Histoire de la composition de l'atmosphère

Les informations directes sur la composition de l’atmosphère étant beaucoup plus rares dans les temps anciens, on utilise essentiellement des mesures « indirectes » : partant des indices sur les caractéristiques climatiques fournies par les roches et les fossiles, des modèles mathématiques permettent d’estimer les concentrations de gaz à effet de serre nécessaires à la mise en place des climats correspondants.

Bien que de nombreuses questions induites par ces méthodes restent encore en suspens, les informations ainsi recueillies sont précieuses puisqu’elles permettent de remonter aux compositions les plus anciennes de l’atmosphère terrestre et fournissent ainsi des clés pour comprendre les mécanismes qui lient le fonctionnement du climat à l’évolution de l’atmosphère terrestre sur le temps long géologique.

Les proxies fournis par la géologie sont de natures très diverses, mais on peut citer pour illustration :

• Les informations fournies par les fossiles contenus dans les roches, sur la base de leurs préférences écologiques. C’est ainsi qu’on identifie, par exemple, un épisode particulièrement chaud au cours du Crétacé qui permet l’installation d’organismes tributaires de températures élevées (palmiers, crocodiles) au Groenland, alors que cette région était déjà très au Nord à cette période.
• Les informations fournies par la composition des roches : soit parce que leur formation nécessite des conditions climatiques particulières (roches issues de phénomènes d’altération en milieu chaud et humide par exemple), soit parce que leur composition chimique implique des interactions avec l’atmosphère (stockage de CO₂ dans les roches calcaires ou consommation de CO₂ dans les processus d’altération).
• Les traces laissées par les phénomènes climatiques sur les roches : stries provoquées par le déplacement des glaciers par exemple.

Grâce à l’utilisation combinée de ces outils, nous disposons aujourd’hui d’une vision synthétique assez fiable de l’évolution de l’atmosphère terrestre au cours des temps géologiques comme le présente la figure ci-dessous.

GIEC, Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report