thumb|Représentation artistique de l'englacement lors du dernier maximum glaciaire (DMG) selon de Thomas J. CrowleyGlobal Biogeochemical Cycles, , 1995, .. Une glaciation (ou englaciation) est une période glaciaire ou ère 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 au cours de refroidissements climatiques. Le Quaternaire se caractérise par leur relative fréquence et leur régularité.
Historique des recherches sur les glaciations
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 . La glaciation de Würm, manifestation locale de la dernière période glaciaire, a été définie par Albrecht Penck et Eduard Brückner au début du ., qui lui ont donné le nom d'un tributaire du Danube, la WürmLa 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., 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 vignette|Variations (pour deux sites d'études des glaces polaires : EPICA en bleu, et Vostok en vert) des températures et du volume (en rouge) des glaces durant les derniers cycles glaciaires et interglaciaires.
Les causes des glaciations font l'objet de consensus scientifiques. s'appuyant sur plusieurs facteurs : astronomiques (cycles de Milankovitch), tectoniques et atmosphériques (concentration de gaz à effet de serre). Il y a un consensus sur le fait que plusieurs éléments sont cruciaux dans le processus de refroidissement climatique : la composition de l'atmosphère, comme les concentrations de dioxyde de carbone et de méthane (les niveaux spécifiques de ces gaz au cours des 800 000 dernières années sont désormais connus grâce aux nouveaux échantillons de carottes de glace provenant du forage au Dôme C du projet EPICA en Antarctique) ; les changements de l'orbite de la Terre autour du Soleil connus sous le nom de cycles de Milankovitch ; le mouvement des plaques tectoniques entraînant des changements dans l'emplacement relatif et la quantité de croûte continentale et océanique à la surface de la Terre, ce qui affecte les vents et les courants océaniques ; les variations de la production solaire ; la dynamique orbitale du système Terre-Lune ; l'impact de météorites relativement grandes et le volcanisme, y compris les éruptions de supervolcans..
Certains de ces facteurs s'influencent mutuellement. Par exemple, les changements dans la composition de l'atmosphère terrestre (en particulier les concentrations de gaz à effet de serre) peuvent modifier le climat, tandis que le changement climatique lui-même peut modifier la composition de l'atmosphère (par exemple en modifiant la vitesse à laquelle l'altération atmosphérique élimine le ).
Maureen Raymo, William Ruddiman et d'autres proposent que les plateaux du Tibet et du Colorado soient d'immenses absorbeurs de , capables d'éliminer suffisamment de de l'atmosphère pour être un facteur causal significatif de la tendance au refroidissement du Cénozoïque depuis 40 millions d'années. Ils affirment en outre qu'environ la moitié de leur soulèvement (et de leur capacité d'épuration du ) s'est produite au cours des 10 derniers millions d'années...
Changements dans l'atmosphère terrestre Il existe des preuves que les niveaux de gaz à effet de serre ont baissé au début des périodes glaciaires et ont augmenté pendant le retrait des calottes glaciaires, mais il est difficile d'établir la cause et l'effet (voir les notes ci-dessus sur le rôle de l'altération atmosphérique). Les niveaux de gaz à effet de serre peuvent également avoir été affectés par d'autres facteurs qui ont été proposés comme causes des périodes glaciaires, tels que le mouvement des continents et le volcanisme.
L'hypothèse de la Terre boule de neige soutient que le gel sévère de la fin du Protérozoïque a pris fin par une augmentation des niveaux de dans l'atmosphère, principalement à cause des volcans, et certains partisans de l'hypothèse Terre boule de neige soutiennent qu'elle a été causée en premier lieu par une réduction du . L'hypothèse met également en garde contre de futures Terres boule de neige.
En 2009, de nouvelles preuves ont été apportées que les changements d'insolation constituent le déclencheur initial du réchauffement de la Terre après une période glaciaire, des facteurs secondaires comme l'augmentation des gaz à effet de serre expliquant l'ampleur du changement..
Position des continents Les archives géologiques semblent montrer que les périodes glaciaires commencent lorsque les continents sont dans des positions qui bloquent ou réduisent le flux d'eau chaude de l'équateur vers les pôles et permettent ainsi la formation de calottes glaciaires. Les calottes glaciaires augmentent la réflectivité de la Terre et réduisent ainsi l'absorption du rayonnement solaire. Avec moins de rayonnement absorbé, l'atmosphère se refroidit ; ce refroidissement permet aux calottes glaciaires de se développer, ce qui augmente encore la réflectivité dans une boucle de rétroaction positive. L'ère glaciaire se poursuit jusqu'à ce que la réduction de l'altération atmosphérique entraîne une augmentation de l'effet de serre.
Il existe trois facteurs principaux liés à la disposition des continents qui entravent le mouvement de l'eau chaude vers les pôlesLee Hannah, Climate Change Biology, 2nd ed. (Amsterdam: Academic Press, 2014), 23-28 . : un continent se trouve au-dessus d'un pôle, comme c'est le cas de l'Antarctique aujourd'hui ; une mer polaire est presque enclavée, comme l'est aujourd'hui l'océan Arctique ; un supercontinent couvre la majeure partie de l'équateur, comme Rodinia pendant le Cryogénien.
