Histoire du climat de la Terre

Échelle des temps géologiques présentant l'histoire de la Terre sur 4,5 milliards d'années avec les principales périodes dont la durée est indiquée soit en milliards d'années (Ga) soit en millions d'années (Ma). Les principaux événements « historiques », dont plusieurs ont joué un rôle majeur dans l'évolution du climat de notre planète, sont indiqués.

L'histoire du climat de la Terre est la reconstitution de l'évolution, des fluctuations et de l'impact du climat de la notre planète à la fois sur une échelle de temps géologique (quelques centaines de millions d'années) et de quelques décennies pour les périodes récentes. La reconstitution de l'histoire du climat joue un rôle important dans l'histoire de l'évolution car le développement des espèces et les crises biologiques survenues à des échelles de temps géologiques, comme les extinctions massives, découlent souvent directement des changements climatiques et environnementaux.

Comme la météorologie le climat porte sur le temps qu'il fait (température, pression, humidité, vent, composition de l'atmosphère), mais avec une approche statistique s'intéressant aux valeurs moyennes sur des périodes longues (décennies, siècles,..). Le climat de la Terre est essentiellement variable car le système climatique qui le régit est un système complexe dépendant de nombreux éléments qui évoluent dans le temps et qui interagissent entre eux : énergie solaire incidente, composition de l'atmosphère, surface et position des continents, activité volcanique, spécificités de l'orbite terrestre, développement du vivant, , etc.. Aussi la Terre a connu par le passé des climats complètement différents de celui que nous connaissons aujourd'hui. Toutefois contrairement aux planètes terrestres voisines (Mars, Vénus) ayant bénéficié de conditions initiales similaires, son climat est toujours resté dans des limites permettant le maintien de formes de vie. Son évolution au cours des deux derniers siècles découle principalement de l'activité humaine.

La reconstitution du climat passé est complexe car on ne dispose souvent que d'indices indirects et parcellaires. Pour la période historique durant laquelle existe des témoignages écrits, les premiers relevés continus remontent à la fin du Moyen-Age et des données fiables sur la température et plus généralement sur le climat passé ne sont disponibles que depuis la seconde moitié du XX^e siècle. Les informations portant sur les périodes antérieures, longtemps considérées comme incertaines, peuvent désormais être mieux documentées et plus précises. On utilise des proxys climatiques issus d'archives naturelles telles que les cernes des arbres, les carottes de glace prélevées notamment pour les périodes les plus anciennes dans les glaciers de l'Antarctique et du Groenland ainsi que le pollen fossilisé. On a mis au point plus récemment un large éventail d'analyses isotopiques qui permettent d'obtenir une précision des mesures jusqu'alors inaccessible et d'étendre notre connaissance sur le climat aux périodes les plus anciennes.

Entre la formation de la Terre (il y a 4,56 milliards d'années) et 3,6 milliards d'années l'absence d'affleurements sédimentaires non métamorphisés nous prive d'indices directs sur le climat de la Terre. Entre 4,3 et 2,8 milliards d'années l'atmosphère terrestre est dépourvue d'oxygène et il est probable qu'elle est constituée d'un mélange d'azote et de gaz à effet de serre (dioxyde de carbone et méthane). La très forte proportion des gaz à effet de serre fait plus que compenser la faible luminosité du jeune Soleil (20 à 30% plus faible qu'aujourd'hui) et porte la température moyenne du globe à des valeurs sans doute supérieures à 30°C. Durant cette période la Terre est une planète-océan et les terres émergées se réduisent à quelques îles éparses. Sous l'action de la tectonique des plaques des continents apparaissent il y a environ 2,9 milliards. L'érosion de ceux-ci par les précipitations entraine l'enfouissement du dioxyde de carbone ce qui diminue l'effet de serre. La Terre se refroidit et subit plusieurs glaciations (notamment la glaciation huronienne) jusqu'à il y a 2 milliards d'années. C'est durant cette période que des organismes vivants dans les océans contribuent à changer radicalement la composition de l'atmosphère en introduisant vers 2,3 milliards d'années une proportion significative d'oxygène dans l'atmosphère (toutefois limitée à 5 à 18 % de la teneur actuelle) et dans les océans (Grande Oxydation). Nous disposons de peu d'informations sur la période comprise entre entre 2 et 1 milliard d'années ce qui lui vaut le sobriquet de milliard ennuyeux. Il est probable que durant cette époque la Terre se soit stabilisée dans une configuration chaude. Entre 750 et 540 milliards d'années la Terre connait plusieurs épisodes froids durant lesquels la glace s'étend jusqu'aux latitudes les plus basses (Terre boule de neige). Ces épisodes de glaciation totale déséquilibrent le cycle du carbone faisant grimper le taux d'oxygène présent dans l'atmosphère à une valeur proche de celle que nous connaissons (21%). Cette forte proportion de l'oxygène va permettre le passage du vivant jusque là constitué d'êtres mono-cellulaires à des êtres multi-cellulaires.

