Le changement climatique a toujours été considéré comme un phénomène relativement moderne, causé principalement par les émissions massives de gaz à effet de serre, tels que le méthane et le CO2, dans l'atmosphère par l'homme depuis la révolution industrielle. Cependant, que penseriez-vous si je vous disais que d'autres changements climatiques se sont produits au cours des milliards d'années écoulées depuis la formation de la Terre ?
L'atmosphère terrestre n'a pas toujours été la même qu'aujourd'hui. Sa composition a connu de nombreuses variations. Quelle est la préhistoire du changement climatique ? Dans ce contexte, il est également important d'examiner comment le changement climatique actuel influence notre planète.
Quand le méthane régulait le temps
Il y a environ 2.300 milliards d'années, d'étranges micro-organismes ont insufflé la vie à la Terre, alors jeune. Il s'agissait de cyanobactéries, qui ont empli la planète d'air. Cependant, on pense que bien avant cela, un autre groupe d'organismes unicellulaires a peuplé la Terre et aurait pu la rendre habitable : les méthanogènes.
Les méthanogènes sont des organismes unicellulaires qui ne peuvent survivre qu'en milieu anoxique et qui produisent du méthane comme déchet lors de leur métabolisme. De nos jours, on ne trouve les méthanogènes que dans des endroits comme l'intestin des ruminants, les fonds sédimentaires et d'autres milieux pauvres en oxygène sur la planète.
Molécule de méthane
Comme nous le savons, le méthane est un gaz à effet de serre qui retient 23 fois plus de chaleur que le dioxyde de carbone, ce qui a conduit à l'hypothèse que les méthanogènes ont dominé l'atmosphère pendant les deux premiers milliards d'années de l'histoire de la Terre. Le méthane produit par ces organismes a provoqué un effet de serre aux répercussions considérables sur le climat de la planète. Ce phénomène nous amène à nous interroger sur l' évolution du changement climatique au fil du temps.
Aujourd'hui, le méthane ne persiste dans l'atmosphère qu'une dizaine d'années grâce à la présence d'oxygène. Cependant, si l'atmosphère terrestre était dépourvue de molécules d'oxygène, le méthane pourrait y persister pendant environ 10 10.000 ans. À cette époque, le rayonnement solaire était moins intense qu'aujourd'hui ; la quantité de rayonnement atteignant la surface de la Terre et contribuant ainsi à son réchauffement était donc bien moindre. Par conséquent, pour élever la température de la planète et créer un environnement habitable, le méthane était nécessaire pour piéger la chaleur.
Effet de serre d'une atmosphère primitive
Lorsque la Terre s'est formée il y a environ 4.600 milliards d'années, le Soleil a dégagé une luminosité équivalente à 70% de ce qu'il fait aujourd'hui. C'est pourquoi, avant la première période glaciaire (il y a environ 2.300 milliards d'années), l'atmosphère était entièrement dépendante de l'effet de serre.
Les spécialistes du climat pensaient autrefois que l'ammoniac était le gaz à effet de serre responsable du piégeage de la chaleur dans l'atmosphère primitive, car il s'agit d'un puissant gaz à effet de serre. Cependant, en l'absence d'oxygène atmosphérique, le rayonnement ultraviolet du soleil a rapidement détruit l'ammoniac, faisant du méthane le principal gaz à effet de serre. Ce processus est similaire à ce qui se produit dans les villes menacées par le réchauffement climatique.
Outre la chaleur atmosphérique et l'effet de serre, il y a aussi le CO2. À cette époque, sa concentration était bien plus faible , c'est pourquoi il ne pouvait pas être la cause de l'effet de serre. Le CO2 était uniquement émis naturellement dans l'atmosphère, par les volcans.
Les volcans ont dégagé du CO2 et de l'hydrogène
Le rôle du méthane et du brouillard qui a refroidi la planète
Le rôle du méthane dans la régulation du climat primitif a débuté il y a environ 3,5 milliards d'années, lorsque des organismes méthanogènes ont synthétisé ce gaz comme déchet dans les océans. Ce gaz a piégé la chaleur du Soleil sur une large partie du spectre électromagnétique. Il a également laissé passer le rayonnement ultraviolet, et ces facteurs, combinés au CO₂ déjà présent, ont contribué au maintien d'une température habitable sur Terre.
Les méthanogènes se sont développés à des températures plus élevées. L'intensification des températures a entraîné une intensification du cycle de l'eau, accélérant l'érosion des roches. Ce processus d'érosion élimine le CO₂ de l'atmosphère, ce qui conduit à terme à une convergence des concentrations de méthane et de CO₂.
La chimie atmosphérique a provoqué la polymérisation des molécules de méthane (formation de chaînes de molécules liées entre elles) et la création d'hydrocarbures complexes. Ces hydrocarbures se sont condensés en particules qui, en haute altitude, ont formé une brume orangée. Ce nuage de poussières organiques a contrecarré l'effet de serre en absorbant la lumière visible du rayonnement solaire incident et en la réémettant dans l'espace. De cette manière, il a réduit la quantité de chaleur atteignant la surface de la planète et a contribué au refroidissement du climat et au ralentissement de la production de méthane.
