Nos vies tournent littéralement autour de cycles: des séries d’événements qui se répètent régulièrement dans le même ordre. Il existe des centaines de types de cycles différents dans notre monde et dans l’univers. Certains sont naturels, comme le changement des saisons, les migrations animales annuelles ou les rythmes circadiens qui régissent nos habitudes de sommeil., D’autres sont produits par l’homme, comme la culture et la récolte, les rythmes musicaux ou les cycles économiques.
Les cycles jouent également un rôle clé dans les conditions météorologiques à court terme et le climat à long terme de la Terre. Il y a un siècle, le scientifique serbe Milutin Milankovitch a émis l’hypothèse que les effets collectifs à long terme des changements de position de la Terre par rapport au Soleil sont un puissant moteur du climat à long terme de la Terre et sont responsables du déclenchement du début et de la fin des périodes de glaciation (périodes glaciaires).,
Plus précisément, il a examiné comment les variations de trois types de mouvements orbitaux de la Terre affectent la quantité de rayonnement solaire (appelée insolation) atteignant le sommet de l’atmosphère terrestre ainsi que l’endroit où l’insolation atteint. Ces mouvements orbitaux cycliques, connus sous le nom de cycles de Milankovitch, provoquent des variations allant jusqu’à 25% de la quantité d’insolation entrante aux latitudes moyennes de la Terre (les zones de notre planète situées entre environ 30 et 60 degrés au nord et au sud de l’équateur).,
Les cycles de Milankovitch comprennent:
- La forme de l’orbite terrestre, connue sous le nom d’excentricité;
- L’angle de l’axe de la Terre est incliné par rapport au plan orbital de la Terre, connu sous le nom d’obliquité; et
- La direction de l’axe de rotation de la Terre est
Jetons un coup d’œil à chacun (pour en savoir plus sur les raisons pour lesquelles les cycles de Milankovitch ne peuvent pas expliquer le réchauffement actuel de la Terre ici).,
l’Excentricité de la Terre pèlerinage annuel autour du Soleil n’est pas parfaitement circulaire, mais il est assez proche. Au fil du temps, l’attraction de la gravité des deux plus grandes planètes géantes gazeuses de notre système solaire, Jupiter et Saturne, fait que la forme de l’orbite terrestre varie de presque circulaire à légèrement elliptique. L’excentricité mesure à quel point la forme de l’orbite terrestre s’écarte d’un cercle parfait., Ces variations affectent la distance entre la Terre et le Soleil.
L’excentricité est la raison pour laquelle nos saisons sont légèrement différentes, avec des étés dans l’hémisphère Nord actuellement environ 4,5 jours de plus que les hivers, et des printemps environ trois jours de plus que les automnes. À mesure que l’excentricité diminue, la durée de nos saisons s’égalise progressivement.,
La différence de distance entre l’approche la plus proche de la Terre au Soleil (connue sous le nom de périhélie), qui se produit le ou vers le 3 janvier de chaque année, et son départ le plus éloigné du Soleil (connu sous le nom d’aphelion) le ou vers le 4 juillet, est actuellement d’environ 5,1 millions Cela signifie que chaque janvier, environ 6.8 pour cent plus de rayonnement solaire entrant atteint la Terre qu’il ne le fait chaque juillet.,
Lorsque l’orbite de la Terre est la plus elliptique, environ 23% plus de rayonnement solaire entrant atteint la Terre à l’approche la plus proche du Soleil de notre planète chaque année qu’à son départ le plus éloigné du Soleil. Actuellement, l’excentricité de la Terre est proche de sa moins elliptique (la plus circulaire) et diminue très lentement, dans un cycle qui s’étend sur environ 100 000 ans.
La variation totale de l’insolation annuelle globale due au cycle d’excentricité est très faible. Parce que les variations de l’excentricité de la Terre sont assez faibles, elles sont un facteur relativement mineur dans les variations climatiques saisonnières annuelles.,
Obliquité – L’angle de la Terre de l’axe de rotation est incliné comme il se déplace autour du Soleil est connu comme l’obliquité. L’obliquité est la raison pour laquelle la Terre a des saisons. Au cours des derniers millions d’années, il a varié entre 22,1 et 24,5 degrés perpendiculaires au plan orbital de la Terre., Plus l’angle d’inclinaison axiale de la Terre est grand, plus nos saisons sont extrêmes, car chaque hémisphère reçoit plus de rayonnement solaire pendant son été, lorsque l’hémisphère est incliné vers le Soleil, et moins pendant l’hiver, lorsqu’il est incliné. Les angles d’inclinaison plus importants favorisent les périodes de déglaciation (fonte et retrait des glaciers et des calottes glaciaires). Ces effets ne sont pas uniformes à l’échelle mondiale — les latitudes plus élevées reçoivent un changement plus important du rayonnement solaire total que les zones plus proches de l’équateur.
