui sont de puissants gaz à effet de serre avec des concentrations atmosphériques très variables, sous-tendent la régulation des températures de surface.

Le climat est donc un équilibre entre les sources de gaz à effet de serre et les puits qui les évacuent de l’atmosphère. Sur notre planète, la principale source naturelle de CO 2 est l’activité volcanique, tandis que son principal puits dépend de l’altération des roches silicatées continentales causée par les eaux de ruissellement. 

 

Lorsque le CO 2 réagit avec la roche, il est retiré de l’atmosphère et séquestré sous forme de carbonate, qui s’accumule sous forme de sédiments sous-marins. 

Il y a plus de 3 milliards d’années, le volcanisme battait déjà son plein, bien que la superficie totale des continents était encore limitée et que l’érosion était négligeable. En conséquence, la concentration atmosphérique de CO 2était très élevé. 

 

En outre, la même période a vu l’émergence, il y a 3,5 milliards d’années, d’archées méthanogènes. Le métabolisme de ces micro-organismes unicellulaires produit du méthane, dont l’effet de serre est trente fois supérieur à celui du CO 2 .

L’accumulation de ces deux gaz  le dioxyde de carbone et le méthane  dans les premières atmosphères de la Terre explique pourquoi notre planète était si chaude dans sa jeunesse. 
 
Alors, comment cela a-t-il entraîné la glaciation? 


GR : 
Cette catastrophe climatique a été causée par une révolution biologique!

 Il est important de comprendre que pour les deux premiers milliards d’années, notre planète est restée anoxique: l’oxygène gazeux n’était présent qu’en traces et était un poison violent pour les formes de vie anaérobies qui fleurissaient à l’époque, en particulier les archéobactéries méthanogènes.

 Cependant, une augmentation globale des concentrations d’oxygène a eu lieu il y a 2,4 milliards d’années: c’est ce que l’on appelle le Great Oxygenation Event (GOE). Ce phénomène a probablement été causé par l’émergence de cyanobactéries, c’est-à-dire de micro-organismes ayant un nouveau métabolisme, appelé photosynthèse, dont l’oxygène est un déchet. 

 

 

 

 

Au fur et à mesure que ce dernier s’est constitué, il a détruit la plupart des archées méthanogènes qui habitaient les premiers océans, mettant ainsi fin à la production de méthane. 

En outre,Le CO 2 , un gaz à effet de serre beaucoup moins puissant. Cela a entraîné un refroidissement important, amplifié par l’augmentation de l’albédo – la capacité de la surface de la Terre à refléter le rayonnement solaire dans l’espace – causée par la formation de glace. Ce processus a ensuite échappé à tout contrôle jusqu’à ce que la Terre soit presque complètement gelée. Cet épisode, qui a duré environ 300 millions d’années, s’appelle la glaciation huronienne. 
 
La glaciation huronienne était-elle le seul épisode de la boule de neige à affecter notre planète? 

GR : Non . Au cours des milliards dernières années, la Terre a connu deux glaciations plus globale: la glaciation Sturtien, qui a commencé il y a 720 millions d’ années et, après un bref épisode interglaciaire, la glaciation Marinoan, qui a pris fin il y a 635 millions d’ années 

Et pourtant, il y a 700 millions d’années, la luminosité solaire représentait 94% de sa valeur actuelle, donc la Terre aurait dû être épargnée! En fait, cette fois c’était le moteur CO 2 qui a échoué. 

Le supercontinent Rodinia – qui s’était formé 500 millions d’années auparavant – a commencé à se rompre le long de la ceinture tropicale (voir carte) il y a 800 millions d’années. Ces processus tectoniques étaient accompagnés d’éruptions volcaniques massives qui recouvraient de vastes régions de basalte.

Cet événement majeur a été associé à l’ouverture des océans et des voies maritimes, générant de nouvelles sources d’humidité atmosphérique à proximité des continents. Ceci a conduit à une augmentation des précipitations et du ruissellement sur les continents et, par conséquent, à une plus grande érosion des roches continentales. 

Puisque les roches de basalte récemment formées sont six à huit fois plus rapides que le granite, une grande partie du CO 2 a disparu dans ce puits. Il y a 750 millions d’années, la concentration des gaz à effet de serre dans l’atmosphère a tellement baissé que la température moyenne de la Terre a chuté d’environ 50 ° C. En conséquence, les calottes polaires s’étendaient jusqu’à l’équateur. 

 

Comment la Terre a-t-elle réussi à échapper à ces épisodes de glaciation planétaire de Snowball Earth ? 

GR : Les épisodes de Snowball Earth étaient des périodes de déséquilibre majeur qui étaient en fait extrêmement instables. 

 

 

 

 

Leur existence a été postulée pour la première fois dans les années 1960 par le géologue britannique Walter Brian Harland, qui a observé des traces de glaciation dans des roches qui, il y a 700 millions d’années, étaient situées dans des zones tropicales et équatoriales. Puisque ces régions sont, par définition, les plus chaudes de la planète, la Terre entière aurait été recouverte de glace.

Les derniers milliards d’années de l’histoire de la Terre pourraient bien être sans vie, en raison du manque d’eau et de la photosynthèse.

À l’époque, personne ne le croyait, car l’albédo d’une Terre couverte de glace est si élevé que, pour qu’elle émerge d’une glaciation globale, la luminosité du Soleil aurait dû être 1,5 fois plus grande. Puis, dans les années 1990, les scientifiques ont réalisé que ce n’était pas le Soleil qui mettait fin aux épisodes de Snowball Earth, mais le CO 2 .

Bien que couverte de glace, la Terre a continué à connaître une activité volcanique élevée. Donc, ce qui s’est passé est que, pendant des millions d’années, le CO 2 émis par les volcans s’est accumulé dans l’atmosphère. Cela a finalement causé un effet de super-serre qui a surpassé celui de l’albédo de glace et de neige, conduisant à une fusion soudaine. 

 

GR : Si la Terre était complètement gelée, toute vie ayant survécu dans les océans aurait dû suffoquer.

 Au LSCE, nous avons pu montrer que notre planète n’était pas complètement recouverte de glace, grâce notamment aux bouches de chaleur et aux volcans. La vie a peut-être pu se réfugier dans des trous remplis d’eau dans la glace, appelés trous cryoconites. 

Cela était suffisant pour permettre des échanges entre l’atmosphère et l’océan et permettre à la vie de survivre jusqu’à la déglaciation. Bien que la Terre ait connu des extinctions massives, elle est restée très propice à la vie depuis 4 milliards d’années.

 Dans l’ensemble, il a connu une stabilité climatique remarquable tout au long de son histoire. Les épisodes de glaciation globale n’en représentent qu’une fraction. Cependant, les conditions climatiques ne seront pas toujours favorables à la vie: au fur et à mesure que le Soleil se réchauffera, il finira par devenir un géant rouge. 

 

 

 

 

Les derniers milliards d’années de l’histoire de la Terre pourraient bien être sans vie, en raison du manque d’eau et de la photosynthèse. Tout comme sur Vénus, la vie aura été incapable de s’adapter, mais elle aura été présente sur Terre pendant très longtemps. Et c’est une bonne nouvelle pour tous ceux qui la recherchent ailleurs. Dans le système solaire, nous explorons aujourd’hui des mondes tels que Europa et Encelade, des lunes glacées qui rappellent le lointain passé de notre propre planète.