Il y a environ 4,6 milliards d’années, la Terre gagnerait sa première atmosphère, mais c’était une atmosphère complètement différente de l’atmosphère que nous connaissons aujourd’hui. L’atmosphère riche en oxygène d’aujourd’hui que nous connaissons ne s’est formée qu’au Protérozoïque, il y a entre 2 500 et 541 millions d’années, lorsque les bactéries productrices d’oxygène ont tué une grande partie de la vie auparavant florissante de l’Archéen précédent.

Ceci, ainsi que des études d’insectes massifs tels que l’envergure de 75 cm Meganeuropsis permiana les libellules du Permien et les niveaux de température, d’oxygène et de dioxyde de carbone reconstitués via la paléoclimatologie montrent des périodes au cours desquelles l’atmosphère terrestre et le climat qui l’accompagne seraient méconnaissables pour nous, les humains.

L’histoire humaine ne couvre qu’une infime fraction de l’histoire de la Terre pendant sans doute l’une des périodes les plus froides et les moins mouvementées de cette dernière, et pourtant le changement climatique anthropique (d’origine humaine) menace maintenant de changer rapidement cela. Mais attendez, comment savons-nous à quoi ressemblait le climat sur des échelles de temps aussi vastes ? Voyons comment nous avons réussi à reconstituer l’ancien climat de la Terre et ce que ces découvertes signifient pour nos perspectives en tant qu’espèce aujourd’hui.

Bienvenue dans l’Holocène

L’ère géologique actuelle est appelée le Cénozoïque (également connu sous le nom d’âge des mammifères), qui englobe 66 millions d’années, divisées en trois périodes :

  • Paléogène : il y a 66 à 23,03 millions d’années (Mya)
  • Néogène : 23,03 – 2,58 Mya
  • Quaternaire : 2,58 Mya – aujourd’hui

Le Quaternaire forme à peu près la période au cours de laquelle les humains reconnaissables existaient et se compose de deux époques :

  • Pléistocène (2,58 Mya – 11 700 ans)
  • Holocène (11 700 – aujourd’hui)

Certains ont proposé que nous reconnaissions une nouvelle époque géologique appelée Anthropocène (« époque humaine »), qui serait définie comme l’époque à laquelle l’activité humaine a commencé à laisser des traces significatives dans les archives géologiques. Bien que toujours l’objet d’un débat intense, la recherche est en cours pour trouver un soi-disant « pic d’or » dans les archives géologiques qui peut être constitué de radionucléotides, de métaux lourds, de cendres volantes et de découvertes similaires qui seraient révélatrices de l’essor de l’homme activité au début du 20e siècle.

Si l’Anthropocène devient la nouvelle époque actuelle, son début se situerait probablement vers les années 1950. Pourtant, l’Holocène et, dans une certaine mesure, le Pléistocène sont probablement nos meilleurs indicateurs de ce qui compte comme étant le « normal » actuel, en ce qui concerne le climat actuel de la Terre et les températures mondiales, et ce qui serait le résultat de ce que l’on appelle les « forçages ». Ce sont des influences qui forcent la température mondiale à être plus élevée ou plus basse qu’elle ne l’aurait été autrement, allant des éruptions volcaniques, des impacts de météores et de l’activité solaire aux activités humaines.

Reconstructions du forçage volcanique et de l’irradiance solaire totale à partir de proxies. (Source : cinquième rapport d’évaluation du GIEC)

Comme expliqué par les Centres nationaux d’information sur l’environnement (anciennement NCDC) de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), le schéma des forçages au cours des 1 000 dernières années est assez clair. Lorsque l’on compare l’influence de l’activité solaire (par 14C et dixLes isotopes Be dans les carottes de glace et les cernes des arbres) ainsi que celui des éruptions volcaniques (via le sulfate (SO42-) couches) il existe une forte corrélation au sein des simulations, jusqu’au 20e siècle.

