Glaciation
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 partie importante des continents est englacée. L'histoire de la Terre est marquée par de nombreux épisodes glaciaires. Le Quaternaire se caractérise par leur relative fréquence et leur régularité.
Historique des recherches sur les glaciations[modifier | modifier le code]
Les glaciations ont d'abord été mises en évidence grâce à leurs manifestations géomorphologiques (moraines, blocs erratiques) dans les vallées alpines à la fin du XIXe siècle. La glaciation de Würm, manifestation locale de la dernière période glaciaire, a été définie par Albrecht Penck et Eduard Brückner au début du XXe siècle[2], qui lui ont donné le nom d'un tributaire du Danube, la Würm[3], comme les glaciations alpines précédentes (les glaciations Riss, Mindel, Günz et Donau). La définition de la glaciation de Würm repose sur les observations des conséquences géologiques de la baisse importante des températures moyennes sur une longue période (nappe fluvio-glaciaire, moraines) dans le massif alpin.
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. Elle a permis de définir des stades isotopiques marins, bases d'une chronologie isotopique.
Les causes des glaciations et des déglaciations[modifier | modifier le code]
Les causes des glaciations ont été très débattues, depuis que le phénomène a été clairement identifié au XIXe siècle.
Les théories retiennent souvent une relation avec les oscillations périodiques de l'orbite de la Terre (cf. les paramètres de Milanković, paramètres astronomiques), associées selon les cas à des variations hypothétiques et périodiques du rayonnement solaire, aux effets d'un déplacement d'importantes masses continentales vers les régions polaires (paramètres tectoniques, aux conséquences de grands évènements volcaniques, éventuellement déclenchés par une chute de météorite).
Les conséquences des glaciations[modifier | modifier le code]
Conséquences globales[modifier | modifier le code]
Lors d'une période glaciaire, les phénomènes suivants se produisent à la suite du 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 leurs 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).
Minimum (Interglaciaire, en noir) et maximum (Glaciaire, en gris) pour les dernières glaciations (quaternaires) de l'hémisphère Nord.
Minimum (Interglaciaire, en noir) et maximum (Glaciaire, en gris) pour les dernières glaciations (quaternaires) de l'hémisphère Sud.
Conséquences sur la biodiversité[modifier | modifier le code]
Pour survivre en période glaciaire, les espèces soumises à un climat trop froid pour elles doivent descendre en altitude vers les plaines et/ou en latitude pour se rapprocher de l'équateur. Elles doivent le faire d'autant plus qu'elles sont sensibles au froid. Elles survivent alors en populations moins nombreuses et parfois moins denses dans des régions refuges moins touchées par le froid. Cependant, durant le Pléistocène un grand nombre d'espèces n'ont pas su migrer assez rapidement ou n'ont pas trouvé de refuge glaciaire suffisant, et n'ont donc pas survécu aux glaciations, ce qui explique en partie la plus faible biodiversité actuelle aux moyennes et hautes latitudes par rapport aux basses latitudes où les changements climatiques ont été plus modérés. Ensuite, le retrait des glaciers peut aussi laisser des populations dites reliques d'espèces boréales en altitude dans des massifs montagneux méridionaux dont les conditions sont analogues aux zones boréales.
La biodiversité des régions tempérées de l'hémisphère Nord a connu globalement une forte érosion durant les glaciations du Pléistocène. En Europe notamment, où des barrières écologiques (montagnes, mers) s'étendent surtout le long des parallèles en bloquant les migrations Nord-Sud, une partie importante de la riche flore qui caractérisait les forêts européennes de la fin du Tertiaire a entièrement disparue[4],[5].