Il y a 542 millions d'années la température moyenne se stabilise à une valeur proche de celle que nous connaissons. La vie commence à coloniser pour la première fois les terres. L'apparition de ces organismes terrestres crée un nouvel acteur du cycle du carbone car les plantes, ainsi que le sol qu'elles contribuent à former, constituent un nouveau puits de carbone. Le taux de CO2 baisse et atteint à cette époque des valeurs proches de celles que nous connaissons (300 à 400 ppm). Les changements induits dans le cycle du carbone déclenchent plusieurs périodes glaciaires dont la glaciation Permo-Carbonifère qui s'étend de 330 à 270 Ma. A la fin de cet épisode des changements brutaux provoqués par le cycle du carbone propulsent la Terre dans un climat particulièrement chaud et aride avec une disparition quasi complète des calottes glaciaires. Le taux de CO2 dans l'atmosphère est multiplié par 10 (entre 2 000 et 4 000 ppm). Mais vers 200 millions d'années, la Pangée, supercontinent rassemblant les terres émergées, se recentre sur l'équateur ce qui entraine une accélération de l'érosion et de l'enfouissement du CO2. L'éclatement de la Pangée qui se produit par la suite accélère ce processus et entraine une chute de la température et même, au Jurassique et au Crétacé, quelques épisodes glaciaires toutefois très courts (1 à 3 millions d'années). Durant toute cette période la température moyenne globale du globe reste toutefois supérieure à sa valeur actuelle. Au milieu du Crétacé le niveau des mers atteint un niveau qui ne sera plus dépassé par la suite. Le taux de CO2 diminue régulièrement durant tout l'ère secondaire passant de 4 000 à environ 1 500 ppm.

Sciences du climat

L'histoire du climat de la Terre est reconstituée dans le cadre de deux disciplines scientifiques : la climatologie historique qui porte sur les périodes pour lesquelles on dispose de témoignages écrits et la paléoclimatologie qui exploite les indices laissés dans le sol, les glaciers, , etc. (il y a donc un recouvrement entre ces deux approches). La discipline de l'histoire de l'environnement est fortement liée à l'histoire du climat. Ces deux disciplines traitent de l'occurrence et de l'impact des diverses anomalies météorologiques au cours des périodes historiques notamment des phases chaudes et froides prononcées, des périodes de sécheresse extrême ou des conséquences des éruptions volcaniques violentes sur les espaces naturels et les sociétés humaines.

Principaux facteurs influençant le climat

L'atmosphère est un des quatre acteurs impliqués dans le cycle du carbone modélisé dans ce schéma : l'immense réservoir de carbone est la lithosphère, qui stocke 80 000 000 gigatonnes (Gt) de carbone minéral, sous forme de roches carbonatées et 14 000 Gt de carbone dans la matière organique — pétrole, charbon, gaz — fossile (réévaluation par rapport aux données du schéma). L'hydrosphère est un réservoir intermédiaire qui stocke 39 000 Gt de carbone sous forme de gaz carbonique (CO₂). L’atmosphère et la biosphère sont des petits réservoirs : le premier stocke 750 Gt principalement sous forme de CO₂, le second deux à trois fois plus selon les auteurs.

Le cycle de l'eau contrôle la quantité de vapeur d'eau présente dans l'atmosphère.

