Glaciation

Pour les articles homonymes, voir Âge de glace (homonymie).

Représentation artistique de l'englacement lors du Dernier Maximum Glaciaire (DMG) selon Ice age terrestrial carbon changes revisited de Thomas J. Crowley^[1].

Une glaciation (ou englaciation) est une période glaciaire, c'est-à-dire à la fois une phase paléoclimatique froide et une période géologique de la Terre durant laquelle une part importante des continents est englacée.

Historique de la connaissance des glaciations

Les glaciations ont d'abord été mises en évidence grâce à leurs traces morphologiques (moraines, blocs erratiques) dans les vallées alpines à la fin du XIX^e siècle.

Depuis les années 1950, l'étude des rapports entre les différents isotopes de l'oxygène dans les sédiments prélevés par carottage au fond des océans a confirmé et précisé l'existence de nombreuses fluctuations climatiques plus ou moins cycliques (cf. Stades isotopiques marins et Chronologie isotopique).

Cycles Glaciaires-Interglaciaires du Pléistocène illustrés par les variations du carbone atmosphérique mesurées dans les carottages glaciaires (subdivisions nord-américaines et européennes et tentative de corrélations)

Les origines d'un englacement

Les causes des glaciations ont été l'objet de nombreux débats, depuis que le phénomène a été clairement identifié au XIX^e siècle. Les théories modernes retiennent souvent une relation avec les oscillations périodiques de l'orbite de la Terre (cf. les paramètres de Milanković, paramètres astronomiques), associées à des variations hypothétiques et périodiques dans le rayonnement solaire ou les effets d'un déplacement d'importantes masses continentales vers les régions polaires (paramètres tectoniques).

Variations des températures et du volume des glaces durant les derniers cycles glaciaires et interglaciaires

Minimum (Interglaciaire, en noir) et maximum (Glaciaire, en gris) de la glaciation de l'hémisphère Nord

Minimum (Interglaciaire, en noir) et maximum (Glaciaire, en gris) de la glaciation de l'hémisphère Sud

Les conséquences d'une glaciation

Lors d'une période glaciaire, les phénomènes suivants se produisent suite au refroidissement climatique :

• formation d'inlandsis : Ils s'installent progressivement sur les régions continentales des hautes latitudes, avec une épaisseur maximale de l'ordre de 3 km, et fluent vers leurs marges, détruisant les habitats naturels en place, et arasant une partie des reliefs ;
• baisse du niveau de la mer (glacio-eustasie) : le stockage de glace sur les continents provoque la baisse du niveau des océans (de l'ordre de 120 m lors de la dernière période glaciaire) et provoque l'émersion d'une partie des plateaux continentaux ;
• contraction océanique ;
• mouvements tectoniques verticaux (glacio-isostasie) : sous le poids de la glace, des mouvements tectoniques verticaux affectent les régions englacées et leur marges (enfoncement lors de la glaciation, soulèvement ou rebond isostasique lors de la déglaciation) ;
• modification de la circulation océanique mondiale  : Elle est alors complètement transformée (avec des influences réciproques, complexes et méconnues dans le détail, sur le climat).
• Conséquences écologiques et génétiques : En phase de glaciaire, pour survivre, les espèces soumises à un froid trop important pour elles, doivent descendre vers les plaines et/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 touchés par le froid.

Lors des 3 dernières glaciations, il ne semble pas y avoir eu beaucoup de disparition globale d'espèces sur la planète, mais pour les espèces à faible capacité de dispersion, le froid a eu pour conséquence l'extinction locale de nombreuses populations au sein de métapopulations alors existantes, avec comme corolaire une réduction de la diversité génétique dans certains groupes^[2]; ces effets "négatifs" pour la biodiversité peuvent avoir été atténués par l'exondation des plateaux continentaux permis par la baisse des niveaux marins. Il y a ainsi eu de nouveaux espaces, qui ont reconnecté des habitats quasiment disjoints (hors mis pour le oiseaux et mammifères marins et quelque espèces) lors des phases interglaciaires (par exemple l'actuelle France était reconnectée à l'actuel Royaume Uni durant les 3 dernières glaciations, permettant aux grands mammifères (mammouths notamment) de passer d'une zone à l'autre en traversant l'actuel plancher de la Manche et du détroit du Pas-de-Calais. Les conséquences génétiques des oscillations climatiques, et des glaciations en particulier sont importantes^{[3],[4],[5],[6]}.

Les traces de glaciations anciennes

La Terre conserve les traces de glaciations anciennes. La glaciation Varanger, il y a 750 millions d'années, par exemple, fut particulièrement importante. La glace semble avoir couvert à cette époque presque toute la planète, jusqu'à l'équateur. Nous connaissons également des traces de glaciations au cours de :

• l'Huronien (de -2 400 Ma à -2 100 Ma)
• le Cryogénien (de -950 Ma à -570 Ma)
• l'Andéen-saharien, à l'Ordovicien (de -450 Ma à -420 Ma)
• la jonction Carbonifère - Permien (de -360 Ma à -260 Ma)

Les traces des paysages glaciaires et périglaciaires du Quaternaire

Les glaciations du Quaternaire^[7] ont produit des inlandsis, des calottes glaciaires et le développement de langues glaciaires qui ont couvert et marqué de nombreuses montagnes, y compris en zone intertropicale et des espaces aujourd'hui submergés par la remontée de la mer (plateau continental) qui a suivi la déglaciation.