L’axe de la Terre est actuellement incliné 23.,4 degrés, ou à peu près à mi-chemin entre ses extrêmes, et cet angle diminue très lentement dans un cycle qui s’étend sur environ 41 000 ans. Il a atteint son inclinaison maximale il y a environ 10 700 ans et atteindra son inclinaison minimale dans environ 9 800 ans. À mesure que l’obliquité diminue, elle contribue progressivement à rendre nos saisons plus douces, ce qui entraîne des hivers de plus en plus chauds et des étés plus frais qui permettent progressivement, au fil du temps, à la neige et à la glace aux hautes latitudes de s’accumuler dans de grandes calottes glaciaires. À mesure que la couverture de glace augmente, elle reflète davantage l’énergie du Soleil dans l’espace, ce qui favorise encore plus le refroidissement.,
Précession – Comme la Terre tourne, elle vacille légèrement sur son axe, comme un peu hors du centre de la filature de jouets haut. Cette oscillation est due aux forces de marée causées par les influences gravitationnelles du Soleil et de la Lune qui provoquent un renflement de la Terre à l’équateur, affectant sa rotation. La tendance dans la direction de cette oscillation par rapport aux positions fixes des étoiles est connue sous le nom de précession axiale., Le cycle de précession axiale s’étend sur environ 25 771,5 ans.
La précession axiale rend les contrastes saisonniers plus extrêmes dans un hémisphère et moins extrêmes dans l’autre. Actuellement, le périhélie se produit en hiver dans l’hémisphère Nord et en été dans l’hémisphère Sud. Cela rend les étés de l’hémisphère Sud plus chauds et modère les variations saisonnières de l’hémisphère Nord., Mais dans environ 13 000 ans, la précession axiale fera basculer ces conditions, l’hémisphère Nord voyant plus d’extrêmes dans le rayonnement solaire et l’hémisphère Sud connaissant des variations saisonnières plus modérées.
La précession axiale modifie également progressivement le calendrier des saisons, les faisant commencer plus tôt au fil du temps, et modifie progressivement l’axe de la Terre au Pôle Nord (l’étoile Polaire). Aujourd’hui, les étoiles du Nord de la Terre sont Polaris et Polaris Australis, mais il y a quelques milliers d’années, elles étaient Kochab et Pherkad.
Il y a aussi une précession apsidale., Non seulement l’axe de la Terre vacille, mais l’ellipse orbitale entière de la Terre vacille également de manière irrégulière, principalement en raison de ses interactions avec Jupiter et Saturne. Le cycle de précession apsidale s’étend sur environ 112 000 ans. La précession apsidale modifie l’orientation de l’orbite terrestre par rapport au plan elliptique.
Les effets combinés de la précession axiale et apsidale entraînent un cycle de précession global couvrant environ 23 000 ans en moyenne.,
Une machine à remonter le temps climatique
Les petits changements mis en mouvement par les cycles de Milankovitch opèrent séparément et ensemble pour influencer le climat de la Terre sur de très longues périodes, conduisant à des changements plus importants de notre climat sur des dizaines de milliers à des centaines de milliers d’années. Milankovitch a combiné les cycles pour créer un modèle mathématique complet pour calculer les différences de rayonnement solaire à différentes latitudes terrestres ainsi que les températures de surface correspondantes., Le modèle est un peu comme une machine à remonter le temps climatique: il peut être exécuté en arrière et en avant pour examiner les conditions climatiques passées et futures.
Milankovitch a supposé que les changements de rayonnement à certaines latitudes et à certaines saisons sont plus importants que d’autres pour la croissance et le retrait des calottes glaciaires. En outre, il était convaincu que l’obliquité était le plus important des trois cycles pour le climat, car il affecte la quantité d’insolation dans les régions de haute latitude nord de la Terre pendant l’été (le rôle relatif de la précession par rapport à l’obliquité est encore une question d’étude scientifique).,
Il a calculé que les âges glaciaires se produisent environ tous les 41 000 ans. Des recherches ultérieures confirment qu’ils se sont produits à des intervalles de 41 000 ans entre un et trois millions d’années. Mais il y a environ 800 000 ans, le cycle des âges glaciaires s’est allongé à 100 000 ans, correspondant au cycle d’excentricité de la Terre. Alors que diverses théories ont été proposées pour expliquer cette transition, les scientifiques n’ont pas encore de réponse claire.
Le travail de Milankovitch a été soutenu par d’autres chercheurs de son temps, et il est l’auteur de nombreuses publications sur son hypothèse., Mais ce n’est qu’environ 10 ans après sa mort en 1958 que la communauté scientifique mondiale a commencé à prendre sérieusement connaissance de sa théorie. En 1976, une étude publiée dans la revue Science par Hays et al. l’utilisation de carottes de sédiments en haute mer a révélé que les cycles de Milankovitch correspondent à des périodes de changement climatique majeur au cours des 450 000 dernières années, les périodes glaciaires se produisant lorsque la Terre subissait différents stades de variation orbitale.,
Plusieurs autres projets et études ont également confirmé la validité des travaux de Milankovitch, y compris des recherches utilisant des données provenant de carottes de glace au Groenland et en Antarctique qui ont fourni des preuves solides de cycles de Milankovitch remontant à plusieurs centaines de milliers d’années. En outre, son travail a été adopté par le National Research Council de l’Académie nationale des sciences des États-Unis.
Des recherches scientifiques visant à mieux comprendre les mécanismes qui provoquent des changements dans la rotation de la Terre et comment les cycles de Milankovitch se combinent spécifiquement pour affecter le climat sont en cours., Mais la théorie selon laquelle ils déterminent le moment des cycles glaciaires-interglaciaires est bien acceptée.