Arctique géologique 2/2


Dr Brigitte Van Vliet-Lanoë, Directeur de recherche CNRS, émérite
et par Prof. Dr Alain Préat, Université Libre de Bruxelles

Cet article fait suite aux trois récents articles publiés par le Prof. Maurin sur SCE (1/32/3,  3/3), et prolonge  celui  de l’évolution géologique de la plaque Antarctica (1/2 et 2/2), publié récemment par SCE. Il fait également suite à l’Arctique géologique, première partie 1/2 (SCE, ici) . Dans son introduction ce dernier article a rappelé l’importance que revêtent les glaces au niveau médiatique et a fourni une synthèse de l’ensemble des glaciations qui ont affecté notre planète depuis près de 3 milliards d’années (3 Ga) (Figure 1 pour l’échelle géologique, partie 1/2).

4/ Les cycles glaciaires  arctiques (Pliocène/Pléistocène)

4.1. Introduction : le forçage orbital et l’englaciation

Le climat de la Terre est géré à un premier niveau par l’apport énergétique lié à l’apport solaire, en fonction de l’évolution cyclique de la forme de l’orbite de notre planète autour du soleil. Ce forçage s’appelle forçage orbital et a toujours existé depuis que notre système planétaire existe.  Ce forçage présente une cyclicité parfaitement calculable en fonction des interactions par attraction entre les différentes planètes du système solaire et le soleil. Elle varie relativement peu au cours du temps. Par contre, l’orbite terrestre est une ellipse dont l’élongation varie au cours du temps, nous éloignant ou nous rapprochant du soleil, c’est ce que nous appelons l’excentricité.  De plus, l’axe de rotation de la Terre n’est pas vertical sur le plan orbital ou d’écliptique et oscille également, permettant un déficit en énergie reçue au niveau des pôles, géré par son obliquité. Enfin la Terre ne parcourt pas son orbite en exactement un an : les saisons pourront être en avance ou en retard sur l’orbite par rapport au minimum ou au maximum d’insolation : ceci s’appelle la précession des équinoxes.   

 L’englaciation Cénozoïque débute en position polaire sous contrôle de la tectonique des plaques, de l’évolution des océans, de la circulation océanique et des reliefs orogéniques disponibles pour stocker de la glace. Elle apparaît donc en premier sur l’Antarctique puis au Néogène, sur l’Arctique Canadien en période de faible obliquité. Ensuite, elle descendra en latitude au fur et à mesure de l’évolution de l’ère glaciaire. Un forçage primaire des ères glaciaires est probablement lié au système solaire, voir à notre galaxie : Mars a subi et subit toujours des glaciations. Le détail des phases glaciaires néogènes ou quaternaires au sein de cette ère glaciaire sera ensuite modulé par le forçage orbital. Enfin, pour chaque glaciation, le détail des fluctuations est modulé par l’activité solaire sous forme de cycles de Bond ou cycles Dansgaard-Oeschger et le stockage énergétique qui en découle dans l’océan. L’amplitude des cycles glaciaires va s’accentuer au fur à mesure de l’augmentation de la glace stockée sous formes de calotte (Abreu et Anderson, 1998 ; Lisiencki et Raymo 2005) et la baisse importante du niveau marin est liée à l’extension du plancher océanique et au stockage de glace à terre. La  pCOatmosphérique diminue au fur et à mesure du refroidissement des eaux de fond de l’océan (Figs. 19 et 20) qui ont atteint +4°C en moyenne (densité maximale), le CO2 étant plus soluble dans l’eau froide.

Fig. 19. Evolution des températures de fond de l’océan au Cénozoïque à latitude N moyenne, d’après Van Andel 1994.
Fig. 20. Evolution de la pCO2 au Cénozoïque d’après différents proxies, modifié de Zachos et al. 2008.

4.2. Les glaciations du Plio-Pléistocène

Le début du Plio-Pléistocène (ou début de l’Ere Quaternaire) est caractérisé par un refroidissement global majeur accompagné du développement d’une glaciation majeure à 3.2 Ma (stade isotopique M2, 3,26-3,02 Ma, voir plus loin)  associée à une grande aridification en Afrique et à l’hominisation. Elle est associée à une première accentuation de la fréquence et de l’amplitude des oscillations climatiques perceptibles depuis l’Oligocène (Abreu et Anderson, 1998) (voir ci-dessous). Au début du Pléistocène, cette amplitude maximale moyenne annuelle atteint d’environ 6°C ce qui aura un fort  impact sur la répartition des  faunes et flores, tant océaniques que continentales. La banquise apparaît régulièrement en mer d’Islande et favorise probablement l’extension de la calotte groenlandaise (Clotten et al. 2018). Les calottes se généralisent après 3,2 Ma. Une baisse progressive du niveau marin moyen (premier ordre) accompagne ce nouveau pas vers l’englaciation

A partir de 2,8-2,4 Ma, de petits inlandsis apparaissent régulièrement dans l’hémisphère Nord. Le démarrage des grandes glaciations quaternaires est daté à 2,75 Ma sur le plateau de Vøring (Ouest de la Norvège) et à 2,90 Ma au NW de l’Islande. Ce décalage reflète une différence de chronologie et de croissance des calottes sur la marge Est-groenlandaise et la Scandinavie, en relation avec la circulation thermohaline. Cette intensification est marquée par un apport important de débris relâchés par les icebergs (les ‘IRD’) entre 2,7 et 2,4 Ma et également une durée croissante de la couverture par la banquise de 2,7 à 2,1 Ma. La cyclicité des glaciations est alors rapide, voisine de 41 ka, ce qui correspond à un déclenchement polaire des glaciations (obliquité). Depuis 2,2 Ma, environ 25 cycles glaciaires ont été enregistrés dans les carottes océaniques. Ces cycles ou périodes glaciaires du Quaternaire, ont des durées d’environ 40 000 ans puis à partir de 400 ka passent à une cyclicité de 100 000 ans: c’est la révolution climatique du Pléistocène moyen ‘MPT, Fig. 21A,B). Ils sont séparés de périodes interglaciaires relativement chaudes, avec  des durées variant de 10 000 à 20 000 ans pendant laquelle les calottes régionales fondent, ce qui relève le niveau marin .  Cette évolution est liée à l’activité du rifting atlantique (Fig. 21A).

 Les glaciations majeures du Mio-Pliocène se produisent à  6,7 Ma et  3,2 Ma, celles du Quaternaire (voir ci-dessous, section 4)  avec les stades isotopiques marins ou  MIS 16 : 680 ka, MIS 12 : 450 ka et MIS 10 : 350 ka (voir plus loin, 4.4.). Ces glaciations très froides sont relativement peu érosives. La glaciation la plus froide est celle du MIS 12 (la glaciation Anglienne) et la plus étendue est celle du MIS 6 (Saalien) : c’est cette glaciation qui a façonné l’essentiel de la morphologie actuelle à haute latitude en raison de son caractère un peu moins froid (ce qui explique son extension)  et nettement plus abrasif (eau liquide à la base de la calotte).

Fig. 21A : Evolution de l’englacement péri-Atlantique et de la circulation thermohaline en relation avec l’activité des rides nord-atlantiques en grisé (Fram, Jan Mayen, Islande). Courbe δ 18O (marin) in Lisiencki et Raymo, 2005. NADW : eau profonde nord-atlantique (actuelle), NCW : arrivée d’eaux froides profondes. ASW : arrivées d’eaux arctiques de surface dans le bassin nord-atlantique. MTP : transition du Pléistocène moyen (Van Vliet-Lanoë 2013 ).
Fig. 21B : Passage de la cyclicité à 40 ka à 100 ka en terme de volume des glaces, modélisé par différents auteurs  en  Antarctique (synthèse dans Sutter et al. 2019). On voit très bien les  glaciations majeures et une augmentation importante du volume des glaces depuis la transition du Pléistocène moyen ou MTP, plus particulièrement 900 ka. 
 

4.3  Le Dernier Glaciaire ( LGM  ou Last Glacial Maximum).

Aujourd’hui la période du Dernier Glaciaire (113-12 ka) est bien étudiée à partir de carottes de sédiments marins et des carottes de glace du Groenland (GRIP, NGRIP, NEEM, GISP) qui débordent en partie sur la période tiède précédente,  l’Eémien (132-113 ka). Clark et al. (2009) ont étudié en détail l’intervalle 50-10 ka,  en utilisant les âges obtenus par les isotopes du 14C, 10Be et 3He, en vue de contraindre l’extension maximale des glaces au cours de la seconde partie du Dernier Glaciaire. Le résultat de cette étude a montré que les glaces se sont ré-avancées vers 32 ka après un recul important lié à un réchauffement très modéré et que leur extension finale maximale était comprise entre 26,5 ka et 20-19 ka selon la région. La figure 22 montre la situation de l’englacement lors du LGM, et la stratigraphie du Quaternaire en regard des stades isotopiques marins de l’oxygène est donnée à la figure 23 (Ogg et al. 2008).