Différents facteurs ont une incidence sur le climat de la Terre. Ceux-ci sont exogènes (évolution de l'irradiance du Soleil, variations de l'orbite de la Terre), biologiques (organismes produisant de l'oxygène ou du méthane et consommant du dioxyde de carbone), géologiques (volcanisme, tectonique des plaques, érosion/enfouissement) et depuis peu humains (production de dioxyde de carbone par les différentes activités de l'homme). Leur influence devient notable à des échelles de temps très variable allant du siècle pour l'activité humaine aux millions d'années pour les facteurs géologiques. Climat et atmosphère terrestres sont étroitement liés et forment un système complexe dont le fonctionnement est particulièrement difficile à modéliser. La composition de l'atmosphère est en permanence renouvelée par le cycle du carbone et le cycle de l'eau dont les moteurs principaux sont d'une part le rayonnement solaire et et d'autre part la chaleur interne de la Terre via le volcanisme et la tectonique des plaques. Les principaux facteurs influençant ces deux cycles sont :

Irradiance solaire

Le rayonnement solaire qui réchauffe l'atmosphère directement (ultraviolet) et indirectement (lumière visible réfléchie dans l'infrarouge par le sol). Cet échauffement entraine l'évaporation des eaux de surface (production de la vapeur d'eau de l'atmosphère) et est à l'origine du processus d'érosion qui absorbe le CO₂. La luminosité du Soleil croit de 7 % par milliard d'années : ainsi il y a 4 milliards d'années l'insolation moyenne était d'environ 968 W/m² contre 1 368 W/m² de nos jours.

Tectonique des plaques : superficie et position des continents

La tectonique des plaques qui fait évoluer la position sur le globe, le découpage et la superficie des continents des océans et des terres continentales. Ceux-ci sont des puits de CO₂ mais avec des fonctionnements différents et une efficacité plus grande pour les surfaces émergées. Les caractéristiques des continents ont une très grande influence sur le climat en modifiant l'albédo global, la fréquence des précipitations, le taux d'érosion et la vitesse d'enfouissement du carbone. Ces paramètres évoluent sur une échelle de temps très longue.

Activité biologique

• à une époque révolue aujourd'hui, la production de méthane par les plantes ;
• l'absorption du dioxyde de carbone par les plantes et son enfouissement dans le sol puis dans les roches et les sédiments marins.

Gaz à effet de serre

La quantité des gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Ceux-ci sont opaques au rayonnement infrarouge et contribuent donc à réchauffer l'atmosphère en bloquant le rayonnement solaire réfléchi par la Terre dans cette longueur d'onde. Les gaz, dont l'action dans ce domaine est la plus efficace, sont par ordre décroissant le méthane, le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau. De nos jours la vapeur d'eau est le gaz à effet de serre dont l'effet est le plus important du fait de son volume mais il en était tout autrement par le passé ;

Volcanisme

Le volcanisme qui produit le CO₂ présent dans l'atmosphère. Son intensité s'est atténuée avec le temps au fur et à mesure que l'intérieur de la Terre s'est refroidi. Le volcanisme connait des phases beaucoup plus intenses qui peuvent entrainer un changement climatique radical et de longue durée.

Irrégularités des paramètres orbitaux de la Terre

Les irrégularités de trois des paramètres de l'orbite de la Terre autour du Soleil sous l'effet des forces de marée du Soleil et surtout de la Lune. Leurs variations modifient le degré d'insolation de la Terre. L'excentricité prend des valeurs comprises 0 à 0,06 (valeur actuelle 0,016) en évoluant sur une échelle de temps de plusieurs dizaines de milliers d'années. A son maximum les saisons sont plus marquées. L'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre (angle que fait celui-ci avec le plan de l'écliptique dans lequel la Terre circule) varie entre 22 et 24,5° avec une périodicité de 41 000 ans. Une inclinaison plus élevée entraine des saisons plus marquées. Enfin la précession des équinoxes fait varier avec une périodicité de 26 000 ans l'angle que fait le périhélie (périgée) de l'orbite de la Terre autour du Soleil et le point vernal (équinoxe de printemps). Actuellement sa valeur est d'environ 102° ce qui signifie que l'hiver dans l'hémisphère se produit alors que la Terre est proche du Soleil ;

Albédo de la surface terrestre

L'albédo de la surface qui module la proportion d'énergie solaire renvoyée directement dans l'espace (égal à 1 lorsque l'énergie est entièrement réfléchie). La neige/glace (~0,6), la végétation (~0,15) et l'océan (~0,1) ont des albédos très différents aussi les variations des proportions de la Terre couvertes par ces trois types de terrain influent sur le climat et indirectement l'atmosphère de la Terre.

