“paleoclimatique_t2” — 2013/10/24 — 11:38 — page 82 — #105
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Paléoclimatologie
Maintenir une température adaptée au développement des premiers organismes vivants sur Terre n’est pas évident dans un contexte de « Soleil
jeune ». En effet, le rayonnement émis par notre étoile augmente progressivement à l’échelle des temps géologiques en vieillissant. Ainsi, le flux solaire
incident était 30 % plus faible qu’aujourd’hui, il y a 4 Ga et 20 % plus faible,
il y a 3 Ga. Dans de telles conditions d’ensoleillement, maintenir une température positive à la surface du globe avant 3 Ga est impossible sans faire
appel à un puissant effet de serre. À l’aide d’un modèle climatique, il a été
montré qu’une pression partielle de 6 bars de CO 2 (dans une atmosphère dépourvue de méthane et avec une constante solaire fixée à 77 % de sa valeur
actuelle) était nécessaire pour simuler une température de 70
◦ C (température déduite de mesures isotopiques de l’oxygène dans des carbonates) à la
surface du globe à 3,3 Ga (Kasting et Howard, 2006). Pour une température
de 30
◦ C et dans les mêmes conditions d’ensoleillement et de méthane, la
pression partielle de CO 2 n’est plus que de 0,8 bar. On note qu’en y ajoutant
la pression partielle de l’azote (N 2 ), 0,8 bar (inchangée au cours des âges),
la pression atmosphérique à la surface du globe (une quantité proportionnelle à la masse de l’atmosphère) pourrait être jusqu’à 6,8 fois plus élevée
qu’aujourd’hui et l’atmosphère composée à 88 % de CO 2 (dans l’hypothèse
d’une atmosphère constituée très majoritairement de CO 2 et N 2 ) pour une
température de 70
◦ C. La pression atmosphérique n’est plus que 1,6 fois plus
forte qu’aujourd’hui pour une température de 30
◦ C et l’atmosphère n’est
constituée qu’à 50 % de CO 2 .
Tournons-nous vers les données pour voir de quelles contraintes nous disposons. La précipitation de bicarbonate de sodium dans les océans archéens,
autour de 3,3 Ga, plaide en faveur d’une pression partielle de CO 2 située entre
1,4 % et 15 % de la pression atmosphérique de l’époque (Lowe et Tice, 2004),
donc inférieure aux estimations des modèles. Mais la composition chimique de
l’atmosphère précambrienne est l’objet d’un vif débat car une pression partielle élevée de CO 2 , nécessaire pour contrer les effets du « Soleil jeune », pourrait acidifier fortement les précipitations, faisant chuter le pH à environ 3,7,
et conduire à une altération chimique des roches particulièrement intense, ce
qui ne semble pas être le cas pour la période 3,5−3 Ga (Kasting et Howard,
2006). Autre gaz à effet de serre, le méthane connaît un regain d’intérêt depuis
quelques années. Il a longtemps été délaissé en raison d’un temps de résidence
de quelques années dans une atmosphère oxydante. Mais pour une atmosphère
dépourvue d’oxygène ou à des concentrations ténues comme à l’Archéen, ce
temps de résidence peut être beaucoup plus long, il peut donc s’accumuler
dans l’atmosphère et contribuer significativement à l’effet de serre. De plus,
nous connaissons deux producteurs potentiels de méthane à cette époque : les
organismes méthanogéniques et la serpentinisation de roches ultramafiques
du plancher océanique. Reprenons les résultats des travaux de Haqq-Mishra
et al. (2008), avec 1 % de méthane dans l’atmosphère, la pression partielle
de CO 2 requis pour maintenir la Terre à 30
◦ C chute à 10
−3 bar environ. La
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Paléoclimatologie
Maintenir une température adaptée au développement des premiers organismes vivants sur Terre n’est pas évident dans un contexte de « Soleil
jeune ». En effet, le rayonnement émis par notre étoile augmente progressivement à l’échelle des temps géologiques en vieillissant. Ainsi, le flux solaire
incident était 30 % plus faible qu’aujourd’hui, il y a 4 Ga et 20 % plus faible,
il y a 3 Ga. Dans de telles conditions d’ensoleillement, maintenir une température positive à la surface du globe avant 3 Ga est impossible sans faire
appel à un puissant effet de serre. À l’aide d’un modèle climatique, il a été
montré qu’une pression partielle de 6 bars de CO 2 (dans une atmosphère dépourvue de méthane et avec une constante solaire fixée à 77 % de sa valeur
actuelle) était nécessaire pour simuler une température de 70
◦ C (température déduite de mesures isotopiques de l’oxygène dans des carbonates) à la
surface du globe à 3,3 Ga (Kasting et Howard, 2006). Pour une température
de 30
◦ C et dans les mêmes conditions d’ensoleillement et de méthane, la
pression partielle de CO 2 n’est plus que de 0,8 bar. On note qu’en y ajoutant
la pression partielle de l’azote (N 2 ), 0,8 bar (inchangée au cours des âges),
la pression atmosphérique à la surface du globe (une quantité proportionnelle à la masse de l’atmosphère) pourrait être jusqu’à 6,8 fois plus élevée
qu’aujourd’hui et l’atmosphère composée à 88 % de CO 2 (dans l’hypothèse
d’une atmosphère constituée très majoritairement de CO 2 et N 2 ) pour une
température de 70
◦ C. La pression atmosphérique n’est plus que 1,6 fois plus
forte qu’aujourd’hui pour une température de 30
◦ C et l’atmosphère n’est
constituée qu’à 50 % de CO 2 .
Tournons-nous vers les données pour voir de quelles contraintes nous disposons. La précipitation de bicarbonate de sodium dans les océans archéens,
autour de 3,3 Ga, plaide en faveur d’une pression partielle de CO 2 située entre
1,4 % et 15 % de la pression atmosphérique de l’époque (Lowe et Tice, 2004),
donc inférieure aux estimations des modèles. Mais la composition chimique de
l’atmosphère précambrienne est l’objet d’un vif débat car une pression partielle élevée de CO 2 , nécessaire pour contrer les effets du « Soleil jeune », pourrait acidifier fortement les précipitations, faisant chuter le pH à environ 3,7,
et conduire à une altération chimique des roches particulièrement intense, ce
qui ne semble pas être le cas pour la période 3,5−3 Ga (Kasting et Howard,
2006). Autre gaz à effet de serre, le méthane connaît un regain d’intérêt depuis
quelques années. Il a longtemps été délaissé en raison d’un temps de résidence
de quelques années dans une atmosphère oxydante. Mais pour une atmosphère
dépourvue d’oxygène ou à des concentrations ténues comme à l’Archéen, ce
temps de résidence peut être beaucoup plus long, il peut donc s’accumuler
dans l’atmosphère et contribuer significativement à l’effet de serre. De plus,
nous connaissons deux producteurs potentiels de méthane à cette époque : les
organismes méthanogéniques et la serpentinisation de roches ultramafiques
du plancher océanique. Reprenons les résultats des travaux de Haqq-Mishra
et al. (2008), avec 1 % de méthane dans l’atmosphère, la pression partielle
de CO 2 requis pour maintenir la Terre à 30
◦ C chute à 10
−3 bar environ. La