Fig. 22 : Englacement partiel de l’Océan Arctique au cours du Dernier Maximum Glaciaire avec des fleuves de glace et des plateformes flottantes de glace ou ice shelves (Bjarnadóttir et al., 2014). Notez que l’apport principal de glace vient de la zone Est américaine, du Groenland et de la plateforme ouest eurasienne sous l’effet de la dérive nord atlantique (voir plus haut).
Fig. 23 : Tableau simplifié et complété de la charte stratigraphique du Quaternaire (Van Vliet-Lanoe, 2013  voir https://stratigraphy.org/icschart/QuaternaryChart1.jpg

A l’échelle de l’hémisphère nord, la glaciation’ LGM’  se présentait comme suit (Fig. 24)

Fig. 24 : LGM ou Last Glacial Maximum, c’est-à-dire la glaciation du ‘Dernier Glaciaire’ dans l’hémisphère nord avec des plateformes de glaces débordant sur l’océan Arctique recouvert de banquise (image CLIMAP). La glace qui recouvrait une grande partie de l’Amérique du Nord, du nord de l’Europe et une partie de l’Asie était épaisse de 3 à 4 km et le niveau marin plus bas de 120 m par rapport à l’Actuel, ce qui permit des passages terrestres, inexistants aujourd’hui suite à la remontée du niveau marin lors de la déglaciation. Cette situation est aussi à l’origine d’une aridification intense (non discutée dans cet article). Les glaces se mirent en place vers 33 ka et leur extension maximale est comprise entre 26,5 ka et 20-19 ka (Clark et al. 2009).

Les glaciations sont la conséquence indirecte du forçage astronomique : des températures des eaux de surface des différents océans et plus particulièrement l’océan austral se sont abaissées au Cénozoïque au fur et à mesure que le niveau marin baissait, limitant l’évaporation et donc les précipitations.

 La concentration atmosphérique en COest très basse en période glaciaire en raison d’une activité végétale plus faible suite à des températures basses et de l’aridité induite. De plus un océan froid dissous de très grandes quantité de CO2, ramenant la profondeur de dissolution des carbonates (coquilles calcaires) quasiment en surface, acidifiant très fortement les eaux au désespoir des paléontologues ! Après la tectonique des plaques, la masse océanique est le facteur contrôlant le stockage énergétique mondial gérée par le forçage orbital. Les océans occupent 70% de la surface de notre planète. Donc l’hémisphère sud qui présente le plus d’océans en zone intertropicale est la région critique pour toute évolution globale de notre climat. Comme il est en retard de 3000 ans sur l’hémisphère nord (Fig. 25), un épisode de réchauffement modeste dans le sud lié au forçage orbital en couplage avec l’activité du soleil peut avoir une signature de réchauffement climatique transmis à la planète par la circulation thermohaline.

Fig. 25 : Répartition des masses océaniques des deux hémisphères, Van Vliet-Lanoë inédit 2018.     

La déglaciation de l’hémisphère nord, initiée par une modeste augmentation de l’insolation d’été dans l’hémisphère sud, qui en réchauffant d’abord l’océan austral a permis la fonte des plateformes de glace en Antarctique  (décalage inter-hémisphérique du forçage orbital, Fig. 25), débuta entre 20 ka et 19 ka dans l’hémisphère nord, via un transfert de chaleur par l’océan. Cette succession fut à l’origine d’une montée brutale du niveau marin.

4.4. Les stades isotopiques

Comment toutes ces glaciations furent elles été enregistrées de manière fiable et leurs chronologies établies ? C’est la géochimie isotopique de l’oxygène qui permit de résoudre cette question, grâce aux travaux de pionnier de Cesare Emilani et ensuite de Nicholas Shackleton. L’interprétation est basée sur les fractionnements isotopiques 18O/16O (δ18O) enregistrés par la glace (neige, glace) et les carbonates marins  (principalement dans les coquilles ou tests de foraminifères). Sans entrer dans le détail, mentionnons que  l’interprétation des rapports 18O/16O donne accès aux températures (domaine marin dans notre cas) et aux volumes de glace dans le passé. Dans le cas d’un refroidissement le rapport 18O/16O de la neige diminue en même temps qu’il augmente dans les carbonates marins et inversement en cas de réchauffement. C’est de cette manière qu’Emiliani procéda et a découvert que le δ18O varie d’une manière cyclique dans les sédiments marins. Il démontra ensuite que ces variations correspondent aux fluctuations climatiques prédites par Milankovitch. Sackelton montra ensuite que ces fluctuations sont également liées à la fonte des calottes glaciaires. L’analyse systématique du δ18O des carottes de glaces et des sédiments marins ont alors mis en évidence une succession de cycles glaciaires et interglaciaires menant avec d’autres proxies (biostratigraphie, magnétostratigraphie, palynologie, chronologie absolue…) à une chronologie isotopique précise. Les cycles ont été numérotés et on parle même d’étages isotopiques (MIS pour Marine Isotopic Stage)  pour les désigner, il s’agit en réalité de stades isotopiques (désignés OIS = Oxygen Isotope Stages) Fig. 26), les numéros impairs désignant les périodes interglaciaires et les numéros pairs les périodes glaciaires. On dénombre 110 OIS couvrant la période 2,8 Ma à l’Actuel  (in Ogg et al. 2008).

Fig. 26 : Variation du δ18O des foraminifères benthiques dans deux carottes de sédiments marins distantes de plus de 10 000 km recouvrant les stades isotopiques 1 à 6. D’après Duplessy et Morel, 1990. Les variations du δ 18O (exprimées en ‰)  montrent une parfaite corrélation dans les deux océans et enregistre aussi les variations du niveau marin liées aux variations du volume des calottes glaciaires. On remarque l’entrée dans la glaciation au cours du stade 5a-5e. Ce sont ces fluctuations qu’Emiliani découvrit pour la première fois. Notons l’importance du MIS 5e (132 ka-113 ka) représentant l’ interglaciaire Eemien, le dernier avant notre interglaciaire Holocène (ou Actuel) avec un niveau matin d’environ 6 m plus haut qu’aujourd’hui.

Rappelons que les ères glaciaires ne se produisent que lors de périodes limitées des temps géologiques, elles sont séparées par des dizaines ou centaines de millions d’années. Une des premières conditions nécessite que des masses continentales aient dérivé jusqu’aux hautes latitudes, aient des reliefs suffisamment élevés pour stocker de la glace et présentent une certaine massiveté. Seule la tectonique des plaques,  et les orogènes associés, permettent cette configuration à long terme vu les vitesses de déplacement des continents (en cm/an).  Les courants marins chaud, eux apportent des précipitations (voir plus haut) et du potentiel de fonte (stockage dans l’océan austral ).

Ensuite vient le terme 100 ka mis en évidence par les nombreux cycles glaciaires-interglaciaires (Figs. 21, 23 et 26).  Ces derniers correspondent aux cycles de Milankovitch : cet auteur a montré que les régions situées aux latitudes polairesreçoivent une insolation plus importante lorsque l’axe de la Terre est presque perpendiculaire au plan orbital que lorsqu’il est incliné. Ainsi, toujours suivant cet auteur, les glaciers ont tendance à s’étendre lors des périodes où les étés sont froids à 65° Nord (précession des équinoxes et excentricité), ce qui se produit tous les 100 ka, 40 ka et 20 ka.  Ces forçages externes ne sont cependant pas suffisant pour expliquer les  baisses importantes de température lors de la partie finale d’une glaciation et d’autres facteurs sont à prendre en considération dont la modification de l’albédo (neige, nuage, banquise) (Marshak, 2010), la baisse du niveau marin , le ralentissement mais pas la disparition de la circulation thermohaline (Ezat et al. 2014, elle continue sous la banquise !). La teneur atmosphérique limitée en CO2 (notamment via l’activité biologique réduite et surtout sa solubilisation dans l’océan), le volcanisme , l’érosion des sols et l’exportation de nutriments en mer …, sont des facteurs exerçant une rétroaction positive sur le refroidissement

Si l’entrée en glaciation à l’échelle de l’ère glaciaire (100 Ma), d’un glaciaire (100 ka) ou d’un stade froid interne à la glaciation (2 ka) est un phénomène très lent et progressif, la déglaciation est un processus très rapide aux mêmes échelles (Van Vliet-Lanoë, 2007b). De plus nous avons vu qu’à partir de 400 ka les cycles présentent une fréquence de 100 ka avec des phases très courtes de déglaciation (les interglaciaires) d’environ 10 ka à 20 ka, correspondant à une disparition des calottes glaciaires régionales. La cyclicité à 100 ka est mécaniquement sous contrôle du minimum d’excentricité (Lisienki 2010a et b) en modulation principale avec le cycle de 41 ka de l’obliquité (Huybers and Wunsch 2005).

