Les paysages de la Terre : une histoire géologique et climatique

Les paysages de la Terre, aussi bien sous-marins que terrestres, sont façonnés par le mouvement des plaques tectoniques, les processus qui leurs sont associés et les variations climatiques. Des interactions entre des phénomènes climatiques et tectoniques ont été démontrées mais ponctuellement, comme l’incidence de la formation des chaînes de montagne tibétaines sur la circulation atmosphérique et le climat. La communauté scientifique ne disposait pas, jusqu’à présent, d’une vue d’ensemble à l’échelle de plusieurs centaines de millions d’années (Ma).

Dans le cadre du projet ANR AstroMeso¹ (Agence Nationale de la Recherche – Astronomical Solution for the Mesozoic Era), une équipe internationale dirigée par Slah Boulila, chercheur à l’Institut des Sciences de la Terre, s’est intéressée aux mécanismes qui régissent l’évolution des paysages terrestres sur les derniers 200 millions d’années.

Des interactions entre les enveloppes externes et internes de la Terre

L’analyse fréquentielle² des archives géologiques a mis en évidence un potentiel couplage entre les variations des processus affectant les surfaces terrestres, dits de surface, et de l’activité interne de la Terre à l’échelle de dizaines de millions d’années.

En complément, les analyses des archives sédimentaires ainsi que des modèles astronomique et tectonique du Mésozoïque et du Cénozoïque (derniers 200 Ma) ont permis pour la première fois de déceler plusieurs variations cycliques proéminentes d’une période d’environ 35 Ma, fortement corrélées les unes aux autres : variations de l’excentricité de l’orbite terrestre qui régissent les variations d’insolation à la surface de la Terre, variations climatiques marquées par les isotopes stables de l’oxygène dans les sédiments déposés au fond des océans, changements de niveau des mers, évolutions géodynamiques modélisées par le flux global de subduction³ et les taux globaux de production et destruction de croûte océanique.

Une observation d’éventuels effets de rétroaction

L’équipe a également mis en évidence une relation physique, de modulation d’amplitude, entre cette cyclicité de 35 Ma et une cyclicité d’environ 10 Ma, aussi bien dans les registres géologiques que dans les variations de l’excentricité de l’orbite terrestre. Ces différentes observations ont permis de construire un modèle complexe (fig.) expliquant le couplage entre le forçage externe provoqué par l’insolation et le forçage interne provoqué par les processus de subduction et d’expansion océanique résultant de l’activité interne de la Terre⁴. Ce scénario met en avant les mécanismes d’altération des surfaces terrestres (insolation/climat, glaciation/déglaciation, niveau des mers, érosion/dépôt, etc.) dans la stimulation des processus géodynamiques.

Auteurs :
Slah BOULILA / ISTeP – Institut des Sciences de la Terre de Paris / Sorbonne Université, CNRS
Bilal U. HAQ / Smithsonian Institution, Washington, USA / NSF
Nathan HARA / Département d'astronomie / Université de Genève, Suisse
Dietmar MÜLLER / EarthByte Group, School of Geosciences / University of Sydney, Australia
Bruno GALBRUN / ISTeP – Institut des Sciences de la Terre de Paris / CNRS, Sorbonne Université
Guillaume CHARBONNIER / ISTeP – Institut des Sciences de la Terre de Paris / Sorbonne Université

¹ Le projet ANR AstroMeso associe des astronomes et des géologues. Il a pour objectif d’utiliser les séries sédimentaires cycliques pour contraindre les modèles astronomiques au delà de 60 Ma  (https://anr.fr/Projet-ANR-19-CE31-0002)

² L’analyse fréquentielle a pour objectif de détecter d’éventuels phénomènes cycliques dans une série temporelle.

³ La subduction est la disparition au cours du temps de la croûte océanique dans les fosses marines, par exemple celles du pourtour de l’Océan Pacifique.

⁴ Il s’agit en particulier des mouvements de convection dans le manteau terrestre.