Activité humaine

L'activité humaine (production d'énergie à partir de combustibles fossiles, élevage, déforestation, etc.) qui influe sur le taux de dioxyde de carbone (gaz à effet de serre) dans l'atmosphère ;

Les modifications climatiques et de l'atmosphère par ces facteurs peuvent être amplifiées par des processus de rétroaction : par exemple la fonte des surfaces englacées lors d'une phase de réchauffement entraine une modification de l'albédo qui va accélérer la montée des températures (le sol dénudé ou couvert de végétation renvoie vers l'espace une fraction plus faible de l'énergie solaire que la glace).

Méthodes de reconstruction du climat et de l'atmosphère des périodes passées

Les carottes de glace prélevées dans l'Antarctique à la station russe Vostok ont permis de reconstituer les variations du climat intervenues au cours de 400 000 dernières années. De haut en bas : variations de la température, du taux de dioxyde de carbone et de la quantité de poussière (graphique du bas) présents dans l'atmosphère.

Les témoignages de l'histoire du climat et de l'atmosphère des périodes passées relativement récente (moins de un million d'années) sont enregistrés dans les arbres, les parties dures des organismes vivants fossilisés et les bulles de gaz piégées dans les glaces polaires. Pour les deux derniers milliers d'années la mesure des caractéristiques (largeur, structure) des anneaux de croissance des arbres (Cerne) fournit les informations les plus précises (la science associée est la dendrochronologie). Au delà de cette période très récente, les données se font moins précises, sont souvent indirectes et il faut, après avoir croisé les données fournies par différentes méthodes, recourir à des modèles simulant les processus climatiques et se basant sur des lois de la physiques (nuages, mélange turbulent, etc.) pour tenter de déterminer le climat passé.

Pour les reconstitutions du climat du dernier million d'années les fossiles des foraminifères planctoniques (vivant à la surface des océans) et benthiques (vivant au fond) présents dans les sédiments marins permettent de déterminer avec une bonne précision temporelle, sous réserve que le taux de sédimentation soit important, les rapports des isotopes de l'oxygène et d'en déduire la température qui régnait à l'époque. Les glaces des deux calottes glaciaires de l'Antarctique et du Groenland ont piégé des bulles de gaz au fil du temps. En analysant le contenu de ces bulles dans des carottes prélevés à des profondeurs allant jusqu'à 3,6 kilomètres (forage Vostok) on peut remonter jusqu'à 800 000 années en arrière. L'analyse des bulles fournir outre le taux de CO₂, ceux du méthane et de l'oxyde nitreux, les ratios des isotopes de l'oxygène et les aérosols présents à l'époque. Les épisodes volcaniques les plus violents ont laissé des traces qui permettent d'améliorer la résolution temporelle des données recueillies.

Les carottes prélevées dans les glaces de l'Antarctique et du Groenland ne permettent de remonter que 800 000 années en arrière. Pour les périodes plus lointaines, les mesures se font beaucoup plus rares et ne permettent de reconstituer les données climatiques que de manière indirecte (principalement le taux de CO₂). Par ailleurs les données obtenues en analysant les sédiments déposés au fond des océans souffrent d'imprécisions dans la datation supérieure à 200 000 années.

Entre 15 et 540 millions d'années, on peut déterminer avec une fiabilité toute relative le taux de CO₂ atmosphérique en analysant les proportions des isotopes du carbone dans les carbonates pédogéniques des paléosols terrestres. Une méthode souvent utilisée et relativement fiable, mais qui n'est possible qu'à partir de l'apparition des plantes sur Terre il y a 540 millions d'années, consiste à compter le nombre de stomates dans les feuilles fossilisées (le nombre de stomates est corrélé au taux de CO₂ ambiant). On peut ainsi reconstituer sa valeur à l'époque de la formation des feuilles en prenant comme référence le nombre de stomates de la végétation actuelle. Une autre méthode basée sur l'analyse des sédiments marins consiste à analyser le ratio des isotopes du carbone dans les fossiles du phytoplancton (alcénones). D'autres indices permettent de déterminer si le climat est chaud ou froid et sec ou humide et dans certains cas de quantifier ces paramètres. Ces informations sont données par la mesure des isotopes de l'oxygène contenus dans les sédiments déposés à l'époque concernés, notamment la calcite de petits organismes comme les brachiopodes et les foraminifères. Les scientifiques utilisent également l'apatite contenu dans les dents de poisson fossilisés qui sont moins sensibles à la perte de qualité due à la diagénèse.