Les épaisses glaces ont raboté certains reliefs ou entamé le sol d'une manière spécifique. Leur fonte a ensuite libéré une énorme quantité d'eau ; cette double action, associé à des phénomènes de cryoturbation, de solifluxion (gélifluxion)… a laissé de nombreuses traces encore visibles dans les régions anciennement englacées.

Certains modelés d'accumulation et d'érosion en sont notamment caractéristiques. Les ôs, drumlins et chenaux proglaciaires marquent ainsi encore de nombreux reliefs glaciaire et périglaciaire des Alpes, des Pyrénées, des Vosges, du Massif central et de l'Alaska, du Spitzberg, de l'Islande, etc.

Les formes et formations glaciaires

Les quaternaristes^[8] observent et étudient :

• des vallées, des cirques et des moraines. Dans les vallées, en particulier, il est possible de connaître l'altitude atteinte par la glace lors des glaciations en utilisant certaines formes héritées de celles-ci - les sites témoins^[9] - tels les épaulements que présentent parfois les arêtes descendues des sommets latéraux en direction du talweg des vallées.

• 

  Epaulement sur une arête descendant sur Gresse-en-Vercors

• des formations issues de la glace prise dans des sédiments fins dites hydrolaccolites qui regroupent les pingos, palses et lithalses dont les reliques sont des laquets.
• des formations dites kettles, des drumlins, des pipkrates, des laquets, des « fers à repasser » et des dreikanters.
• d'épais dépôts de lœss et de limons, accumulés sur de vastes surfaces en Amérique du Nord, sur les plateaux et les plaines d'Europe moyenne et en Chine septentrionale et, dans l'hémisphère Sud, en Argentine (Pampa). Transportés par le vent, les lœss finissent par former une couverture plus ou moins épaisse (jusqu'à 200 m en Chine^[10]), rendant fertile ces régions mais en posant des problèmes de stabilité (sols très vulnérables à l'érosion). Par exemple, la région des Börde (en Allemagne) ou celle de Shanxi (vallée du Huang He en Chine) sont tapissées de lœss.

Certains paysages actuels : formations végétales, lacs, etc. sont des héritages directs de ces épisodes climatiques :

• des landes^{[citation nécessaire]} d'origine glaciaire : par exemple, la plaine de la Geest (Allemagne) et la plaine polonaise sont concernées par les dépôts morainiques du Quaternaire avec de nombreuses landes (Lande de Lunebourg) ou de collines (Mazurie polonaise) encadrant des fleuves qui coulent vers le nord ;
• des paysages de marais et de tourbières (marais de Polésie en Ukraine)
• des lacs (Lac Ladoga, Lac Onega en Russie ; Grands Lacs en Amérique du Nord.

Les méthodes de reconnaissance des glaciations

Chronologie isotopique

La présence de l'isotope 18 de l'oxygène (¹⁸O) est moins importante dans les eaux océaniques proches des pôles que dans celles proches de l'équateur. Ceci est dû au fait que cet isotope est plus lourd que l'isotope ¹⁶O ; en conséquence, il s'évapore plus difficilement et se condense plutôt facilement, ce qui empêche une migration importante vers les pôles.

Si on analyse un échantillon de glace ancienne, moins il y a d'isotope ¹⁸O, plus il faisait froid au moment de la formation de la glace. Au contraire, dans une carotte provenant des tropiques (sédiments issus de foraminifères benthiques), une augmentation de l'isotope ¹⁸O signe un refroidissement global (diminution de la température marine et accumulation de glace aux pôles)^[11].

Les sédiments des fonds océaniques et les glaces accumulées aux pôles ou au Groenland ont gardé en mémoire les variations des concentrations des isotopes de l'oxygène au cours du temps. Par exemple, la glace formée il y a 10 000 ans permet de connaître la concentration en isotope ¹⁸O de l'atmosphère de cette époque. Selon la concentration, on peut donc reconstituer les fluctuations des températures globales au cours du temps sur de longues périodes et définir ainsi les stades isotopiques de l'oxygène.

Calotte glaciaire du Vatnajökull, Islande (image de Hubble, NASA, 2004)

Des cycles glaciaires récents

Les limites des dernières glaciations en Europe Nord centrale (en rouge : le maximum du Weichsel, en jaune de la glaciation du Saale (Drenthe stage); en bleu : la glaciation de Elster.

La fin du Cénozoïque est marquée par le retour de glaciations dites quaternaires, d'environ -2,7 millions d'années à aujourd'hui.