Du fait du caractère très récent des glaciations du Pléistocène, leur impact reste plus important que le climat actuel pour expliquer les niveaux actuels de biodiversité (nombre d'espèces) par régions pour de nombreux groupes d'espèces vivantes. Par exemple, cela semble expliquer en partie, outre les différences actuelles de climat, la biodiversité plus faible du nord de l'Europe par rapport au sud chez les bousiers[6]. De même, les glaciations semblent avoir eu un impact majeur sur les aires de répartition actuelles des espèces et sur les cortèges d'espèces présentes au sein des différentes zones géographiques. Ce qui s'explique par la faible capacité de dispersion de nombreuses espèces et la présence de barrières écologiques qui ne leur ont pas permis une vaste recolonisation de toutes les régions redevenues favorables durant l'Holocène. Cela semble être le cas par exemple pour la répartition des Carabidés en Europe. Wallace avait déjà formulé en 1876 l'hypothèse selon laquelle les glaciations du Pléistocène ont eu plus d'impact sur la répartition géographique actuelle de la biodiversité que n'en ont eu les évènements plus anciens et l'évolution des écosystèmes au long cours.[7]. Les régions qui ont joué un rôle de refuge glaciaire comportent d'ailleurs de nos jours, aussi bien pour la faune que pour la flore, un grand nombre d'espèces reliques qui ont une répartition très restreinte, car elles n'ont pas encore eu le temps durant l'Holocène de recoloniser une aire de répartition potentielle redevenue beaucoup plus vaste.
À l'échelle d'une espèce, le froid a aussi eu pour conséquence l'extinction locale de nombreuses populations au sein de métapopulations alors existantes, avec comme corollaire une réduction de leur diversité génétique intra-spécifique[8],[9],[10],[11],[12].
Ces effets très négatifs pour la biodiversité peuvent avoir été un peu contrebalancés, par exemple, par la présence de plusieurs péninsules en Europe du Sud qui ont constitué des refuges isolés les uns des autres, favorisant une spéciation allopatrique durant le Pléistocène pour certains groupes d'espèces.
Lors de l'exondation des plateaux continentaux, permis par la baisse des niveaux marins, il y a eu de nouveaux espaces terrestres qui ont pu reconnecter des régions disjointes lors des phases interglaciaires. Par exemple le territoire correspondant actuellement à la France était connecté aux actuelles îles britanniques durant les trois dernières glaciations, permettant aux grands mammifères de passer d'une zone à l'autre en parcourant l'actuel fond de la Manche. De même ce qu'on appelle aujourd'hui la ligne de Wallace, qui sépare, au sein de l'archipel de l'Insulinde, une zone dominée par les espèces du domaine indomalais (Asie tropicale) et une zone dominée par les espèces du domaine australasien, ne peut s'expliquer que par la géographie de la région durant les périodes glaciaires du Pléistocène et non par la géographie actuelle. Une partie importante des îles de la région étaient alors rattachées aux continents asiatique ou australien par la terre ferme, ce qui, dans une certaine mesure, a homogénéisé la faune et la flore dans deux zones de ce qui est aujourd'hui un archipel, tandis que les îles qui étaient restées isolées durant ces périodes glaciaires ont conservé une faune et une flore plus endémiques.
Conséquences locales[modifier | modifier le code]
Les quaternaristes, les chercheurs — géographes, géologues et préhistoriens — qui étudient le système du Quaternaire (ère du Cénozoïque), observent :
- 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[13] – tels les épaulements que présentent parfois les arêtes descendues des sommets latéraux en direction du talweg des vallées - ;
- des formations issues de la glace prise dans des sédiments fins dites hydrolaccolites qui regroupent les pingo, 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[14]), rendant fertiles 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 fleuve Jaune 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 Pinsk en Ukraine) ;
- des lacs (Lac Ladoga, Lac Onega en Russie ; Grands Lacs en Amérique du Nord).
Les différentes glaciations au cours de l'histoire de la Terre[modifier | modifier le code]
Les glaciations anciennes[modifier | modifier le code]
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 :
- la glaciation de Pongola (à −2 900 Ma) ;
- 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 glaciation du Karoo, à la jonction Carbonifère - Permien (de −360 Ma à −260 Ma).
Les cycles glaciaires récents et leurs traces dans les paysages[modifier | modifier le code]
La fin du Cénozoïque est marquée par le retour de glaciations, dites quaternaires, d'environ 2,6 millions d'années à 12 000 ans avant le présent.
Les glaciations quaternaires[15] 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 12 000 ans a débuté la période interglaciaire actuelle, l'Holocène.
Le Pléistocène supérieur correspond au dernier cycle interglaciaire/glaciaire (d'environ 130 000 à 12 000 avant le présent) qui se termine par le Tardiglaciaire.