Plusieurs types de roches permettent de déterminer la présence d'oxygène dans les océans et l'atmosphère à la date de leur formation. L'uraninite (ou pechblende) est un minéral qui est soluble dans l'eau chargée d'oxygène. Sa présence dans les dépôts formés par les fleuves n'est possible que lorsque l'atmosphère est pratiquement dépourvue d'oxygène. Ces minéraux sont été découverts dans des formations remontant à des périodes comprises entre 3,5 et 2,2 milliards d'années. Les dépôts de fer rubané dans les sédiments marins, qui sont constitués de fer oxydé, indiquent la présence d'oxygène dans l'eau à l'époque de leur formation. Une fois tout le fer présent dans les océans oxydé, l'oxygène produit par les bactéries a dépassé le seuil de saturation et le gaz a commencé à se répandre dans l'atmosphère. Les dépôts de fer rubané les plus anciens remontent à 2,4 milliards d'années. Les couches rouges riches en oxyde ferrique formées en milieu continental indiquent la présence d'oxygène atmosphérique à la date de leur formation. Les strates de ce type les plus anciennes remontent à 2 milliards d'années.

Chronologie

Évolution des proportions des principaux gaz dans l'atmosphère terrestre depuis la formation de la Terre (source Ramstein 2015). Légende : A L'effet de serre découlant de la concentration élevée de dioxyde de carbone compense la faible intensité du jeune Soleil - B Apparition des premiers micro-organismes consommant le dioxyde de carbone. - C Les bactéries méthanogènes commencent à contribuer notablement à la composition de l'atmosphère - D Apparition des premières bactéries productrices d'oxygène - E Apparition de l'oxygène dans l'atmosphère.

La position et la superficie des terres émergées joue un rôle essentiel dans l'évolution du climat de la Terre. Représentation simplifiée des terres émergées depuis la phase finale de formation de la Terre jusqu'à aujourd'hui : initialement la Terre est un monde-océan et le premier continent n'« émerge » que vers 3 milliards d'années avant présent.

Depuis l'Archéen

• Paradoxe du Soleil jeune et faible, il y a entre 4,0 et 3,0 milliards d'années
• La Grande Oxydation, il y a environ 2,4 milliards d'années et qui a probablement entraîné la glaciation huronienne
• Il y a entre 650 et 600 millions d'années, la Terre boule de neige ou glaciation marinoenne de la fin du Néoprotérozoïque, précurseur de l'explosion cambrienne
• Extinction de masse de la fin du Botomien, il y a 517 Ma, cette extinction de masse ainsi que les deux suivantes sont mal comprises
• Extinction du Dresbachien, il y a 502 Ma
• Extinction du Cambrien-Ordovicien, il y a 485,4 ± 1,9 Ma
• Extinction Ordovicien-Silurien, il y entre 450 et 440 Ma, causée par une importante glaciation possiblement due au mouvement des plaques tectoniques
• Glaciation de l'Andéen-Saharien, il y a 450 Ma
• Extinction du Dévonien, il y a entre 380 et 360 Ma
• Glaciation du Karoo, il y a entre 360 et 260 Ma
• Il y 305 Ma, un climat plus froid provoque la disparition des forêts du Carbonifère
• Extinction Permien-Trias, il y a 252,17 ± 0,06 Ma
• Extinction Trias-Jurassique ou extinction T-J, il y a 200 Ma, les causes ne sont pas connues
• Formation des trapps du Dekkan, il y a 66 Ma, peut-être à la suite de 30 000 années consécutives d'activité volcanique ou un impact important de météores
• Extinction Crétacé-Paléogène, il y a 66 Ma, (extinction des dinosaures non-aviens)
• Maximum thermique du passage Paléocène-Éocène, il y a 55,8 Ma
• Optimum climatique de l'Éocène, il y a entre 54 et 49 Ma
• Événement Azolla, il y a 49 Ma, qui pourrait avoir mis fin à une longue période chaude
• Il y a entre 5,3 et 2,6 Ma, le climat du Pliocène est devenu plus froid et sec avec des saisons marquées, semblable au climat moderne
• Depuis 2,5 Ma jusqu’aux glaciations récentes de l'Holocène, avec de la glace permanente sur les régions polaires