Fig.27 : Elévation précoce de la température en Antarctique (d’après Lemieux-Dudon et al. 2010) et dégazage décalé du CO2 (en jaune, d’après Monnin et al. 2001). Le décalage est attribué à un artéfact de mesure par Landais, 2020.

Le mécanisme de réchauffement de base est sous contrôle de l’activité solaire. Ces cycles d’activité solaire  ont une cyclicité d’environ 1,5 ka et modulent le cours de la glaciation.  Ces  réchauffements sont parfaitement synchrones avec l’activité solaire (Schulz & Zeebe 2006,  Stranne et al. 2014), d’autant que les glaciers ont pu s’étendre à très basse latitude, en altitude en régions tropicales, donc plus sensible à l’apport énergétique solaire direct (Van Vliet-Lanoë, 2007b).

Ces cycles liés à l’activité solaire sont connu sous le terme de cycles Dansgaard-Oeschger en période glaciaire, et sont associés à la remontée d’eaux chaudes de l’océan austral vers Atlantique par la circulation thermohaline (Rasmussen et al. 2016) et à la fonte corrélative des plateformes de glace, accompagnant une remontée  du niveau marin. Ils permettent un dégazage tardif du CO2 en retard de 1 à 0,5 ka par rapport au réchauffement de l’océan austral  (Fig. 27 ). En période interglaciaire, comme l’Holocène, ces cycles persistent et sont connus sous le terme de ‘cycle de Bond ‘(Bond et al. 2001) ; ils sont identiques mais de moindre intensité en terme de relèvement du niveau marin, vu le volume actuellement très limité des plateformes de glace. Le réchauffement actuel a été accompagné par une remontée d’eaux australes autours de l’An Mil (Markot et al. 2013) à la veille du Petit Age glaciaire. Selon Landais 2020, le décalage température/CO2 serait de l’ordre de 500 ans, soit bien plus que  ‘Global Warming !’ (Fig. 28).

Fig. 28 : Selon Landais 2020, le décalage température/CO2 serait de l’ordre de 500 ans, soit bien plus que  ‘Global Warming !’ 

Lors du Dernier interglaciaire  la température était d’environ 8°C plus élevée   au Groenland alors de l’Optimum holocène elle atteint seulement de +4°C au Groenland (65°N) par rapport à l’actuelle (reconstitution à partir des carottes de glace groenlandaises, Landais 2020) .   En Europe  (45°N) l’optimum thermique atteint seulement + 2°C par rapport à l’actuel. 
La température moyenne mondiale lors du Dernier Maximum glaciaire chute de 5°C  par rapport  à l’actuel . 

En tout état de cause, la tectonique est le facteur principal, le CO2 semble n’avoir qu’un rôle marginal, pour autant qu’il en ait un. C’est également la conclusion majeure de Van Vliet-Lanoë (2007a ) et Duplessy et Ramstein (2013), pour qui l’origine des grandes phases glaciaires du Plio- Quaternaire est associée aux rétroactions liées à la tectonique des plaques, avec en particulier,  (i) la forme et la position variable des continents et des bassins océaniques ; (ii) l’existence de passages entre bassins ; (iii) la localisation et l’altitude des chaînes de montagnes, océaniques ou continentales, qui affectent les circulations océaniques et atmosphériques, les transferts de chaleur par l’atmosphère et les courants marins superficiels  et (iv) le volcanisme, l’érosion et leurs conséquences sur la chimie et l’atmosphère et la pCO2 atmosphérique.

Les carottes marines nous ont permis d’analyser les fluctuations  isotopiques sur pratiquement tout le Cénozoïque  comme le montre la synthèse de Lisienki et Raymo ( 2015). Les carottes de glace ne couvrent que 800 ka (Antarctique) et 130 ka au Groenland.

Sans entrer ici dans le détail signalons que l’amplitude des variations de l’atmosphère entre épisodes glaciaire et interglaciaire est de 7 à 8°C (selon les carottes de glace, effet de diffusion par la glace) ou 11°c (selon les carottes de sédiments océaniques).

5/ Les calottes glaciaires arctiques (Plio/Pléistocène)

Nous sommes dans une ère glaciaire depuis 48 Ma. Depuis 3 millions d’années le climat a sans cesse oscillé entre périodes glaciaires et interglaciaires qui ne représentent que 15% de cette durée. Les variations de compositions isotopiques des carbonates marins traduisent celles du volume de l’océan liées fluctuations du volume des glaces. On estime que ce volume de glace a évolué entre un volume minimum, légèrement plus faible que l’Actuel  et un volume maximum jusqu’à 8 fois le volume actuel (Marshak, 2010; Cronin, 2010 ).  

5.1. Englacement jusqu’au Dernier Glaciaire

La plupart des calottes glaciaires de l’hémisphère nord  se mettent en place à la fin du Pliocène, vers 3,0 Ma même si certaines sont plus précoces (Groenland). 

Une première glaciation importante apparaît vers 2,8 Ma comme en témoignent des décharges d’icebergs en Arctique, et de petits inlandsis se forment de 2,8 Ma à 2,4 Ma et montrent une cyclicité rapide voisine de 41 ka (obliquité) à l’origine d’un déclenchement polaire des glaciations (Van Vliet-Lanoë, 2007b). L’extension maximale des calottes nord-américaines et scandinaves  (ainsi que celle des Alpes) est enregistrée à 2,2 Ma et diminue jusqu’à 1,2 Ma suite à des températures proches des celle de l’Holocène (cf. analyse palynologiques in Van Vliet-Lanoë, 2013). Ensuite une succession d’épisodes plus froids et plus tempérés, parfois même chauds, a lieu avec des glaciations moins étendues que précédemment. Ces évolutions sont notamment bien enregistrées et contraintes par les divers stades isotopiques (voir Van Vliet-Lanoë, 2013 pour le détail y compris avec l’activité tectonique qui joue un rôle important non seulement sur les glaces, mais également sur le niveau marin et les processus  d’érosion). Vers 0,9 Ma une cyclicité de 100 ka (voir ci-dessus, Figs. 21 et 23)  se superpose aux cycles de 41 ka et 23 ka et avec une extension croissante de la banquise dans l’Atlantique Nord,  le développement des grands inlandsis et de trois glaciations importantes (à partir de 0,8 Ma) débordant la plateforme au niveau de la Norvège et en mer du Nord (cf. stades isotopiques marins 16, 12 et 10, Fig. 23).

 De 0,6 Ma à 0,4  Ma, période interglaciaire suivie d’un refroidissement vers 0,4 Ma sur le bassin atlantique et pacifique avec apparition des très grands inlandsis (Laurentide, Fennoscandie, sud du Groenland. C’est une période où le forçage orbital est minimal et les amplitudes thermiques entre glaciations et interglaciaires maximales. L’interglaciaire ‘11’ (424-374 ka) est de loin le plus chaud du Quaternaire, avec +3°C de plus de température moyenne aux latitudes tempérées et une forêt boréale sur le sud du Groenland et sur la rive nord de la Sibérie (Van Vliet-Lanoë, 2013). On aura ensuite une succession de cycles glaciaires/interglaciaires marquée. Le dernier interglaciaire ou l’Eemien correspondant à la dernière période chaude instable de 130-110 ka BP, avec un niveau marin de 5 à 6 m au-dessus de l’actuel.   A cette époque les calottes sont légèrement moins étendues pendant l’optimum thermique (127-125 ka) que  celles d’aujourd’hui. Finalement on arrive au ‘Dernier Glaciaire’  (= LGM, Last Glacial Maximum 22-20 ka) (Weichsélien de Scandinavie, Würm des Alpes, Wisconsinien de l’Amérique du Nord). Il démarre très tôt en Amérique du Nord (vers 117 ka) et plus tardivement en Fennoscandie (113 ka). La courbe de l’enregistrement du δ 18O  correspond assez fidèlement aux variations des paramètres orbitaux (Figs. 17 et 18 in Van Vliet-Lanoë, 2013). Le maximum de froid et d’aridité est tardif vers 25 ka BP de même que le minimum du niveau marin (-120 m) à l’échelle planétaire (entre 28 et 21 ka BP). La fin de la glaciation se marque par deux événements (i) terminaison 1a  avec  le réchauffement brutal du Bölling au Tardiglaciaire (14,8-13,5 ka BP : disparition de la banquise dans le détroit de Fram) et la terminaison 1b (vers 11,6-10 ka BP), qui marque un  second réchauffement brutal  (en 60 ans, après le refroidissement du Dryas récent) et à la réinstallation de la circulation océanique actuelle.  

