Le paradoxe du climat de l’Ordovicien résolu par modélisation numérique

Contemporaine de la première extinction de masse du Phanérozoïque (542 derniers millions d’années), la glaciation ordovicienne (~ 445 Ma 1 ) a marqué l’histoire de notre planète. Si de nombreux indices indirects suggèrent la présence de glaces sur les continents dès l’Ordovicien Moyen Darriwilien (~ 470 Ma), expliquer la croissance d’une calotte glaciaire reste problématique car, à cette époque, les températures océaniques tropicales semblaient dépasser les 30°C. En utilisant un modèle numérique de climat prenant en compte les rétroactions entre l’atmosphère, l’océan et les glaces continentales, une équipe de chercheurs européens, dont des chercheurs du LSCE (CEA-CNRS-UVSQ-Paris Saclay, IPSL) et de l’IPGP (CNRS, Paris Diderot, USPC), a proposé la première simulation de la mise en place de la glaciation cohérente avec les données géologiques. Ils suggèrent qu’une première calotte glaciaire aurait pu croître sous un climat relativement chaud dès l’Ordovicien Moyen (Darriwilien), sans nécessairement laisser de trace visible dans le registre isotopique, avant de s’étendre jusqu’aux tropiques au cours du refroidissement climatique de l’Ordovicien terminal (Hirnantien). Ces résultats viennent d’être publiés en ligne dans la revue Paleoceanography.

A l’aide d’une technique innovante de couplage entre des modèles de climat et un modèle de calotte de glace, l’équipe de recherche a étudié la réponse du système-Terre ordovicien à une décroissance de la concentration atmosphérique de CO 2 , (pCO 2 ) représentative du refroidissement à long-terme récemment mis en évidence durant l’Ordovicien, et culminant au cours de l’Hirnantien. Le protocole expérimental prend en compte la rétroaction de la calotte sur le climat global. Il considère les variations de l’orbite terrestre ainsi que la configuration continentale bien particulière de l’Ordovicien, caractérisée par une quasi-absence de masses continentales dans l’Hémisphère Nord.







Les résultats de l’étude suggèrent que, forcée par une chute de la pCO 2 , la croissance de la calotte glaciaire a lieu en deux temps. Une calotte glaciaire de grande extension s’étend tout d’abord jusqu’aux moyennes latitudes, sous un climat relativement chaud (~ 20°C) associé à une pCO 2 égale à 12 fois le niveau préindustriel (12 PAL). Le front glaciaire se stabilise alors entre 12 PAL et 8 PAL, du fait d’un très fort gradient latitudinal d’ablation aux moyennes latitudes. Lorsque la pCO 2 est réduite à 3 PAL, une instabilité climatique est franchie, induisant l’extension soudaine de la banquise aux moyennes latitudes, une chute des températures globales de 14°C et l’avancée des glaces continentales aux latitudes tropicales. Les auteurs de l’étude expliquent que ce refroidissement climatique majeur est dû à une dynamique océanique très particulière associée à la paléogéographie de l’Ordovicien, permettant l’avancée soudaine de la banquise du pôle jusqu’aux moyennes latitudes.

Les résultats de l’étude suggèrent que, forcée par une chute de la pCO 2 , la croissance de la calotte glaciaire a lieu en deux temps. Une calotte glaciaire de grande extension s’étend tout d’abord jusqu’aux moyennes latitudes, sous un climat relativement chaud (~ 20°C) associé à une pCO 2 égale à 12 fois le niveau préindustriel (12 PAL 2 ). Le front glaciaire se stabilise alors entre 12 PAL et 8 PAL, du fait d’un très fort gradient latitudinal d’ablation aux moyennes latitudes. Lorsque la pCO 2 est réduite à 3 PAL, une instabilité climatique est franchie, induisant l’extension soudaine de la banquise aux moyennes latitudes, une chute des températures globales de 14°C et l’avancée des glaces continentales aux latitudes tropicales. Les auteurs de l’étude expliquent que ce refroidissement climatique majeur est dû à une dynamique océanique très particulière associée à la paléogéographie de l’Ordovicien, permettant l’avancée soudaine de la banquise du pôle jusqu’aux moyennes latitudes.



La comparaison des simulations numériques avec d’abondantes données sédimentologiques, géochimiques et micropaléontologiques, indique que la première étape de la croissance de la calotte aurait eu lieu dès l’Ordovicien moyen Darriwilien, en accord avec les variations du niveau marin documentées à cette époque. Ces résultats indiquent que la présence d’une calotte polaire et les températures océaniques tropicales de surface élevées ne sont pas mutuellement exclusives. La chute modérée des températures océaniques tropicales associée à cette première étape d’englacement (1.3°C) se situe dans la marge d’erreur des analyses isotopiques. La deuxième phase de croissance des glaces, lors de laquelle la calotte atteint les latitudes tropicales, marquerait la mise en place du maximum glaciaire hirnantien. L’étude supporte la vision émergeante d’une glaciation ordovicienne de longue durée, dont l’Hirnantien ne constituerait que le maximum glaciaire.





La comparaison des simulations numériques avec d’abondantes données sédimentologiques, géochimiques et micropaléontologiques, indique que la première étape de la croissance de la calotte aurait eu lieu dès l’Ordovicien moyen Darriwilien, en accord avec les variations du niveau marin documentées à cette époque. Ces résultats indiquent que la présence d’une calotte polaire et les températures océaniques tropicales de surface élevées ne sont pas mutuellement exclusives. La chute modérée des températures océaniques tropicales associée à cette première étape d’englacement (1.3°C) se situe dans la marge d’erreur des analyses isotopiques. La deuxième phase de croissance des glaces, lors de laquelle la calotte atteint les latitudes tropicales, marquerait la mise en place du maximum glaciaire hirnantien. L’étude supporte la vision émergeante d’une glaciation ordovicienne de longue durée, dont l’Hirnantien ne constituerait que le maximum glaciaire.











Notes

Ma : Millions d’années avant l’actuel PAL : Niveau atmosphérique préindustriel de CO 2 ; 1 PAL = 280 ppm





Source

Glacial onset predated Late Ordovician climate cooling,Paleoceanography,

Alexandre Pohl1, Yannick Donnadieu1, Guillaume Le Hir2, Jean-Baptiste Ladant1, Christophe Dumas1, Jorge Alvarez-Solas3, Thijs R. A. Vandenbroucke4,5



1 - LSCE – Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, LSCE/IPSL, CEA-CNRS- UVSQ , Université Paris-Saclay,

2 - IPGP – Institut de Physique du Globe de Paris, Université Paris7-Denis Diderot,

3 - Departamento Astrofísica y Ciencias de la Atmósfera, Universidad Complutense de Madrid,

4 - Department of Geology, Ghent University, Krijgslaan 281/S8, 9000 Ghent, Belgium.

5 - Evo-Eco-Paléo UMR 8198, Université de Lille, Avenue Paul Langevin, bâtiment SN5, 59655 Villeneuve d’Ascq Cedex, France.









Contacts

Alexandre POHL , LSCE/IPSL, Tél. : 01 69 08 50 96

Yannick DONNADIEU , LSCE/IPSL, 06 09 25 83 75

Guillaume LE HIR , IPGP , 01 83 95 74 97





Source : INSU