Les glaciations quaternaires correspondent à la mise en place d'un climat qui se refroidit et au retour cyclique de périodes froides (dites Glaciaires) et tempérées (Interglaciaires). Il y a environ 10 000 ans, a débuté l'Interglaciaire actuel et qui correspond à l'Holocène.

Le Pléistocène supérieur correspond au dernier cycle Interglaciaire/Glaciaire (d'environ 120 000 à 10 000 ans).

Différentes chronologies

La chronologie des cycles glaciaires répond aux règles stratigraphiques et à la définition de stratotypes, utilisables dans la région où ils ont été définis. La chronologie alpine, si elle a le mérite d'être la première établie, est fondée sur les traces morphologiques laissées par les moraines (Cf. travaux au XIX^e siècle de Penck & Bruckner). Les glaciations les plus puissantes sont mieux enregistrées ou les plus récentes  : la poussée du glacier détruisant à chaque cycle les traces les plus anciennes. Ainsi seulement quatre grands cycles avaient initialement été reconnus. Les corrélations entre enregistrements sont parfois délicates.

Période plus anciennes du Pléistocène

La dernière glaciation

Étendue des calottes et inlandsis de l'hémisphère Nord lors du Dernier Maximum Glaciaire (le trait de côte ne correspond pas au niveau des mers d'il y a 22-18000 ans, 120 m plus bas en moyenne)

Le dernier Glaciaire (environ 120 000 à 10 000 ans) est nommé glaciation de Würm dans les Alpes, Weichsel en Europe du Nord et Wisconsin en Amérique du Nord.

Les principaux inlandsis se situaient :

• sur le bouclier canadien et les Rocheuses (voir l'article Glaciation du Wisconsin) ;
• dans les Andes au niveau de la Bolivie et de la Patagonie ;
• en Islande ;
• sur les îles Britanniques, l'Europe du Nord, le nord de la Russie et de la Sibérie ;
• dans l'Altaï ;
• dans les Monts de Verkhoïansk ;
• dans l'Himalaya, l'Hindū-Kūsh, les monts Tian Shan et Kunlun.

Ces régions en conservent les traces géomorphologiques.

Le Petit Âge Glaciaire

La Tamise gelée en 1677

Paysage hivernal, Pieter Bruegel l'Ancien, 1595

Chasseurs dans la neige, Pieter Brueghel l'Ancien, 1565 (Kunsthistorisches Museum, Vienne)

Le Petit Âge Glaciaire correspond non pas à une glaciation à proprement dit mais d'une fluctuation climatique froide à l'intérieur de l'Interglaciaire Holocène, d'autant mieux mis en évidence qu'il est récent. L'hémisphère Nord a connu un net refroidissement, entamé dans la seconde moitié du XIV^e siècle — avec un minimum thermique au XVII^e siècle — qui a persisté jusqu'au début du XIX^e siècle. Appelée « petite glaciation » ou « Petit Âge Glaciaire (PAG)», il s'agit d'une période centrée sur le « minimum de Maunder » (1645-1715 proprement dit), qui semble correspondre à une faible activité solaire (ses taches étaient d'ailleurs peu visibles). Elle fut marquée par une série d'hivers particulièrement rigoureux, accompagnés de disettes et de famines^[12].

Fluctuations de l'activité solaire sur un millénaire

Les conséquences de cet épisode froid ne sont pas négligeables, le climat en Islande et au Groenland était relativement doux pendant les trois cents premières années qui suivirent la colonisation viking. Il s'est ensuite fortement refroidi, y interdisant l'agriculture et y faisant disparaître les forêts.

La littérature et la peinture illustrant les glaciations

Les romans préhistoriques font souvent état des paysages englacés comme ceux de l'auteure américaine Jean Auel dans la série du Clan de l'Ours de la caverne. B. du Boucheron a proposé dans Court-Serpent, une très intéressante fresque des conséquences du Petit Age Glaciaire pour les dernières populations vikings du sud du Groenland.

Voir aussi

Articles connexes

• Quaternaire
• Dryas récent
• Changement climatique
• Paléoclimat
• Wurm
• Riss
• Théorie astronomique des paléoclimats

Références

Bibliographie

• Kearney, M. (2005) Hybridization, glaciation and geographical parthenogenesis. Trends Ecol. Evol. 20: 495-502

Liens externes

• Le minimum de Maunder sur le site de l'observatoire de Nice
• Les glaciations quaternaires
• [1]Les glaciations anciennes des Alpes - Journées Glaciologie Nivologie de la Société Hydrotechnique de France _ 31 mars 2010
• [2]méthode de détermination de l'altitude des anciens glaciers par utilisation de sites témoins
• Le Dryas
• Les glaciations antérieures à l'ère quaternaire
• EPFL : Partie 1 - Le réchauffement climatique
• EPFL : Partie 2 - Le Soleil, moteur des mécanismes climatiques
• EPFL : Partie 3 - L'eau, régulateur des mécanismes climatiques

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