Le Glaciaire enregistre une succession de stades froids et d’interstades chauds, se reporter à Cronin (2010) et Van Vliet-Lanoë (2013) pour le détail. Notons que les insterstades sont corrélés avec les événements DO (Dansgaard-Oeschger) caractérisant des réchauffements quasi-cycliques de 1,5 ka ± 0,5 ka) déjà discutés dans SCE (ici). Le Groenland, par exemple, a connu plus d’une vingtaine de fois des températures de 8° à 16°C plus élevées en quelques décennies ou moins durant les derniers 80 000 ans (Li et al. 2019).  

Il n’est pas possible de considérer avec plus de détail le Dernier Glaciaire (LGM). On se reportera à Clark and Mix (2002) pour qui le Dernier Maximum Glaciaire s’étend de 23 ka à 19 ka BP, avec une extension maximale à 20 ka BP. En Arctique la calotte fennoscandienne présente son maximum d’extension vers 80 ka, en Islande du Nord probablement vers 70 ka et plus tard en Islande du Sud. A nouveau il faut se reporter à Van Vliet-Lanoë (2013) pour le détail, et surtout il faut retenir que le maximum d’extension des calottes semble diachrone sur l’Atlantique en raison de la persistence d’une circulation thermohaline réduite mais intensifiée  lors des DO le long de la côte Ouest de la Norvège et sous la banquise. Les maxima d’englacement, pour une configuration  donnée des masses continentales  sont gouvernés par le forçage astronomique. Ils se produisent lorsque les niveaux eustatiques sont encore hauts (Broecker & Denton, 1990), en relation avec l’obliquité (41 ka) à haute latitude. La précession (23 ka) intervient à moyenne latitude, et l’excentricité (100 ka) basse latitude.  Le LGM est ainsi diachrone.

5.2. Englacement de l’Amérique du Nord

Les sections précédentes ont montré comment le refroidissement à long terme s’est produit depuis le Tertiaire, principalement suite à l’activité tectonique. Le refroidissement se marquera fortement avec l’apparition brutale de la calotte glaciaire des Laurentides (Fig. 27) suite à la fermeture de l’isthme de  Panama entamée il y a 5 Ma, et effective il y a 2 à 3 Ma. Il est possible de reconstituer la dynamique d’installation et de déplacement des grandes calottes glaciaires du Pléistocène à partir de la cartographie des stries et des dépôts glaciaires. En Amérique du Nord, la calotte glaciaire des Laurentides a commencé à se développer au nord-est du Canada. Ensuite elle a fusionné avec la calotte glaciaire de Keewatin, du nord-ouest du Canada (cf. ‘2’ in Fig. 27) et celle provenant de l’ouest de la Baie d’Hudson. L’inlandsis Laurentide, le principal en Amérique du Nord recouvrait le Canada et débordait sur les USA au Sud. Un autre inlandsis  bordait la majeure partie des côtes de l’ouest du Canada et du sud-est de l’Alaska (Marsak 2010). La partie ouest des Territoires du NWT était très peu englacée.  Ensemble ces calottes ont fini par recouvrir la totalité des régions du  Canada situées à l’est des Montagnes Rocheuses, avec une épaisseur maximale de 3 km (Marshak 2010) durant la glaciation du Wisconsinien. Ces calottes glaciaires ont fini par fusionner avec la calotte du Groenland et avec la calotte cordilléraine à l’ouest, étendue sur les montagnes de l’ouest du Canada et une partie sud de l’Alaska (Fig. 27). Au cours de cette glaciation, des calottes glaciaires plus restreintes (fona) et des calottes glaciaires de montagnes et des glaciers de vallée se sont développées dans les Montagnes Rocheuses , la Sierra Nevada et la chaîne des Cascades.  

Fig. 27 . Graphique d’après Bourque, Université de Laval : Au Wisconsinien (période qui s’étend de -80 à -6 Ka), la grande calotte polaire se divise en quatre inlandsis constitués d’épaisses couches de glace couvrant les surfaces continentales importantes près des pôle, à savoir : l’inlandsis de la Cordillère, l’inlandsis Innuit, l’inlandsis du Groenland, et le grand inlandsis Laurentide. Chez ce dernier, on distingue trois centres d’accumulation des glaces : centres du Labrador, du Keewatin et de Baffin. On a évalué des épaisseurs de glace allant jusqu’à 5 000 m à la hauteur de la Baie d’Hudson. Un étroit passage libre de glace s’est formé au Tardiglaciaire entre les inlandsis de la Cordillère et les Laurentides, et c’est sans doute ce passage qu’ont utilisé les premiers hommes venus de l’Asie pour peupler le continent américain (autour d’il y a 12 000 ans). A l’époque, le continent asiatique (Russie) était relié à l’Amérique au niveau de ce qui est aujourd’hui le détroit de Béring, du fait que le niveau des mers était beaucoup plus bas qu’aujourd’hui à cause du stockage des eaux dans les inlandsis.
Nb : Situation lors du dernier maximum glaciaire vers 22  ka-19ka. Plus de la moitié de la calotte est épaisse de plus de  3 km (zones 1, 2 et 3), de 1,5 km à 900 m au niveau de la Cordillère et 2,2 à plus de 2,5 km vers la calotte groenlandaise (épaisseurs fournies par Dyke et al. 2002).

5.3. Englacement de l’Eurasie

En Eurasie une importante calotte glaciaire s’est formée dans l’extrême nord de l’Europe et les régions arctiques et certaines parties de l’Atlantique nord ont été recouvertes d’une banquise quasi-pérenne mais qui pouvait disparaître (Fig. 28). Cette calotte a progressivement recouvert l’ensemble de la Scandinavie et le nord de la Russie. D’autres calottes se sont formés plus au Sud  sur les reliefs comme les Alpes, les Iles Britanniques et  localement à l’est de la Sibérie où elle fut plus limitée en raison de la continentalité/aridité plus marquée. Voir également ici. . L’océan arctique et certaines parties de l’Atlantique nord ont été recouverts d’une banquise quasi-pérenne   mais qui pouvait disparaître  temporairement pendant de brefs événements chauds. La banquise hivernale a encerclé l’Islande et s’est approchée des côtes portugaises (de Vernal  et al. 2005). 

Fig. 28 : Fig. 1. Carte du nord de l’Eurasie montrant l’étendue maximale de la couverture de glace pendant la dernière période glaciaire (lignes blanches sur le Groenland, l’Islande et l’Eurasie tirées respectivement de Funder et al. (2011), Geirsdottir (2011) et Svendsen et al. (2004), avec de légères modifications sur la Grande-Bretagne et l’Irlande après Sejrup et al. (2005) in Hughes et al. 2015.  Les lignes blanches pointillées marquent les limites approximatives des trois calottes glaciaires eurasiennes : Svalbard–Barents–calotte de Kara; SIS = Scandinavian Ice Sheet; BIIS = British–Irish Ice Sheet. Les éventails sédimentaires sous-marins qui bordent le bord du plateau continental sont délimités en orange. La topographie et la bathymétrie sont tirées de l’Atlas numérique GEBCO publié par le Centre britannique de données océanographiques pour le compte de la COI et de l’OHI (2003,) in Hughes et al. (2015). La répartition terre-mer est définie par les côtes et le niveau de la mer actuels, et l’étendue actuelle des glaces sur le Groenland et l’Islande est indiquée en blanc.

La calotte glaciaire sibérienne (Fig. 28) connut son extension maximale entre 100 et 50 ka alors que celle des Laurentides (Fig. 27) était à son étendue maximale vers 22-19 ka, également en décalage avec la calotte scandinave (SIS, Fig. 279) (ici). Cette asynchronicité dépend de nombreux facteurs dont les plus importants sont lié à la topographie continentale, à la bathymétrie et surtout aux courants marins et aux modifications des régimes des vents liées à la position de la zone de convergence intertropicale (Cronin, 2010). On voit à nouveau la complexité d’étude des périodes d’englacement et il en va de même des déglaciations. Ce facteur d’asynchronicité est rarement pris en considération dans la thématique actuelle de fonte des glaces, en général très rapide ( environ 60 ans) , même si les échelles de temps sont différentes (aujourd’hui la discussion porte sur l’échelle décennale, et les résolutions temporelles restent d’actualité aussi bien dans le Pléistocène que dans l’Holocène et l’Actuel).                                             

Une vision globale de l’Arctique d’il y a environ 20 000 ans au maximum de la dernière glaciation (lors du dernier cycle glaciaire) montrent les deux grandes calottes glaciaires  autour du pôle Nord. (Figs. 22, 30). Le niveau moyen des mers était environ 120 mètres en-dessous de l’actuel.

