Suite aux travaux d’Agassiz, des études menées sur les moraines et terrasses fluviatiles ont permis de mettre en évidence l’existence non pas d’une mais de plusieurs périodes glaciaires (travaux des frères Geickie, 1863 et 1877, Brückner, 1901 et 1909 etc.). Eduard Brückner (1862-1927), fixe une chronologie des quatres stades glaciaires de Günz, Mindel, Riss et Würm, dans son ouvrage \textit{Die Alpen im Eiszalter}. La mise en évidence d’un âge glaciaire puis, de plusieurs âges de glaciation, a fait rechercher les causes de ces phénomènes et marque la naissance de la paléoclimatologie.
Une des causes évoquées dès le 19e siècle pour expliquer les phases de glaciation est l’\textit{irrégularité de l’orbite terrestre}. En effet, les caractéristiques de l’orbite terrestre varie au cours du temps et modifient le rapport Terre-Soleil, donc la répartition de l’insolation à la surface du globe.
Quels sont les paramètres variables de l’orbite terrestre ?
- L’axe de rotation terrestre : à l’échelle du siècle, on peut considérer que l’axe de rotation terrestre reste parallèle à lui-même. En revanche, sur des durées plus longues, on remarque qu’il décrit un cône dans le sens des aiguilles d’une montre. L’axe décrit ainsi un tour complet en… 26 000 ans ! Cette rotation impacte la position des solstices et équinoxes qui se produisent chaque année 1/26000 ans plus tôt, soit 26 min plus tôt. C’est pourquoi, on appelle ce phénomène la précession des équinoxes.
- L’obliquité de l’axe de rotation terrestre, c’est-à-dire son inclinaison par rapport au plan de l’écliptique. Elle est actuellement de 23°27′ mais, dans les cinq derniers millions d’années, elle a varié de 22°02′ à 24°30′ avec une période de 41 000 ans. Les variations d’obliquité entraîne un déplacement des tropiques et des cercles polaires.
- La forme de l’orbite terrestre varie dans le temps du cercle parfait à l’ellipse. La période dominante pour ce phénomène est 100 000 ans.
Les fluctuations de ces paramètres sont dues aux influences gravitationnelles mutuelles exercées par le Soleil, les planètes et la Lune.
Quels sont les effets des variations de l’orbite terrestre sur la répartition de l’insolation ?
L’obliquité entraîne l’alternance des saisons. Pour une surface du globe donnée, les variations d’obliquité modulent l’inclinaison des rayons solaires reçus et donc l’intensité du rayonnement. Plus l’obliquité augmente, plus les pôles reçoivent d’énergie tandis que l’équateur en reçoit moins. Les contrastes géographiques diminuent alors entre les zones de latitude différentes. Par-ailleurs, les jours et les nuits n’ont plus la même durée et les contrastes saisonniers augmentent.
L’excentricité n’a qu’un rôle modeste sur la quantité d’insolation reçue à la surface du globe. En revanche, il joue un rôle important sur le climat lorsqu’il se combine à la \textbf{précession}. Lorsque l’excentricité est faible, toutes les saisons ont la même durée, quelque soit la valeur de précession. Lorsque l’excentricité est forte, la durée des saisons dépend de l’axe de précession.
Quelles sont les conditions favorables pour une glaciation ?
Selon Milutin Milankovitch (1879-1958), c’est lorsque la saison chaude (printemps-été) est longue et peu froide que les neiges fondent peu aux hautes latitudes et que s’enclenche le processus de glaciation. Malheureusement, pendant longtemps, il n’a pas été possible de tester cette hypothèse et ceci pour trois raisons. Tout d’abord, le phénomène en lui-même n’était connu que par des enregistrements discontinus (essentiellement les maximums glaciaires), qui ne peuvent que difficilement être comparés à la variation continue d’insolation. Ensuite, il n’existait pas encore de méthode fiable pour dater les phénomènes glaciaires. Enfin, les constantes astronomiques calculées par Milankovitch manquaient encore de précision. L’hypothèse de Milankovitch a donc été délaissée jusque dans les années 1970 où elle suscita un regain d’intérêt.