Évolution de la température de la surface de la Terre durant les 541 derniers millions d'années et positionnement par rapport aux périodes géologiques successives et aux événements les plus marquants. Attention ! Il y a quatre changements d'échelle de temps dans le schéma inférieur. Chaque changement d'échelle correspond à un changement climatique majeur : 65 millions d'années (disparition des dinosaures, KT signifie extinction Krétacé-Tertiaire), 5,3 millions d'années (début du Pliocène), un million d'années (début du présent cycle de glaciations), et il y a 20 000 ans au dernier maximum glaciaire (en anglais : Last Glacial Maximum, LGM).

Quaternaire (-2,6 millions années à présent)

Extension maximale des calottes glaciaires du Nord de l'Europe au cours de la glaciation de Würm. L'inlandsis (calotte anglo-irlandaise et calotte fennoscandienne dont l'épaisseur était de 3 km au centre) atteint le bassin de Londres et la plaine germano-polonaise. Les glaciers alpins poussent des langues terminales en larges glaciers de piémont jusqu'à Sisteron, la Dombes et le Jura. La toundra est au cœur de l'Europe.

Le quaternaire, qui s'étend de 2,6 millions d'années au présent, est, de manière paradoxale, une des périodes les plus froides de l'histoire de la Terre. Il se caractérise par une succession très régulière de longues périodes glaciaires (environ 70 000 ans) interrompues par de courtes périodes (10 000 à 40 000 ans) plus chaudes dites interglaciaires (nous vivons dans l'une d'entre elles). Les scientifiques disposent pour les 800 000 dernières années d'une palette de données très complète grâce aux carottes de glace extraites de l'Antarctique (forage Vostok notamment). Le moteur de ces événements climatiques est clairement les changements des paramètres orbitaux (variations de l'excentricité de l'orbite et de l'obliquité de l'axe de rotation de la Terre). Ceux-ci s'accompagnent d'une diminution du taux de CO₂ qui atteint 100 ppm (passant de 280 ppm à 180 ppm) au cours des cycles du dernier demi-million d'années. A ce jour on ne parvient pas à expliquer complètement le déroulement de ces événements climatiques. La baisse de la température durant les périodes glaciaires touche plus particulièrement les latitudes moyennes et hautes (à l'équateur la température ne diminue que de 1 à 2 °C). La période glaciaire déclenche généralement la formation de deux calottes glaciaires supplémentaires (calottes glaciaires laurentide en Amérique du Nord et fennoscandienne en Europe du Nord). Le niveau des océans peut baisser de 120 mètres durant les périodes glaciaires.

La chronologie des sept dernières glaciations est la suivante :

• jusque −450 000 ans : Interglaciaire de Waal
• jusque −400 000 ans : Glaciation de Günz ou Nébraskien
• jusque −350 000 ans : Interglaciaire de Cromer ou Aftonien
• jusque −320 000 ans : Glaciation de Mindel, ou Elster ou Kansien
• jusque −270 000 ans : Interglaciaire de Holstein ou Yamouthien
• jusque −200 000 ans : Glaciation de Riss, contemporaine du Saalien (Baltique) et de l'Illinoien (Amérique du Nord)
• jusque −125 000 ans : Interglaciaire de Eem ou Sangamonien ou Éémien
• jusque −70 000 ans : Glaciation de Würm, ou Weichsélien ou Wisconsinien
• jusque −11 625 ans AP : Optimum climatique de l'Holocène, parfois désigné comme « le nouveau réchauffement » de l'Holocène

Holocène : l'homme entre en scène (−12 000 ans - présent)