Fig. 30. Inlandsis de la Fennoscandie il y a 22 ka BP. Le niveau marin est 120 m plus bas. Source ici.

6/ La dernière déglaciation

L’interglaciaire actuel, ou Holocène qui a débuté il y a 11700 ans (suivant les recommandations officielles (CIS), présente un climat  chaud relativement stable qui fait suite au Dernier Glaciaire (Weichsélien) en Europe, c’est-à-dire au dernier épisode glaciaire de durée voisine de 100 000 ans, caractérisé par un climat instable avec des variations de température de l’atmosphère de l’ordre de 4°C (à l’échelle de 1500 ans).

En moins de 10 000 ans la glace des grandes calottes (Amérique du Nord, Scandinavie, Patagonie et Nouvelle Zélande) disparaît, d’abord assez lentement de -18 ka à -15 ka, ensuite plus rapidement en association avec la remontée du niveau marin . Les calottes permanentes comme l’Antarctique ou le Groenland fluctuent peu : ils perdent leurs plateformes de glaces flottantes en périphérie. Les dernières traces de calottes glaciaires américaines disparaissent il y a 6000 ans ( dernière calotte sur l’Ungava au N du Québec) (Fig. 31).

Fig. 31 : Evolution de l’extension des calottes de glace par rapport à l’actuel depuis la fin de la dernière glaciation (Van Vliet-Lanoë 2013).

Cette période de déglaciation se fait de manière brutale et pulsée avec retour de période froide (Younger Dryas, Fig. 32) sous contrôle 1° de décharges d’eaux de fontes des glaciers, stockées dans des lacs temporaires, notamment en Amérique du Nord et à l’est de la Baltique, 2° de l’activité solaire (minimum) et 3° de l’activité des volcans des deux hémisphères liées à la déglaciation (décharge).

Fig. 32 : Variations des températures depuis 17 ka montrant le très fort refroidissement durant le Dryas Récent (Younger Dryas). Le Dernier Glaciaire se termine de manière très abrupte (cf cercle ‘1’ sur la figure),vers 14,5 ka engendrant une fonte spectaculaire des inlandsis : la calotte nord-américaine se disloque sous forme d’icebergs et son front a reculé à certains endroits de plusieurs kilomètres par an, les calottes scandinave et islandaise également. Ce phénomène a été accompagné par  une remontée très rapide du niveau marin  et une disparition totale de la banquise hivernale dans le détroit de Fram. Ensuite le climat se refroidi par pulses(cercles 2-4)  . A environ 12,8 ka,  les températures plongent de manière abrupte (cercle 5) et oscillent en position « froide » pendant 1300 ans (cercle 6 : deux minima) en association notamment avec un minimum solaire, de l’activité volcanique et la vidange pulsée de lacs pro-glaciaires. A environ 11,5 ka le climat se réchauffe à nouveau et met fin à l’épisode du Dryas (cercle 7). Graphique d’après Don Easterbrook (2016).

Actuellement nous sommes en fin d’interglaciaire, prévu dans 1000 ans selon les variations des paramètres orbitaux sur la qualité de l’insolation globale. Notre interglaciaire n’a rien de particulier si ce n’est qu’il est nettement moins chaud que ceux à 130 ka et 430 ka (stades isotopiques MIS 5e et 11c) pour raison orbitale (Fig. 33). Nous sommes depuis 7000 ans  dans un refroidissement lent sous contrôle d’une baisse de l’intensité de l’insolation (forçage orbital).  Les réchauffements au cours de l’Holocène sont gérés par l’insolation directe (activité cyclique du soleil), connu sous le nom de cycles de Bond. Depuis la période romaine (2000 ans), ce contrôle est régi  1° par le maximum d’insolation dans l’hémisphère sud, en retard de 3000 ans sur le nôtre (Van Vliet-Lanoë, 2018 , Fig.  33 ), 2° par l’activité du soleil bien observée par les taches solaires et 3° par l’arrivée à partir de l’an Mil d’eaux chaudes de l’océan austral via la circulation océanique . Le Petit Age glaciaire (1350-1860 AD) est contrôlé surtout par plusieurs minima de l’activité solaire. Nous arrivons à la fin d’une série de cycles solaires à 11 ans très puissants. Cette conjoncture orbitale et solaire explique pourquoi les glaces fondent simultanément sur les deux hémisphères depuis 1860 AD avec des mini-reculs et avancées (Zemp et al., 2015, Van Vliet-Lanoe, 2018, Figs. 33 et 34).

Fig. 33 : Evolution comparative  du forçage orbital entre l’hémisphère N (HN) et le Sud (HS) lors du Dernier interglaciaire (Eémien) et de l’Holocène ( Van Vliet-Lanoë, 2018). Les couleurs du fond donnent une idée des températures. Noter une amplitude plus faible des variations de l’insolation à l’Holocène.
Fig. 34  Evolution holocène des glaciers dans la zone Nord-Atlantique. Noter le délai de réapparition des glaciers plus long sur la côte norvégienne sous influence du Gulf Stream ou de la  dérive nord-atlantique. Modifié et complété d’après Balacio et al. (2015) et Gjerde et al. (2016). Le pointillé correspond approximativement à la ligne d’équilibre des neiges permanentes. Glaces dérivantes = banquise. Attention la valeur de l’insolation est inversée.

La banquise s’est développée avec le déficit croissant d’insolation de la seconde moitié de notre interglaciaire (Fig. 35) :

Fig. 35 : Histoire holocène de la banquise islandaise. A) extension holocène de la banquise sur la plateforme nord-islandaise (Cabedo-Sanz et al., 2016) B) index d’extension récente de la banquise autour de l’Islande. www.appinsys.com/GlobalWarming/RS_Greenland.htm
 

7/ Quid de la fonte actuelle en Arctique ?

Sujet délicat s’il en est un… et surtout médiatisé à outrance.

7.1 La cryosphère arctique à l’Holocène, avant le GIEC

La calotte groenlandaise a survécu à l’optimum thermique holocène, 4°C plus chaud que l’actuel à 70°N sans que sa surface évolue réellement. Les glaciers arctiques vêlants (qui relâchent des icebergs) reculent à basse altitude en relation 1° avec le réchauffement actuel des eaux de subsurface, en raison d’une dérive nord atlantique et un courant d’Irminger un peu plus chaud qu’au 19e siècle, 2° des précipitations plus élevées ce qui induit une lubrification basale des émissaires glaciaires et 3° une augmentation de la plasticité de la glace lié à des hivers moins froids et plus neigeux (Larsen et al. 2016).  Avec ce réchauffement, l’évaporation et des précipitations plus importantes, amènent une fonte superficielle de la calotte en été, plus particulièrement basse altitude sur la côte ouest mais également un épaississement de 6 cm/an du centre –nord de la calotte (Institut météorologique danois, Colgan et al 2015).

Néanmoins la calotte reste relativement stable (Dyke et al. 2017). Un effondrement gravitaire des bords de la calotte groenlandaise ne s’observe pas à l’heure actuelle, en conséquence du réchauffement relatif des glaces (augmentation de la plasticité de la glace) alors qu’il s’observe actuellement en mer de Ross en Antarctique (Fig. 36), amenant la formation de langues flottantes de glace très instables et a dû exister dans le NW de l’Islande lors de la dernière déglaciation (15 ka et 12 ka).

Fig. 36 : Effondrement gravitaire (flèche rouge) de la calotte sud antarctique (Mer de Ross), avec formation de langues de crues flottantes et vêlantes (langue de crue Drygalski issue du glacier Beacon David). Pas de flaques bleues d’eau de fonte à basse altitude comme au Groenland. La banquise est en gris. Le volcan Erebus est à 20 km sur la gauche. Google Earth.

De même, les glaciers scandinaves et du Spitzberg évoluent peu (Fig. 37). Seuls les glaciers islandais subissent une fonte accélérée depuis 60 ans, en relation avec une AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation) très positive et le réchauffement du courant d’Irminger, entrainant une recrudescence des éruptions volcaniques  (Ejafjallajökull, Bardarbunga ; Björnsson 2017). Une situation analogue a existé au Groenland avec le réchauffement 1920-1944 (Vermassen et al, 2020)Mais tous les glaciers arctiques ont avancé pendant la période fraîche de 1947-1980, associée à un minimum d’activité solaire, à une pollution atmosphérique industrielle importante (SO2) et… à la famine en Islande !