Étant donné que la Terre d'aujourd'hui possède un continent au-dessus du pôle Sud et un océan presque fermé sur le pôle Nord, les géologues pensent que la Terre continuera à connaître des périodes glaciaires dans un avenir géologiquement proche.
Certains scientifiques pensent que l'Himalaya est un facteur majeur dans l'ère glaciaire actuelle, car ces montagnes ont augmenté les précipitations totales de la Terre et donc la vitesse à laquelle le dioxyde de carbone est éliminé de l'atmosphère, diminuant ainsi l'effet de serre. La formation de l'Himalaya a commencé il y a environ 70 millions d'années lorsque la plaque indo-australienne est entrée en collision avec la plaque eurasienne, et l'Himalaya s'élève toujours d'environ 5 mm par an, car la plaque indo-australienne se déplace toujours à 67 mm/an. L'histoire de l'Himalaya correspond globalement à la diminution à long terme de la température moyenne de la Terre depuis le milieu de l'Éocène, il y a 40 millions d'années.
Fluctuations des courants océaniques Une autre contribution importante aux régimes climatiques anciens est la variation des courants océaniques, qui sont modifiés par la position des continents, le niveau et la salinité des mers, ainsi que par d'autres facteurs. Ils ont la capacité de refroidir (par exemple, en contribuant à la création de la glace de l'Antarctique) et la capacité de réchauffer (par exemple, en donnant aux îles britanniques un climat tempéré par opposition à un climat subpolaire). La fermeture de l'isthme de Panama, il y a environ 3 millions d'années, pourrait avoir inauguré la période actuelle de forte glaciation sur l'Amérique du Nord en mettant fin à l'échange d'eau entre les océans tropicaux Atlantique et Pacifique — .
Les analyses suggèrent que les fluctuations des courants océaniques peuvent expliquer de manière adéquate les récentes oscillations glaciaires. Au cours de la dernière période glaciaire, le niveau de la mer a fluctué de 20 à 30 m à mesure que l'eau était séquestrée, principalement dans les calottes glaciaires de l'hémisphère Nord. Lorsque la glace s'est accumulée et que le niveau de la mer a suffisamment baissé, le flux à travers le détroit de Béring (l'étroit détroit entre la Sibérie et l'Alaska a une profondeur d'environ 50 m aujourd'hui) a été réduit, ce qui a entraîné une augmentation du flux en provenance de l'Atlantique Nord. Cela a réaligné la circulation thermohaline dans l'Atlantique, augmentant le transport de chaleur vers l'Arctique, ce qui a fait fondre l'accumulation de glace polaire et réduit les autres calottes glaciaires continentales. La libération d'eau a de nouveau fait monter le niveau des mers, rétablissant l'entrée d'eau plus froide en provenance du Pacifique, ce qui a entraîné une modification de l'accumulation de glace dans l'hémisphère nord..
Selon une étude publiée dans la revue Nature en 2021, toutes les périodes glaciaires des derniers 1,5 million d'années ont été associées à des déplacements vers le nord d'icebergs antarctiques en train de fondre qui ont modifié les schémas de circulation océanique, entraînant une augmentation de la quantité de extraite de l'atmosphère. Les auteurs suggèrent que ce processus pourrait être perturbé à l'avenir, car l'océan Austral deviendra trop chaud pour que les icebergs puissent se déplacer suffisamment loin pour déclencher ces changements...
Soulèvement du plateau tibétain La théorie géologique de sur le développement des périodes glaciaires a été suggérée par l'existence d'une couche de glace recouvrant le plateau tibétain pendant les périodes glaciaires. Selon Kuhle, le soulèvement du plateau du Tibet au-delà de la limite des neiges a fait passer une surface d'environ de la terre nue à la glace avec un albédo supérieur de 70 %. La réflexion de l'énergie dans l'espace a entraîné un refroidissement global, déclenchant la période glaciaire du Pléistocène. Comme ce haut plateau se trouve à une latitude subtropicale, avec une insolation 4 à 5 fois supérieure à celle des zones de haute latitude, ce qui serait la surface la plus chaude de la Terre s'est transformé en surface de refroidissement.
Kuhle explique les périodes interglaciaires par le cycle de des changements de rayonnement dus aux variations de l'orbite de la Terre. Ce réchauffement relativement insignifiant, combiné à l'abaissement des zones de glace intérieure nordique et du Tibet dû au poids de la charge glaciaire superposée, a conduit au dégel complet répété des zones de glace intérieure.2c (Quaternary Glaciation — Extent and Chronology, Part III: South America, Asia, Africa, Australia, Antarctica....
Variations de l'orbite de la Terre Les cycles de Milankovitch sont un ensemble de variations cycliques des caractéristiques de l'orbite de la Terre autour du Soleil. Chaque cycle a une durée différente, de sorte que, à certains moments, leurs effets se renforcent mutuellement et à d'autres, ils s'annulent (partiellement).