Plusieurs choses peuvent changer les températures sur Terre : un volcan entre en éruption, enveloppant la Terre d’une brume lumineuse qui bloque la lumière du soleil, et les températures baissent ; les gaz à effet de serre emprisonnent la chaleur dans l’atmosphère, et les températures grimpent. De 1650 à 1710, les températures d’une grande partie de l’hémisphère nord ont chuté lorsque le soleil est entré dans une phase de calme appelée aujourd’hui minimum de Maunder. Au cours de cette période, très peu de taches solaires sont apparues à la surface du Soleil, et la luminosité globale du Soleil a légèrement diminué. Déjà au milieu d’une période plus froide que la moyenne, appelée le petit âge glaciaire, l’Europe et l’Amérique du Nord ont connu un gel profond : les glaciers alpins se sont étendus sur les terres agricoles des vallées, la glace de mer a rampé vers le sud depuis l’Arctique et les célèbres canaux des Pays-Bas ont gelé régulièrement – un événement rare aujourd’hui.
L’impact du minimum solaire est clair sur cette image, qui montre la différence de température entre 1680, une année au centre du minimum de Maunder, et 1780, une année d’activité solaire normale, telle que calculée par un modèle de circulation générale. Le bleu profond qui recouvre l’est et le centre de l’Amérique du Nord et le nord de l’Eurasie illustre l’endroit où la baisse de température a été la plus importante. Presque toutes les autres zones terrestres étaient également plus froides en 1680, comme l’indiquent les différentes nuances de bleu. Les quelques régions qui semblent avoir été plus chaudes en 1680 sont l’Alaska et l’est de l’océan Pacifique (à gauche), l’océan Atlantique Nord au sud du Groenland (à gauche du centre) et le nord de l’Islande (en haut au centre).
Si l’énergie du Soleil n’a que légèrement diminué, pourquoi les températures ont-elles chuté si sévèrement dans l’hémisphère Nord ? Le climatologue Drew Shindell et ses collègues de l’Institut Goddard d’études spatiales de la NASA se sont attaqués à cette question en combinant les relevés de température glanés dans les cercles d’arbres, les carottes glaciaires, les coraux et les quelques mesures enregistrées dans les archives historiques, avec un modèle informatique avancé du climat de la Terre. Le groupe a d’abord calculé la quantité d’énergie provenant du Soleil pendant le minimum de Maunder et a entré ces informations dans un modèle de circulation générale. Ce modèle est une représentation mathématique de la façon dont les différents systèmes de la Terre – les températures de surface des océans, les différentes couches de l’atmosphère, l’énergie réfléchie et absorbée par les terres, et ainsi de suite – interagissent pour produire le climat.
Lorsque le modèle a démarré avec la diminution de l’énergie solaire et a renvoyé des températures qui correspondaient aux données paléoclimatiques, Shindell et ses collègues savaient que le modèle montrait comment le minimum de Maunder pouvait avoir causé la chute extrême des températures. Le modèle a montré que la chute des températures était liée à l’ozone dans la stratosphère, la couche de l’atmosphère située entre 10 et 50 kilomètres de la surface de la Terre. L’ozone est créé lorsque les rayons ultraviolets à haute énergie du soleil interagissent avec l’oxygène. Pendant le minimum de Maunder, le Soleil a émis moins de rayons ultraviolets puissants, et donc moins d’ozone s’est formé. La diminution de l’ozone a affecté les ondes planétaires, les gigantesques ondulations du jet stream que nous avons l’habitude de voir dans les bulletins météorologiques télévisés.
La modification des ondes planétaires a donné un coup de pied à l’oscillation nord-atlantique (NAO) – l’équilibre entre un système permanent de basse pression près du Groenland et un système permanent de haute pression à son sud – dans une phase négative. Lorsque la NAO est négative, les deux systèmes de pression sont relativement faibles. Dans ces conditions, les tempêtes hivernales qui traversent l’Atlantique se dirigent généralement vers l’est, vers l’Europe, qui connaît un hiver plus rigoureux. (Lorsque la NAO est positive, les tempêtes hivernales se dirigent plus au nord, rendant les hivers en Europe plus doux). Les résultats du modèle, illustrés ci-dessus, montrent que la NAO était plus négative en moyenne pendant le minimum de Maunder, et que l’Europe est restée anormalement froide. Ces résultats correspondent aux enregistrements paléoclimatiques.
En créant un modèle capable de reproduire les températures enregistrées dans les enregistrements paléoclimatiques, Shindell et ses collègues sont parvenus à mieux comprendre comment les changements dans la stratosphère influencent les modèles météorologiques. Grâce à cette compréhension, les scientifiques sont mieux placés pour comprendre quels facteurs pourraient influencer le climat de la Terre à l’avenir. Pour en savoir plus sur la façon dont les anciens relevés de température sont utilisés pour améliorer les modèles climatiques, voir Paléoclimatologie : Comprendre le passé pour prédire l’avenir, le dernier volet d’une série d’articles sur la paléoclimatologie sur l’Observatoire de la Terre.
- Lectures complémentaires :
- Glaciers, maîtres anciens et Galilée : The Puzzle of the Chilly 17th Century, par Drew Shindell à l’Institut Goddard d’études spatiales de la NASA.
Carte adaptée de Shindell et al., 2001, copyright AAAS 2001. Conditions d’utilisation du matériel protégé par le droit d’auteur AAAS : Les lecteurs peuvent visualiser, parcourir et/ou télécharger le matériel à des fins de copie temporaire uniquement, à condition que ces utilisations soient à des fins personnelles non commerciales. Sauf dans les cas prévus par la loi, ce matériel ne peut être reproduit, distribué, transmis, modifié, adapté, exécuté, affiché, publié ou vendu en tout ou en partie, sans l’autorisation écrite préalable de l’éditeur.