Fig. 37 :Bilan de masse des glaciers Scandinavie et Svalbard en mm/eau/an (World Glacier Monitoring Service (WGMS)

Cette période chaude (1920-1944, Fig. 38) a également été associé à un recul majeur de la banquise arctique, y compris en Islande, plus importante que le recul actuel  (Fig. 38). En 1922, les rapports des explorateurs (Shackleton–Rowett Expedition 1921–1922)  déclarent qu’on n’a jamais vu si peu de glace en Arctique…Un navire a atteint le 81°N sans voir de glace…. Il faut noter que l’extension de la banquise est en opposition de phase entre l’hémisphère Nord et l’hémisphère sud (Fig. 40). Actuellement la banquise hivernale antarctique s’est étendue jusqu’en 2015 pendant que son homologue régressait en Arctique. La situation est en cours d’inversion.

Fig. 38.  Evolution des températures mondiales selon différentes bases de données. Gistemp (NOAA) et Hadcrut (GB) dépendent du groupement GIEC. Source indépendante. 

L’accélération après 1980 suit l’évolution des cycles solaires (taches ou magnétiques, Fig. 39) en concurrence avec une inertie liéeà la chaleur stockée dans l’océan mondial. Noter que le Nino de 1997-98 a suivi le pic de taches solaires 22 et a été accompagnée dans nos régions par des précipitations extraordinaires (pluie et neige en 1999-2000) liés à une évaporation accrue.

Fig 39 : Cycles d’activités magnétiques solaires échus et modélisation du cycle 25-26 en rouge (Youssef et al. 2009). Selon ces auteurs, la réduction de taille de l’héliosphère va induire un apport plus important en rayons cosmiques, induire une couverture nuageuse plus importante et par conséquent un refroidissement climatique.  Ce ne sont pas les seuls chercheurs qui parviennent à cette conclusion impossible à publier dans une grande revue !. Le Nino 1997-98 est entre le cycle 22 et 23.
Fig. 40 : Extension des glaces de mer arctiques vs celles de l’Antarctique. NSDIC http://nsidc.org/arcticseaicenews/

Quant à la fonte du permafrost, elle est le plus souvent le résultat de perturbations anthropiques (défrichements, feux) et si le permafrost se réduit à basse altitude dans sa zone sporadique d’extension (Température Moy.Ann comprise entre -1°C et – 3°C dans les années 1980), seule sa partie active, qui fond en été, s’approfondit. Comme la calotte du Groenland, le pergélisol a survécu au maximum thermique holocène (8000-6000 ans) se rétractant en surface au-delà du cercle polaire. Le dégazage des hydrates de gaz a eu lieu principalement entre 14,5 et 12 ka BP (Osterkamp & Romanovsky, 1999), comme en atteste les cratères de dégazage sur le fond de la mer de Barents (Weniger et al. 2019). Les phénomènes actuels de dégazage représentent de très petits volumes et le permafrost ne disparaîtra pas. Il s’est ré-étendu en Islande pendant le coup de froid des années 1947-1980.

7.2. La part des choses…

Maurin (2020) a publié dans SCE trois articles (1/32/3,  3/3) qui ont analysé de manière critique et en profondeur les données publiées sur ce sujet par le GIEC, dans son rapport   AR5 (chapitre 4). Il accorde une place particulière aux marges d’erreur souvent absentes dans le document mentionné. Quelles sont ses conclusions ? Elles sont données en de son troisième article (3/3) et se présentent comme suit :

  • • ‘La basse atmosphère de la Terre subit probablement un très faible réchauffement depuis la fin du Petit Âge de Glace (environ 1850). Il est donc possible, mais pas certain, que la diminution des glaciers alpins puisse refléter une diminution plus générale de la cryosphère ;   
  • • L’observation de l’ensemble de la cryosphère date seulement de l’ère des satellites. Selon le chapitre 4 de l’AR5, ces observations récentes permettraient de démontrer que la cryosphère est en  diminution lors des dernières décennies ;
  • • La diminution relative de la cryosphère est très faible (-0,04%), et ce résultat est basé principalement sur des observations aériennes récentes, associées à de la modélisation. 
    A cet égard, on doit s’interroger : ces moyens d’observations et la modélisation associée permettent-ils vraiment de voir les très faibles variations de masse ? 
    (« Assurons-nous bien du fait avant que de nous inquiéter de la cause »). 

  • • La littérature récente montre que le sens de variation est incertain en Antarctique (89,1% de la cryosphère).
  • La marge d’erreur du bilan gain/perte en Antarctique semble très optimiste.
    La faible marge d’erreur du contributeur  principal  ‘Glaciers’  doit aussi être interrogée : la localisation de l’IPCC et du WMO à Genève, à proximité des glaciers alpins, a-t-elle pu influencer le jugement ?

  • • Les considérations ci-dessus fragilisent le bilan gain/perte selon l’AR5 : une diminution (1992-2012) de la cryosphère est-elle vraiment démontrée ? ‘

Selon cet auteur, la médiatisation à outrance portée sur les glaciers alpins et la banquise Nord peut fausser la vision d’ensemble concernant la cryosphère à l‘échelle de la planète. Citons une partie de ses conclusions (son deuxième article 2/3) :

  • La focalisation des médias et des organisations intergouvernementales sur la banquise Nord et les glaciers alpins n’est guère justifiée par leur masse : ils représentent ensemble ≈ 0,05% de la masse de la cryosphère ;
  • La connaissance de la cryosphère n’est satisfaisante ni sur l’ensemble des glaciers (0,57% de la cryosphère) ni sur l’Antarctique Est (75% de la cryosphère) ;

  • Suite à la correction de 0,742 millions de km3 du volume des glaces de l’Antarctique entre AR4 et AR5 (4 fois le volume banquises + glaciers), peut-être serait-il prudent, de la part des rédacteurs du futur AR6, d’être moins optimistes sur les marges d’erreurs, notamment sur le bilan gain/perte qui sera l’objet de la dernière partie de l’article.

Et finalement dans la partie 1/1, l’Arctique est mis en perspective par rapport à l’Antarctique :

  • La cryosphère c’est en premier lieu les zones proches du pôle Sud : banquises et glaciers de l’Antarctique occidental (WAIS) ne représentent ensemble que 0,7% du volume de la cryosphère alors que la seule partie Est de l’Antarctique (EAIS), bien moins connue, représente plus de 75% de la cryosphère, soit 107 fois plus.
  • La simple correction du volume de glace en Antarctique, entre les rapports du GIEC AR4 (2007) et AR5 (2013), est 4 fois plus grande que le volume (Banquises + Glaciers) ;

Les variations actuelles de la cryosphère restent négligeables si on les compare à celles du passé : l’ensemble des glaces terrestres, il y a 20 millénaires, devait avoir un volume au moins double du volume actuel. En effet, la fonte des glaces (entre -18 ka et -8 ka) fait monter le niveau des océans de ≈ 120 m  contre 66 m SLE (Sea Level Equivalent à la Figure 1). Il faut aussi tenir compte du’’ GIA’ (Glacioisostatic adjustement), de  0, 3 mm/an depuis 6000 ans, plus avant. 

7.3. Situation actuelle

La variation de température moyenne globale est aujourd’hui de 0,14°C/décade (ici), soit 0,014°/an.  Faut-il s’affoler?  Que les glaciers fondent suite à  des situations locales/régionales n’a rien d’étonnant, d’autant  qu’il ne s’agit pas d’une disparition définitive, depuis que le réchauffement s’est installé (ici).

Qu’il y ait fonte des glaces, quoi de plus normal en période de réchauffement. Est-ce ‘normal’ d’en faire tout un battage médiatique ? Et surtout relier cette fonte au seul ‘‘bouton CO2 ? ou du méthane ? (ici). Nous avons vu ce qu’il fallait penser de l’hypothèse ‘impact de l’effet de serre’. En  effet Il faut cependant rester prudent car l’hypothèse de l’effet de serre est mise à mal par toute une série d’observations (voir iciici et ici) et qu’elle est en contradiction avec certains principes thermodynamiques élémentaires de la chimie-physique (voir ici). 

Connolly et al. (2017)  ont montré que l’extension de la glace arctique connaît des fluctuations avec gains et pertes au moins depuis  1901 (Fig. 41), avec une fonte plus importante à partir de 1979, avec les données fournies par l’imagerie satellitaire. Le renversement de tendance observé sur l’Antarctique n’ a pas été pris en compte dans les  reconstitutions ou simulations  des récents modèles climatiques CMIP5 du GIEC, ce qui suggère que les modèles climatiques actuels sont encore peu fiables pour les reconstitutions antérieures des glaces de mer. 