L'holocène, la dernière période interglaciaire dans laquelle nous vivons, débute il y a environ 12 000 ans après la fonte des glaces accumulées durant la glaciation de Würm. Jusque là les hommes était une espèce aux effectifs réduits et dispersés, avec un impact très faible sur la nature. Durant l'holocène l'humanité va se sédentariser, ses effectifs vont commencer à croître rapidement et son impact sur les écosystèmes va être de plus en plus important à travers les défrichages massifs des forêts, le développement de l'élevage et des cultures puis, il y a 200 ans, l'explosion de l'usage des combustibles fossiles corrélée à l'ère industrielle qui s'accompagne d'une envolée de la démographie. Toutefois, jusqu'au début de la révolution industrielle, il semble démontré que malgré les défrichages massifs, les variations du taux du dioxyde de carbone (20 ppm en 10 000 ans) et du méthane présents dans l'atmosphère ne soient pas les conséquences de l'action de l'homme. Jusqu'en 1850, le climat connait par ailleurs quelques fluctuations d'origine naturelle sans impact sur les caractéristiques de l'atmosphère terrestre. Certaines sont bien documentées : Sahara vert entre 9 000 et 4 500 ans avant présent, petit âge glaciaire entre 1300 et 1850. Elles sont essentiellement dues aux changements des paramètres orbitaux (principalement précession des équinoxes) et aux variations de l'activité solaire.

La crise climatique de l'anthropocène : augmentation brutale du taux de CO₂ (~1850-présent)

Évolution du taux de dioxyde de carbone au cours des 1 000 dernières années (graphique du haut) et des 800 000 dernières années (graphique du bas). Le taux de CO₂ a au cours du dernier siècle dépassé un plafond jamais atteint durant cette période (environ 300 ppm) en évoluant de manière exceptionnellement rapide au cours des dernières décennies.

Évolution des différentes sources humaines de dioxyde de carbone depuis 1880 (début de l'accélération de l'ère industrielle).

La concentration en dioxyde de carbone dans l'atmosphère a oscillé entre 180 et 280 ppm au cours des 800 000 années précédant la révolution industrielle. Ces valeurs minimales et maximales correspondant respectivement aux périodes glaciaires et interglaciaires. Depuis le début de la révolution industrielle la concentration en CO₂ dans l’atmosphère augmente régulièrement, principalement en raison de la combustion de grandes quantités de carbone fossile. Elle atteint 430 ppmv en juin 2025. La concentration de CO₂ augmenterait actuellement deux cents fois plus rapidement qu'à la sortie du dernier âge glaciaire il y a 10 000 ans, avec une variation d'environ +3,7 ppmv/an par an contre environ +0,016 ppmv/an (+16 ppbv/an) de moyenne à l'époque^{[réf. souhaitée]}.

Des concentrations supérieures à celle de 2025 ont existé par le passé mais dans des conditions complètement différentes (composition de l'atmosphère, niveau de rayonnement du Soleil, etc.) qui n'ont pas joué de même manière sur la température moyenne de la Terre. Les bouleversements induits à l'époque ne pouvaient toucher l'homme qui n'avait pas encore fait son apparition. Ce qui rend l'évolution actuelle atypique est la vitesse avec laquelle le taux de CO₂ évolue rendant particulièrement difficile l'adaptation des milieux naturels et donc des sociétés humaines. Si les nouvelles conditions vont bénéficier aux terres situer

Réchauffement climatique lié à l'activité humaine

L’U.S. Global Change Research Program, l'Académie nationale des sciences et le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) ont tous conclu indépendamment que le réchauffement du système climatique au cours des dernières décennies est « sans équivoque ». Cette conclusion n'est pas tirée d'une seule source de données, mais repose sur de multiples sources de preuves, notamment trois ensembles de données sur les températures mondiales montrant des tendances au réchauffement presque identiques, ainsi que de nombreux autres indicateurs indépendants du réchauffement climatique (par exemple, l'élévation du niveau de la mer ou la diminution de la glace de mer arctique). La décennie 2011-2020 a été plus chaude de 0,95 à 1,2 °C que la référence préindustrielle (1850-1900). Les températures de surface augmentent d'environ 0,2 °C par décennie, l'année 2020 atteignant une température de 1,2 °C au-dessus de l'ère préindustrielle. Depuis 1950, le nombre de jours et de nuits froids a diminué, et le nombre de jours et de nuits chauds a augmenté.

Le changement climatique en cours est dû principalement aux émissions de gaz à effet de serre engendrées par les activités humaines. Cette attribution fait consensus parmi les scientifiques. Il est caractérisé par une augmentation des températures environ deux fois plus rapide sur les continents qu'au dessus des océans, une augmentation des phénomènes météorologiques extrêmes, une élévation du niveau de la mer, une acidification des océans et a un impact fort sur la biodiversité.

Le réchauffement planétaire a d'abord été évoqué par plusieurs auteurs, puis modélisé par Svante Arrhenius en 1896. L'expression anglaise d'origine, global warming, a été popularisée par le climatologue Wallace Broecker dans la revue Science le 8 août 1975.