C’est encore plus clair quand on regarde la comparaison suivie des températures mondiales basée sur près d’une douzaine d’études publiées :

Une comparaison de 11 différentes reconstructions publiées des changements au cours des 2000 dernières années. (Source avec références, CC BY SA 3.0)

Climat par procuration

Alors que les graphiques précédents montrent à la fois assez évident que l’augmentation de la température mondiale observée au cours du 20e et du 21e siècle actuel n’est pas forcée par une activité solaire accrue ou une influence positive similaire, il est pertinent de mettre cette augmentation spectaculaire dans son contexte en utilisant le record de température géologique de la Terre. depuis 500 millions d’années :

Estimations de la température moyenne mondiale pour les 540 derniers Ma (Auteur : Glen Fergus, CC BY SA 3.0)

Tout comme au cours des mille dernières années, ces températures ont été reconstituées à l’aide d’indicateurs climatiques : des marqueurs géologiques et autres qui ont en quelque sorte enregistré des caractéristiques à partir desquelles des mesures météorologiques (par exemple la température) peuvent être déduites. Chacun de ces proxys a une limite quant à la distance dans le temps qu’ils peuvent nous ramener, soit par la désintégration progressive (radioactive) du marqueur, soit en raison de la quantité de proxy existant (par exemple, l’épaisseur et l’âge d’une calotte glaciaire).

De ces proxys, les carottes de glace sont probablement les plus connues. Ceux-ci peuvent nous ramener à environ 800 000 ans et nous fournir des échantillons d’air d’une période spécifique à partir de bulles d’air piégées. De plus, les impuretés telles que le sable et les cendres peuvent fournir des indices sur les événements atmosphériques – notre propre Jenny List a écrit un article sur la façon dont le plomb provenant des activités de fonte humaine au 13ème siècle a été trouvé dans les glaciers alpins. Cela nous permet de construire des graphiques tels que les suivants à l’aide des carottes de glace de la station Vostok :

Graphique du CO2 (vert), de la température reconstituée (bleu) et de la poussière (rouge) de la carotte de glace Vostok pour les 420 000 dernières années. (Source : Petit et al., 1999)

Ce graphique couvre les 420 000 dernières années, avec CO2 niveaux restant bien en dessous de 300 ppm (parties par million). CO atmosphérique2 les mesures d’aujourd’hui (en juin 2021) sont bien supérieures à 410 ppm. En l’absence d’autres événements de forçage, cela pourrait peut-être expliquer l’augmentation rapide de la température mondiale. CO2 niveaux avec des gaz similaires tels que le méthane (CH4) sont une cause évidente par forçage radiatif. Cet effet est communément appelé « effet de serre ».

Alors que l’atmosphère terrestre sert à conserver la chaleur de cette manière pour maintenir la biosphère et la vie fragile qu’elle contient, en modifiant l’ampleur du forçage radiatif, cela peut entraîner des augmentations ou des baisses spectaculaires des températures mondiales. Cela a vu par exemple le Cambrien (541 Mya – 485,4 Mya) avec du CO atmosphérique2 des niveaux d’environ 4 500 ppm et une température globale de 7 °C supérieure aux températures préindustrielles du 19e siècle.

Un autre maximum de ce type était le maximum thermique paléocène-éocène (PETM) qui a vu une augmentation significative de la température mondiale de 5 à 8 ° C autour de 55,5 Mya. Cela était lié au volcanisme et à des changements importants dans le cycle du carbone de la Terre. À la suite de ces changements, il y a eu des extinctions massives de nombreuses espèces.

De toute évidence, le climat de la Terre a été beaucoup plus chaud et comportait beaucoup plus de CO atmosphérique2 qu’aujourd’hui, alors qu’en est-il exactement des changements d’aujourd’hui et de l’objectif de rester en dessous d’une augmentation de la température mondiale de 3°C ? La réponse ici peut être résumée succinctement en désignant ces extinctions de masse trouvées dans les archives géologiques et la prise de conscience que les humains n’ont évolué qu’au cours des 300 000 dernières années, plus ou moins un millénaire.