Fig. 41 : Comparaison des tendances annuelles de l’étendue de la glace de mer arctique entre l’ère pré-satellite et l’ère des satellites. Les périodes de croissance générale de la glace de mer et les périodes de fonte générale de la glace de mer sont indiquées au bas de la figure.
D’après Connolly et al. (2017).

Oublions les fameuses prédictions d’Al Gore (‘Science is settled’….. et fonte totale de la glace  en 2013 au pôle Nord), pour nous concentrer sur les années actuelles. La glace du Sud-Est du Groenland a au moins 400 ka dans un secteur très sensible au réchauffement et celle du centre de l’Antarctique au moins 800 ka !  Les dernières cinq années ont vu une augmentation de plus de 27 gigatonnes de neige et de glace au Groenland (ici, voir également les actualisations mensuelles de SCE, ici) alors qu’on nous annonce sans cesse que ‘presque’ chaque nouvelle année est la plus chaude depuis les premiers enregistrements  de température. Comprenne qui pourra ? Des records de froid  (ici et ici) sont passés sous silence dans les médias ? Par contre dès qu’une fonte localisée apparaît ponctuellement, elle fait immédiatement la Une des médias (ici ou ici) alors que les récents graphiques du DMI sont nettement moins ‘sensationnels’, et montrent au fil du temps une fonte avec des fluctuations. 

A nouveau avec le réchauffement actuel , surtout celui de l’océan austral,  il est normal que la glace fonde et  que ce processus soit naturellement amplifié par la perte d’albédo (ici). La situation n’est pas aussi  ‘dramatique’  qu’on ne le prétend et à part d’importants pics de fonte (2007 et 2012) le bilan ‘SMB’ (surface mass balance) n’est pas très différent de celui des années 1900 à 1950 (ici). D’après Mouginot et al (2019) la fonte  de la glace au Groenland, liée principalement aux glaciers vêlants, est à l’origine d’une montée du niveau marin de 13,7 mm depuis 1972, avec la moitié de cette augmentation au cours des 8 dernières années. Récemment (février 2020) le bilan de masse de surface (SMB) s’est inversé avec un gain de masse (ici et ici).  Cette évolution inverse a déjà été notée pour certains glaciers dont le plus grand de tous qui s’épaissit même, celui de Jacobshavn (ici) ou pour une grande majorité des glaciers d’Alaska en crue (McNabb and Hock 2014). Selon ces auteurs  …no corresponding change in the number of glaciers retreating nor do we see corresponding acceleration of retreat rates. To the contrary, many glaciers in the region have advanced…’. La conclusion est à peu près la même pour de nombreux glaciers du Groenland, restés stables ou sans retrait significatif de 2013 à 2019  (Andersen et al. 2019. Dans le site danois officiel Polar Portal, 2019 on note : ‘Unusual weather resulted in an atypical melting season in the Arctic. The 2017-18 season in the Arctic has once again been extraordinary. A cold summer with high levels of precipitation has benefitted the Ice Sheet, whilst glaciers have continued the development seen during the last six years in which they have more or less maintained their area. The sea ice, on the other hand, has been more vulnerable, with high sea temperatures and warm winds leading to a large area north of Greenland being ice-free in two separate periods – February and August respectively.’ Notons également cette étude  (Rösel et al. 2018) montrant que l’épaisseur de la glace de mer était plus importante en 2015 (1,56 m) et 2017 (1,65 m) qu’en 1955 (0,94 m). Tout ceci montre qu’il y a de nombreuses fluctuations dans le processus de fonte, comme par le passé et particulièrement la période 1930-194.5.

Un autre sujet médiatique qui fait régulièrement la Une des médias concerne les ours, contrairement à ce qui est rapporté ils se portent bien en Arctique, voir par exemple ici ou dans SCE ici parmi les très nombreuses références disponibles.

Finalement, comme nous l’avons vu tout au long de cet article, une (très) grande part de l’information médiatisée provient des modèles. Ceux du GIEC sont très peu fiables (cf. SCE ici) et il est légitime de les mettre en question (par exemple Huang et al. 2019). Une étude de plus de 27 000 relevés de température de la basse troposphère de l’océan Arctique durant la période 1950-1990 a conclu à l’absence de réchauffement conséquent (voir toutes les données accessibles compilées sur « Climate4You ») en Arctique (prévu par les modèles, et à un refroidissement de l’ouest de l’océan Arctique en hiver et en automne (Kahl et al. 1993). Les modèles du GIEC surchauffent toujours (ici) et n’incitent pas à la confiance, c’est le moins que l’on puisse dire…Alors que la banquise arctique a recommencé à se ré-étendre au grand plaisir de Nanouk, en cours de surpopulation en Sibérie….Tout comme le minimum d’activité solaire prévu pour 2030 depuis les années 1980  et qui apparemment sera à l’heure.

Au terme de ce chapitre 7, il faut à nouveau se rendre à l’évidence, à savoir la situation de la fonte des glaces et des températures arctiques sont loin d’être parfaitement comprise, non seulement à une échelle temporelle courte (pluri-annuelle ou un peu plus), mais aussi en ce qui concernent les processus à l’origine de la fonte. Cette dernière bien réelle, représente une fluctuation à l’échelle décennale (AMO), pluriséculaire ou millénaire, cette fluctuation ‘thermique’ (= le réchauffement) ayant débuté vers 1860 (SCE ici) en période de déglaciation du Petit Age glaciaire ou, à l’échelle des temps historiques, suite à la déglaciation ayant mis fin au Dernier Glaciaire. Si l’on se réfère aux modélisations simples (insolation), la fin de notre interglaciaire joue encore les prolongations pour environ 1000 ans (Berger et al., 2003). Si l’on s’en réfère à un forçage extra-terrestre, la température devrait commencer à se rafraîchir dans 300 ans environ (Keeling & Whorf, 2000).  Remontant le temps, la calotte glaciaire européenne est absente au-delà du Pliocène et risque de s’étendre beaucoup lors du prochain maximum glaciaire, dans 60 ka.

8/ Conclusion

La dynamique des cycles glaciaires-interglaciaires du Quaternaire est loin d’être complètement élucidée….  Le climat en période glaciaire change de façon parfois très brutale… pour des raisons qui ne sont liées ni au forçage astronomique, ni aux variations de CO2. Reste l’activité solaire, dont les mécanismes sont à peine entrevus. Les modèles conceptuels (…) sont très largement insuffisants pour rendre compte des interactions physiques et biogéochimiques…. Les modèles du climat les plus sophistiqués pour simuler le 21ème siècle, ‘ou modèles de circulation générale’ sont malheureusement incapables de simuler ces changements.’ etc. (Duplessy Ramstein 2013, p288). 

Cette interprétation anthropocentrique « réchauffement climatique » oublie que d’autres forçages anthropiques impactent le climat en sens inverse à celui des gaz à effet de serre, comme l’érosion des sols et l’aridification générés par le défrichement de la végétation naturelle (climax) ou l’eutrophisation anthropogène de l’océan piégeant biologiquement le CO2 et permettant la prolifération  d’algues productrices d’un précurseur des aérosols sulfuriques, notre « crème solaire ». Le premier gaz à effet de serre est la vapeur d’eau, émise sous l’impact des radiations solaires ou de notre industrie, hydrocarbures inclus…..Notre terre est un monde à échanges thermiques convectifs, non à bilan radiatif statique, mais cela constitue un autre chapitre !

ADDENDUM : LES RESSOURCES MINERALES

Tout comme pour l’Antarctique (2/2), le géologue ne peut faire l’impasse sur les ressources avérées ou potentielles en Arctique.

L’Arctique serait-il une terre promise, un nouvel Eldorado ?  En tous cas il est l’objet d’une littérature abondante dans les médias mêlant phantasmes ou sensationnalisme et réalités, et opposant une large partie de nos populations entre ceux qui veulent que l’Arctique soit un sanctuaire intouchable et d’autres qui veulent que ces ressources puissent être exploitées.