Les glaciations quaternaires 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 glaces épaisses et les eaux de fonte latérales 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, associée à des phénomènes de cryoturbation, de solifluxion (gélifluxion) a laissé de nombreuses traces encore visibles dans les régions anciennement englacées. Ces traces forment des sites témoins permettant de calculer l'altitude de la surface du glacier au pléniglaciaire[16].
Certains modelés d'accumulation et d'érosion en sont notamment caractéristiques. Les ôs, drumlins et chenaux proglaciaires marquent ainsi encore de nombreux reliefs glaciaires et périglaciaires des Alpes, des Pyrénées, des Vosges, du Massif central et de l'Alaska, du Spitzberg, de l'Islande, etc.
La dernière glaciation[modifier | modifier le code]
Le dernier épisode glaciaire (environ 120 000 à 10 000 ans) est nommé glaciation de Würm dans les Alpes, Vistulien en Europe du Nord et glaciation de Wisconsin en Amérique du Nord.
Les principaux inlandsis se situaient :
- sur le bouclier canadien et les Rocheuses ;
- 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'Hindou Kouch, les monts Tian Shan et Kunlun.
Ces régions en conservent les traces géomorphologiques.
Le Petit Âge Glaciaire[modifier | modifier le code]
Le Petit Âge Glaciaire ne correspond pas à une glaciation à proprement parler mais à 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 XIVe siècle — avec un minimum thermique au XVIIe siècle — qui a persisté jusqu'au début du XIXe siècle. Appelée « petite glaciation » ou « Petit Âge Glaciaire », 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[17].
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.[réf. nécessaire]
Le retournement de 1900-1910[modifier | modifier le code]
Le XIXe siècle aurait vu les températures descendre jusque vers 1900-1910 dans le cadre d'un cycle lent de 5 000 ans dû à la mécanique orbitale, pouvant faire craindre un nouvel âge glaciaire, mais la tendance se serait alors inversée[18].
Chronologie des cycles glaciaires[modifier | modifier le code]
Chronologie relative[modifier | modifier le code]
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 XIXe siècle de Penck & Bruckner[2]). Les glaciations les plus puissantes ou les plus récentes sont mieux enregistrées : la poussée du glacier détruit 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 glaciaire | Âge (années) |
Période interglaciaire |
|---|---|---|
| période glaciaire de Günz | 600 000 | |
| 540 000 | période interglaciaire de Günz-Mindel | |
| période glaciaire de Mindel | 480 000 | |
| 430 000 | période interglaciaire de Mindel-Riss | |
| période glaciaire de Riss | 240 000 | |
| 180 000 | période interglaciaire de Riss-Würm | |
| période glaciaire de Würm | 120 000 | |
| 10 000 |
| Nom | Type de période | Début et fin en milliers d'années |
|---|---|---|
| Pastonien | interglaciaire | 600 – 800 |
| Pré-pastonien | glaciaire | 800 – 1300 |
| Bramertonien | interglaciaire | 1300 – 1550 |
Chronologie isotopique[modifier | modifier le code]
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)[19].
Les sédiments des fonds océaniques et les glaces accumulées aux pôles ou au Groenland ont gardé les traces des variations de concentration 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.
Corrélations entre chronologies régionales et chronologie isotopique[modifier | modifier le code]
| Index | Nom | Type de période | Date de début et de fin (en milliers d'années) |
Stade isotopique | Époque | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Alpine | Nord-américaine | Nord-européenne | Grande-Bretagne | |||||
| Flandrien | interglaciaire | auj. – 12 | 1 | Holocène | ||||
| 1re | Würm | Wisconsinien | Weichsélien ou Vistulien |
Devensien | période glaciaire | 12 – 110 | 2-4 et 5a-d |
Pléistocène |
| Riss-Würm | Sangamonien | Éémien | Ipswichien | interglaciaire | 110 – 130 | 5e | ||
| 2e | Riss | Illinoien | Saalien | Wolstonien ou Gipping | période glaciaire | 130 – 200 | 6 | |
| Mindel-Riss | Yarmouthien | Holsteinien | Hoxnien | interglaciaire | 200 – 300/380 | 7,9,11 | ||
| 3e – 5e | Mindel | Kansien | Elsterien | Anglien | période glaciaire | 300/380 – 455 | 8,10,12 | |
| Günz-Mindel | Aftonien | Cromerien | interglaciaire | 455 – 620 | 12-15 | |||
| 7e | Günz | Nebraskien | Ménapien | Beestonien | période glaciaire | 620 – 680 | 16 | |
Les glaciations dans la culture[modifier | modifier le code]
Les romans préhistoriques font souvent état des paysages englacés. C'est le cas de la saga des Enfants de la Terre de Jean Auel.