Destruction de l’habitat

L’une des caractéristiques de l’évolution est qu’une espèce évolue pour s’adapter à un certain environnement. À mesure que le climat de la Terre change entre les extrêmes, certaines espèces découvriront qu’elles sont mal équipées pour gérer ces changements. Cela peut impliquer une baisse ou une augmentation des températures, une modification des niveaux d’oxygène (ce qui a probablement conduit Ménéneura libellules à l’extinction) et la destruction de l’habitat par des événements comme la désertification.

Bien que l’on puisse se moquer de la hausse des températures et considérer les technologies étonnantes dont nous disposons telles que la climatisation, il ne faut pas oublier qu’une température corporelle de 40 °C (104 °F) est considérée comme une urgence médicale et que la thermorégulation humaine peut déjà échouer lorsqu’il est exposé à une température de bulbe humide de 35 °C (95 °F) pendant 6 heures, entraînant un cas mortel d’hyperthermie.

Steven C. Sherwood et al. ont découvert qu’en raison du stress thermique, de nombreuses parties de la surface de la Terre peuvent devenir inhabitables et même mortelles pour les humains en raison de ce stress thermique. Avec les humains, d’autres animaux seraient également exposés à ces températures, ainsi que toute la vie végétale. Bien que nous puissions nous installer dans des pièces et des véhicules climatisés, nous ne pouvons pas faire de même avec le bétail, les cultures et des écosystèmes entiers. Finalement, après seulement quelques centaines d’années, cela pourrait provoquer le pire événement d’extinction depuis le PETM.

Fin de l’anthropocène

On peut se demander quelle pourrait être la pointe dorée qui indiquerait la fin de l’Anthropocène (cette « époque humaine » vivement débattue mentionnée plus haut) et le début d’une nouvelle époque. Le point de vue pessimiste est que l’humanité n’est peut-être pas là pour assister à ce changement, et donc que cela n’a peut-être pas d’importance. Pour le point de vue optimiste, il y a l’idée que cela pourrait être le point où l’humanité a trouvé un moyen d’éviter de créer des forçages qui finiront par détruire l’habitat et le climat sur lesquels elle compte pour survivre.

Ici la réduction de la pollution et surtout le dégagement de gaz comme le CO2 et CH4 dans l’atmosphère est généralement considéré comme le moyen le plus efficace d’éviter le pire des cas, tel que décrit par Steven C. Sherwood et al. Pourtant, cette approche s’avère également extrêmement difficile, comme en témoigne l’utilisation continue par l’humanité de combustibles fossiles, considérés comme la principale source de ces gaz à base de carbone :

Il est clair que l’écrasante majorité de l’énergie qui alimente les sociétés humaines aujourd’hui provient de sources de combustibles fossiles, après que celles-ci ont pris le relais de la biomasse traditionnelle (c’est-à-dire la combustion du bois et similaire). Chacune de ces sources a son propre « budget carbone », comme nous pouvons le voir lorsque nous examinons les émissions de carbone à vie de ces sources lorsqu’elles sont utilisées dans la production d’électricité :

Si l’on souhaite réduire rapidement la quantité de CO2 et CH4 dans l’atmosphère, nous devrions utiliser davantage les sources du côté droit, et aucune des sources du côté gauche. Autant nous, en tant qu’espèce, détestons l’admettre, à ce moment-là, situé à la limite des archives climatiques géologiques, l’humanité est le principal facteur de forçage du climat de la Terre.

Bien que le changement climatique soit une propriété assez unique depuis que les bactéries protérozoïques ont anéanti une grande partie de la vie sur Terre grâce à la production d’oxygène toxique, cela s’accompagne également d’une certaine responsabilité. Nous avons ici une excellente occasion de prouver l’idée que les humains sont en fait le summum de la vie intelligente.