Méthanogènes thermophiles
Les méthanogènes thermophiles sont des organismes capables de survivre à des températures relativement élevées. Par conséquent, lors de la formation du smog d'hydrocarbures, consécutive au refroidissement et à la baisse des températures mondiales, ces méthanogènes n'ont pas pu survivre. Le refroidissement du climat et le déclin des populations de méthanogènes thermophiles ont entraîné une modification des conditions planétaires. Cette modification est essentielle pour comprendre l' impact du changement climatique sur la vie végétale.
L'atmosphère n'aurait pu maintenir de telles concentrations de méthane que si ce gaz avait été produit à un rythme comparable à celui d'aujourd'hui . Or, les méthanogènes ne produisaient pas autant de méthane que les activités industrielles humaines.
Méthanogènes thermophiles
Les méthanogènes se nourrissent principalement d'hydrogène et de CO2, produisant du méthane comme déchet. D'autres consomment de l'acétate et divers composés issus de la décomposition anaérobie de la matière organique. C'est pourquoi, aujourd'hui, les méthanogènes ne se développent que dans l'estomac des ruminants, le limon des rizières inondées et d'autres milieux anoxiques. Mais comme l'atmosphère primitive était dépourvue d'oxygène, tout l'hydrogène émis par les volcans était stocké dans les océans et utilisé par les méthanogènes, faute d'oxygène pour la formation de l'eau.
Brouillard d'effet "anti-serre"
En raison de ce cercle vicieux (température plus élevée, plus de méthanogènes, plus de méthane, plus de chaleur, plus de température…), la planète, autrefois une véritable fournaise où seuls les micro-organismes thermophiles pouvaient s'adapter, est devenue un environnement beaucoup plus chaud. Cependant, comme je l'ai mentionné précédemment, une brume d'hydrocarbures s'est formée, déviant le rayonnement ultraviolet et refroidissant ainsi le climat . La production de méthane a alors ralenti, et les températures ainsi que la composition atmosphérique ont commencé à se stabiliser.
Si l'on compare le brouillard de Titan à celui de la plus grande lune de Saturne, on constate qu'il présente la même couleur orange caractéristique, due à la couche dense de particules d'hydrocarbures qui se forme lorsque le méthane réagit avec la lumière du soleil. Or, cette couche d'hydrocarbures confère à la surface de Titan une température de -179 degrés Celsius. Cette atmosphère est plus froide que celle de la Terre ne l'a jamais été.
Si le nuage d'hydrocarbures de la Terre avait atteint la densité de Titan, il aurait dévié suffisamment de lumière du soleil pour contrer le puissant effet de serre du méthane. La surface entière de la planète aurait gelé, tuant ainsi tous les méthanogènes. La différence entre Titan et la Terre est que cette lune de Saturne n'a ni CO2 ni eau, donc le méthane s'évapore facilement.
Titan, le plus grand satellite de Saturne
La fin de l'ère du méthane
Le brouillard issu du méthane n'a pas persisté. Trois périodes glaciaires se sont succédé depuis le Protérozoïque, et le méthane pourrait expliquer en partie leur apparition. Dans ce contexte, certaines théories suggèrent que le réchauffement climatique a pu influencer ces changements.
La première glaciation est appelée glaciation huronienne . Sous les roches les plus anciennes, découvertes sous ses dépôts glaciaires, on trouve des débris d'uraninite et de pyrite, deux minéraux qui témoignent d'une très faible concentration d'oxygène atmosphérique. Cependant, au-dessus des couches glaciaires, on observe un grès rougeâtre contenant de l'hématite, un minéral qui se forme dans des environnements riches en oxygène. Tout ceci indique que la glaciation huronienne s'est produite précisément au moment où le taux d'oxygène atmosphérique a commencé à augmenter brusquement pour la première fois.
Dans ce nouvel environnement de plus en plus riche en oxygène, les méthanogènes et autres organismes anaérobies qui dominaient autrefois la planète, ont progressivement disparu ou ont été vus de plus en plus confinés dans des habitats plus restreints. En fait, la concentration de méthane serait restée la même ou plus élevée qu'elle ne l'est aujourd'hui si les niveaux d'oxygène avaient été maintenus plus bas.
Ceci explique pourquoi, durant l'éon Protérozoïque, la Terre n'a connu aucune période glaciaire pendant près de 1.500 milliard d'années , malgré la faible luminosité du Soleil. On a émis l'hypothèse qu'une seconde augmentation de l'oxygène atmosphérique, ou des sulfates dissous, aurait également pu déclencher les périodes glaciaires en réduisant l'effet protecteur du méthane.
Comme vous pouvez le voir, l'atmosphère terrestre n'a pas toujours été comme elle est aujourd'hui. Il se trouve qu'il est dépourvu d'oxygène (une molécule dont nous avons besoin aujourd'hui pour vivre) et où le méthane régule le climat et domine la planète. De plus, après les périodes glaciaires, la concentration en oxygène a augmenté jusqu'à devenir stable et égale à celle actuelle, tandis que le méthane a été réduit à des endroits plus restreints. Actuellement, la concentration de méthane augmente en raison des émissions des activités humaines et contribue à l'effet de serre et au changement climatique actuel.