Bernard du Boucheron a proposé dans Court Serpent une fresque des conséquences du Petit Âge Glaciaire pour les dernières populations vikings du sud du Groenland.
La série de films d'animation L'Âge de glace et les jeux vidéo dérivés font directement référence aux conséquences des alternances entre épisodes glaciaires et interglaciaires.
La série de livre L'Épouvanteur parle d'âges glaciaires où les Hommes perdent leur savoir car contraints de se réfugier dans des grottes et de s'occuper à leur survie. Les événements de la série se déroulent peut-être dans un hypothétique monde médiéval avant la dernière glaciation.
Références[modifier | modifier le code]
- Global Biogeochemical Cycles, vol. 9, 1995, p. 377-389.
- (de) Albrecht Friedrich Karl Penck et Eduard Brückner, Die Alpen im Eiszeitalter, Leipzig, Chr. Herm. Tauchnitz, .
- La Würm est un affluent de l’Ammer connue aussi sous le nom de Amper qui elle est un affluent de l’Isar qui est un affluent du Danube.
- H. J. B. Birks et W. Tinner, Past forests of Europe, issu de l'European Atlas of Forest Tree Species de J. San-Miguel-Ayanz, D. Rigo, G. Caudullo, T. Houston Durrant et A. Mauri, 2016, [1].
- Jerry M. Baskin et Carol C. Baskin, Origins and Relationships of the Mixed Mesophytic Forest of Oregon-Idaho, China, and Kentucky: Review and Synthesis, 2016, [2].
- J. Hortal et al, Ice age climate, evolutionary constraints and diversity patterns of European dung beetles, 2011, [3].
- J. Calatayud et al, Pleistocene climate change and the formation of regional species pools, 2018, [4].
- (en) Weider, LJ & Hobaek, A (1997) « Postglacial dispersal, glacial refugia and clonal structure in Russian/Sibirian populations of the arctic Daphnia pulex complex », Heredity, 78.
- (en) GM Hewitt, « Post-glacial recolonization of European biota », Biol. J. Linn. Soc., no 68 1999, p. 87-112.
- (en) Hewitt, GM (1996) « Some genetic consequences of ice ages, and their role in divergence and speciation », Biol. J. Linn. Soc., 58: 247-79.
- (en) GM Hewitt, « The genetic legacy of the Quaternary ice ages », Nature no 405, 2000, p. 907-913.
- (en) GM Hewitt, « Genetic consequences of climatic oscillations in the Quaternary », Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Series Biological Sciences no 359, 2004, p. 183-95.
- « Détermination de l'altitude de surface d'un glacier de vallée », Les paysages glaciaires.
- Jean Riser, « Érosion et paysages naturels », p. 43.
- Les paysages glaciaires.
- « Les mécanismes de l'érosion glaciaire », sur www.geoglaciaire.net (consulté le 21 juillet 2019)
- Acot P., Histoire du climat.
- (en) Global temperatures hung a U-turn in 1900, reversing a 5,000-year chill-down.
- Shackleton, N. J. & Hall, M. A. « The late Miocene stable isotope record, Site 926 », Proc. ODP Sci. Res. 154, 367–73 (1997).
Voir aussi[modifier | modifier le code]
Articles connexes[modifier | modifier le code]
Bibliographie[modifier | modifier le code]
- (en) M. Kearney, Hybridization, glaciation and geographical parthenogenesis. Trends Ecol. Evol. no 20, 2005, p. 495-502
- S. Coutterand, S. Jouty, Glaciers mémoire de la planète, Ed. Hoëbeke, 2009, (ISBN 9782-84230-362-4)