Le dilemme occupa la scène médiatique depuis 2007 suite à la construction par le Canada d’un port en eaux profondes dans le passage Nord-Ouest et la signature d’un accord entre Gazprom et Total pour le développement sur 25 ans du gisement pétrolier offshore de Shtokman. C’est également l’année où le passage du Nord-Ouest est entièrement ouvert à la navigation. Toujours en 2007, l’Agence spatiale européenne et le NSIDC (National Snow and Ice Data Center) américain annoncent un record historique de la fonte estivale. Et enfin … Al Gore lors de cérémonie lié à l’obtention du Prix Nobel de la Paix qui annonce la fonte totale de l’océan Arctique pour 2013. Bref en 2007 tous les ingrédients sont réunis pour ‘lancer la Bataille du Grand  Nord’, bataille immédiatement symbolisée par le planté d’un drapeau russe au droit du pôle Nord. La suite est ‘cafouilleuse’ faite de (géo)politiques, d’environnementalisme sous la pression de nombreuses ONG, d’intérêts financiers y compris le tourisme (tout comme pour l’Antarctique), etc. A nouveau la symbolique va s’affirmer, notamment avec la nomination  par le gouvernement français de Ségolène Royal qui succède à Michel Rocard en tant qu’ambassadrice des pôles (elle sera démise en 2020). Pour certains  spécialiste (Mered 2019) ‘l’Arctique est l’avenir du monde…. Il concerne le futur écologique, le futur technologique, le future logistique, le futur stratégique …’. Les enjeux ne manquent donc pas !

Voyons l’état des lieux concernant les ressources. De nombreux chiffres contradictoires circulent, et il faut donc considérer les fourchettes dans les estimations.

Bien entendu celles qui sont les mieux médiatisées sont celles liés aux hydrocarbures.

L’USGS (2008)  estime que 412 milliards de barils équivalent pétrole conventionnel (bep) sont à découvrir en Arctique, dont 13% de pétrole (huile) et 30% de gaz à l’échelle mondiale. Ensuite, l’USGS (2009) estime que 30% des hydrocarbures non encore découverts sur terre se trouvent au nord du cercle arctique, dont 13% de gaz, principalement offshore par plus de 500 mètres d’eau et surtout en Russie (Figs. 43 et 44) (Gautier et al. 2009). Selon ces auteurs (également ici), l’huile ou pétrole (non découverts)  ne sont pas susceptibles d’influencer fortement le marché toujours piloté par le Moyen Orient.Le Service géologique US estime que plus de 87% des hydrocarbures arctiques sont présents dans 7 provinces ou bassins sédimentaires, Bassin Amérasien, Bassin  Arctique-Alaska, Bassin Barents-Est, Bassin Rift de l’Est-Groenland Bassin Ouest-Groenland/Est Canada, Bassin Ouest Sibérie et Bassin Yenisey-Khatanga (Fig. 42). Se reporter aux figures 43 et 44 pour ‘actualisation’ (2009).

Fig. 42 : Le Service géologique US estime que plus de 87% des hydrocarbures arctiques sont présents dans 7 provinces ou bassins sédimentaires (voir texte). 
Fig. 43. Carte  donnant l’estimation du pétrole (en milliards de barils) non encore découvert au nord du Cercle Arctique. D’après (Gautier et al. 2009).
Fig. 44. Carte  donnant l’estimation du gaz (en trillions de pied cubes)) non encore découvert au nord du Cercle Arctique. D’après (Gautier et al. 2009). Selon l’USGS (2009) le gaz à découvrir est compris entre 770 à 2990 trillions de pied cubes, et représente une énergie trois fois plus importante que celle de l’huile et le champ le plus grand (non découvert en 2009) devrait être environ dix fois plus large que le plus grand gisement, non découvert, d’huile.

Finalement l’Arctique renfermerait ainsi en 2009, 44 à 157 milliards de barils d’huile récupérables. Depuis lors les ressources non conventionnelles (comme par exemple le gaz de schitse à travers toute la Sibérie orientale), l’huile de schiste, les sables bitumineux ont fait exploser les chiffres précédents et attiré les investisseurs. En 2015-2017 le prix du baril de pétrole ‘arctique’ était bas, autour de 50$  (suite aux progrès technologiques) et ce pétrole trouvait sa place dans le marché mondial, vu la forte croissance des besoins énergétiques, et l’intermittences des énergies renouvelables, incapables (encore aujourd’hui) de pallier à ces besoins énergétiques grandissants. Dans l’ensemble de l’Arctique, 15 000 forages ont été réalisés depuis la fin de la Seconde Guerre mondiale pour environ 400 champs découverts, certains peu rentables, d’autres rentables en offshore avec un seuil de rentabilité à 31$. L’acteur dominant de la région arctique est sans contexte la Russie dont 80 % de son gaz naturel provient (en 2016) de cette région, et en particulier de la région de Yamalo-Nénétise avec de nombreux projets effectifs, par exemple avec Total  (Fig. 45). De nouveau projet ont vu le jour en 2019 dans le Gand Nord, bien au-delà de la péninsule de Yamal, avec notamment le projet Goliat des pétroliers italiens de ENI. Des mises en production de nouveaux gisements sont prévus dès 2022 et cela ne va pas sans rencontrer des problèmes avec les opposants à l’extraction de cette ressource (ici). L’Arctique contient également des gisements de charbon, par exemple dans la péninsule de Kola, du Svalbard et de Vorkuta (aujourd’hui la plupart sont fermés). Les enjeux de changements géopolitiques liés à l’exploitation des ressources viennet de faire l’objet d’une synthèse par le Sénat français (2020).

Fig. 45 :  Yamal LNG est situé au-delà du cercle polaire, sur l’estuaire de la rivière Ob, dans une région sauvage enclavée et gelée 7 à 9 mois par an, où, en hiver, la température peut chuter jusqu’à -50°C. Pour garantir sa stabilité dans le permafrost (sol gelé en profondeur qui ne dégèle en surface que les mois d’été), l’usine a été construite sur des dizaines de milliers de pilotis de diamètre et de profondeur variables, une solution déployée à une échelle inédite sur le site de Yamal LNG. D’après Total.

Les hydrocarbures conventionnels ou non dont il vient d’être question sont associés aux roches sédimentaires présentes dans les bassins sédimentaires. Nous avons vu (partie ½)  que l’Arctique géologique est surtout constitué par un puissant socle cristallin ou magmatique et métamorphique hérité à travers les cycles orogéniques depuis plus de 2,5 Ga. Les socles sont réputés pour contenir de nombreux éléments utiles assez faciles à exploiter à partir de mines ou gisements, souvent gigantesques. Citons le nickel, le cobalt,  le fer les platinoïdes, les terres rares, la barite, l’apatite, le zinc, le chrome, les phosphates, le cuivre, l’or, l’argentles rubis, les saphirs, les anorthosites, exploités intensivement en Russie, Laponie suédoise et finlandaise, au Groenland et arctique nord-américain (USA et Canada). Ce mines sont souvent gigantesques, prenons seulement l’exemple des mines de Kiruna et Malmberget en Laponie suédoise. Il s’agit  pour Kiruna  et Mamlberget, des mines à ciel ouvert et souterraine de minerai de fer, les plus grandes du monde, la seconde fut ouverte en 1745 !

Pour terminer avec cet inventaire rapide citons Mered (2019) ‘Contrairement à ce qui est trop souvent relayé dans la  presse, Le Grand Nord n’est ni trop cher, ni trop complexe, ni trop isolé pour y développer des projets extractifs, particulièrement en matière d’hydrocarbures. Ce n’est pas une affaire de prospective lointaine, c’est du présent et depuis bien longtemps déjà …Peut-être d’ailleurs est-ce pour cela que c’est tant un sujet ?’

Notons aussi que l’Arctique est une zone nucléarisée, surtout en Russie avec 39 navires à propulsion nucléaire pour un total de 62 réacteurs. Il est prévu que  cette option nucléaire se développera substantiellement dans un avenir proche, comme vient déjà de le montrer l’arrivée d’une centrale nucléaire flottante russe dans l’Arctique. L’objectif est aussi de construire des unités de 24 MW, d’une autonomie de 30 ans, pour servir des usines de production pétro-gazières (Mered 2019) (ici et ici). D’autres pays sont intéressés et suivront cette voie (USA, Chine…).

Pour être complet, mentionnons que les énergies renouvelables  (éolien au Groenland, nord de l’Islande …, géothermie à partir de la péninsule de Kamchatka et de l’Islande , biomasse, hydrogène ‘vert’ produit à partir d’une source géothermique ou hydroélectrique ) en Arctique font actuellement l’objet de grands projets (voir par exemple le State Grid Corporation of China).

En conclusion, l’Arctique présente une fort potentiel en ressources minérales et énergétiques, et sera, si ce n’est pas déjà le cas actuellement, un nouveau théâtre de confrontations entre des acteurs aux préoccupations le plus souvent opposées. Dans ce contexte le statut juridique de l’Arctique revêt une dimension capitale (ici).Nous avons souvent cité Mered (2019), professeur de géopolitique des zones arctiques, aussi laissons-lui le mot de la fin pour cette partie de l’article : Aujourd’hui, l’Arctique n’est déjà plus tout à fait un monde polaire. C‘est un espace post-polaire’

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