Le Quaternaire est l’époque la plus récente de l’histoire de la terre : les dernières 2,6 millions d’années. Il est caractérisé par l’apparition des Homo Sapiens ainsi que des cycles de période glaciaire/interglaciaire répétées.

Depuis 150 ans, la température globale des sols a augmenté d’environ 1°C. Cette augmentation de température est liée à une modification du cycle biogéochimique du carbone, due aux activités humaines telles que l’utilisation de combustibles fossiles. 

Les émissions de carbone sont en partie, seulement, compensées par des puits de carbone qui captent le CO2 émis, comme les forêts par le processus de photosynthèse. Mais ces puits sont insuffisants et le taux de CO2 atmosphérique augmente actuellement d’environ 4,5 ppm par an. 

L’origine humaine du changement climatique est clairement établie depuis les années 2 000. Les scientifiques ont montré que ce réchauffement climatique est dû à la perturbation du cycle biogéochimique du carbone par le rejet des gaz à effet de serre liés aux activités humaines.

La reconstitution des variations climatiques de - 120 000 ans à - 11 000 ans est basée sur le principe d’actualisme qui postule que dans les processus observés aujourd’hui opèrent de la même façon que dans le passé. 

A partir de ce principe, les scientifiques récoltent des données préhistoriques, géologiques, et paléo-écologiques.

Ainsi, on a pu déterminer qu’à l’échelle du Quaternaire, les données attestent l’existence, sur la période s'étendant entre -120 000 et - 11 000 ans, à la fin du pléistocène et au début de l’Holocène, d’une glaciation, c’est-à-dire d’une période de temps où la baisse planétaire des températures conduit à une vaste extension des calottes glaciaires. 

En effet, l’étude des moraines (données géologiques) (voir activité 2) déposées par les glaciers alpins a permis de reconstituer l’extension des glaciers, principalement dans les Alpes et les Pyrénées au cours de la dernière glaciation il y a 20 000 ans et notamment pendant le dernier maximum glaciaire. Ces données sont elles-mêmes confirmées par l’étude des pollens, témoignant de la présence d’espèces végétales vivant dans des milieux froids.

L’étude des associations de pollens récoltées par carottage au fonds de lacs ou de tourbières (données paléo-écologiques - TP) a permis de montrer que la sortie de la dernière période glaciaire correspond à un réchauffement climatique qui s’est produit à l’Holocène, il y a 11 000 ans

Les témoignages glaciaires (moraines), la mesure des rapports isotopiques de l’oxygène dans les carottes antarctiques et les sédiments font apparaître une alternance de périodes glaciaires et interglaciaires durant les derniers 800 000 ans. 

Les rapports isotopiques montrent des variations cycliques coïncidant avec des variations périodiques des paramètres orbitaux de la Terre. Celles-ci ont modifié la puissance solaire reçue et ont été accompagnées de boucles de rétroactions positives et négatives (albédo lié à l'asymétrie des masses continentales dans les deux hémisphères, solubilité océanique du CO2); elles sont à l’origine des entrées et des sorties de glaciation.

Au cours du Cénozoïque, la teneur en CO2 de l’atmosphère a diminué et le climat s’est refroidi. Ce refroidissement est dû à plusieurs facteurs : 

• le mouvement des blocs continentaux qui a formé les chaînes de montagnes, provoquant une altération et une érosion des roches. Cette altération entraîne le piégeage du CO2.
• le courant chaud a été remplacé par un courant froid, formant des calottes glaciaires, entraînant une augmentation de l’albédo (boucle de rétroaction positive). 

Globalement, à l’échelle du Cénozoïque, et depuis 30 millions d’années, les indices géochimiques des sédiments marins montrent une tendance générale à la baisse de température moyenne du globe.

Celle-ci apparaît associée à une baisse de la concentration atmosphérique du CO2, en relation avec l’altération des matériaux continentaux, notamment à la suite des orogenèses du Tertiaire. 

Equation de l’altération des sédiments : 

2 CaAl2Si2O8 + 4 CO2 + 6 H2O → 2 Ca2+ + 4 HCO3− + Si4O10Al4(OH) 

L’altération de certains minéraux étant consommatrice de CO2, la concentration atmosphérique de CO2 a baissé. 

De plus, la variation de la position des continents a modifié la circulation océanique. 

Au Mésozoïque, pendant le Crétacé, les variations climatiques se manifestent par une tendance à une hausse de température.

Les données lithologiques (importante accumulation de roches calcaires, évaporites, bauxites…), paléontologiques et paléobotaniques (extension de la faune et de la flore tropicale) témoignent d’une hausse générale de la température.

 Du fait de l’augmentation de l’activité des dorsales, la géodynamique terrestre interne semble principalement responsable de ces variations. En effet, il se produit une phase intense d’expansion océanique conduisant à l’ouverture des océans et la dislocation du mégacontinent appelé la Pangée. L’augmentation de l’activité des dorsales liée à la géodynamique terrestre interne et entraînant un important dégazage de CO2, qui semble principalement responsable des variations climatiques observées. 

TP 5 - Le climat au cours du Mésozoïque

Au paléozoïque, des indices paléontologiques et géologiques, corrélés à l’échelle planétaire et tenant compte des paléo altitudes, révèlent une importante glaciation au Carbonifère-Permien. 

L’altération de la chaîne hercynienne et la fossilisation importante de la matière organique (grands gisements carbonés) sont tenus pour responsables de la modification du cycle géochimique du carbone. Ces événements ont entraîné une forte diminution du taux de CO2 atmosphérique à l’origine de cette glaciation.