Effets du climat sur les espèces

Pour survivre durant une phase glaciaire, les espèces soumises à un froid trop important doivent migrer vers les plaines ou se rapprocher de l'équateur. Elles doivent le faire d'autant plus qu'elles sont sensibles au froid, ou survivre en populations moins nombreuses et parfois moins denses dans des régions refuges moins touchées par le froid.

Une théorie relie l'extinction des dinosaures à une brusque glaciation correspondant à la fin du Crétacé.

Voir aussi

Bibliographie

 : document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

• Gilles Ramstein, Voyage à travers les climats de la Terre, Odile Jacob, 2015, 344 p. (ISBN 978-2-7381-6600-5). 
  Histoire de l'évolution du climat de la Terre depuis sa formation.
• Jean-Claude Duplessis et Gilles Ramstein, Paléoclimatologie, t. I : Trouver, dater et interpréter les indices, EDP Sciences, 2013, 385 p. (ISBN 978-2-7598-0740-6)
• Jean-Claude Duplessis et Gilles Ramstein, Paléoclimatologie, t. II : Enquête sur les climats anciens, EDP Sciences, 2013, 450 p. (ISBN 978-2-7598-0741-3)
• Sylvestre Huet et Gilles Ramstein, Le climat en 100 questions, Éditions Tallandier, 2020, 365 p. (ISBN 979-1-0210-4109-7)
  100 réponses permettant de comprendre l'évolution du climat de la Terre, les démarches en cours à l'échelle mondiale, les risques pour notre société et les principaux enjeux énergétiques et économiques.
• Alain Colain de Verdière, Une introduction à la dynamique des océans et du climat, t. I : Océan, EDP Sciences, 2020, 313 p. (ISBN 978-2-7598-2388-8)
  Rôle de l'océan dans le système climatique de la Terre : description de ses mouvements et des processus à l'oeuvre.
• Alain Colain de Verdière, Une introduction à la dynamique des océans et du climat, t. II : Climat, EDP Sciences, 2020, 601 p. (ISBN 978-2-7598-2390-1). 
  Approche physique du climat : acteurs du climat, processus dans la troposphère, cycle du carbone, effet de serre, forçage radiatif, ....
• [GIEC 2021] (en) GIEC, « Summary for Policymakers », dans Climate Change 2021: The Physical Science Basis, 2021 (lire en ligne). 
• Jean-Baptiste Fressoz, Fabien Locher, « Le Climat fragile de la modernité », La Vie des idées, [lire en ligne].
• Emmanuel Le Roy Ladurie
  • Abrégé d'histoire du climat du Moyen Âge à nos jours, entretiens avec Anouchka Vasak, Fayard, 2007 (ISBN 978-2-21363542-2)
  • Histoire humaine et comparée du climat, Paris, Fayard, 2004, 240 p.
  • Histoire du climat depuis l’an mil, Paris : Flammarion, 1967, 377 p.
• Fabien Locher, « L'Histoire face à la crise climatique », La Vie des idées, [lire en ligne].
• Pierre Alexandre, Le Climat en Europe au Moyen Âge : contribution à l’histoire des variations climatiques de 1000 à 1425, d’après les sources narratives de l’Europe occidentale, Paris : Éditions de l’École des hautes études en sciences sociales, 1987, 827 p.
• Élisabeth Nesme-Ribes, Gérard Thuillier, Histoire solaire et climatique, éd Belin, 2000 (ISBN 2-7011-1966-9)
• Pascal Acot, Histoire du climat, Paris, éditions Perrin, 2003, 309 p. (ISBN 2-262-01903-7).

Articles connexes

• Climatologie | Paléoclimatologie | Climatologie historique | Théorie astronomique des paléoclimats |proxy climatique
• Paradoxe du jeune Soleil faible | Grande Oxydation | Terre boule de neige | Glaciations quaternaires
• Système climatique | Bilan radiatif de la Terre | Variabilité et changements climatiques
• Effet de serre | Forçage radiatif | Cycle du carbone | Cycle de l'eau | Émission de dioxyde de carbone
• Histoire géologique de l'oxygène
• Réchauffement climatique | Enjeux du réchauffement climatique
• Histoire de la Terre | Échelle des temps géologiques