Représentation artistique de l'englacement lors du Dernier Maximum Glaciaire (DMG) selon Ice age terrestrial carbon changes revisited de Thomas J. Crowley.

Une glaciation (ou englaciation) est une période glaciaire, c'est-à-dire à la fois une phase paléoclimatique froide et une période géologique de la Terre durant laquelle une part importante des continents est englacée. L'histoire de la Terre est marquée par de nombreux épisodes glaciaires. Le Quaternaire se caractérise par leur relative fréquence et leur régularité.

Historique des recherches sur les glaciations

Cycles Glaciaires-Interglaciaires du Pléistocène illustrés par les variations du carbone atmosphérique mesurées dans les carottages glaciaires (subdivisions nord-américaines et européennes et tentative de corrélations)

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 XIX siècle. La glaciation de Würm, manifestation locale de la dernière période glaciaire, a été définie par Albrecht Penck et Eduard Brückner au début du XX siècle, qui lui ont donné le nom d'un tributaire du Danube, la Würm, comme les glaciations alpines précédentes (les glaciation 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

Variations des températures et du volume des glaces durant les derniers cycles glaciaires et interglaciaires

Les causes des glaciations ont fait l'objet de nombreux débats, depuis que le phénomène a été clairement identifié au XIX siècle. Les théories modernes retiennent souvent une relation avec les oscillations périodiques de l'orbite de la Terre (cf. les paramètres de Milanković, paramètres astronomiques), associées à des variations hypothétiques et périodiques dans le rayonnement solaire ou les effets d'un déplacement d'importantes masses continentales vers les régions polaires (paramètres tectoniques).

Les conséquences des glaciations

Conséquences globales

Lors d'une période glaciaire, les phénomènes suivants se produisent à la suite du refroidissement climatique :

formation d'inlandsis : ils s'installent progressivement sur les régions continentales des hautes latitudes, avec une épaisseur maximale de l'ordre de 3 km, et fluent vers leurs marges, détruisant les habitats naturels en place et arasant une partie des reliefs ;

baisse du niveau de la mer (glacio-eustasie) : le stockage de glace sur les continents provoque la baisse du niveau des océans (de l'ordre de 120 m lors de la dernière période glaciaire) et provoque l'émersion d'une partie des plateaux continentaux ;

contraction océanique ;

mouvements tectoniques verticaux (glacio-isostasie) : sous le poids de la glace, des mouvements tectoniques verticaux affectent les régions englacées et leur marges (enfoncement lors de la glaciation, soulèvement ou rebond isostasique lors de la déglaciation) ;

modification de la circulation océanique mondiale : elle est alors complètement transformée (avec des influences réciproques, complexes et méconnues dans le détail, sur le climat) ;

conséquences écologiques et génétiques : en période glaciaire, pour survivre, les espèces soumises à un froid trop important pour elles, doivent descendre vers les plaines et/ou se rapprocher de l'équateur. Elles doivent le faire d'autant plus qu'elles sont sensibles au froid, ou survivre en populations moins nombreuses et parfois moins denses dans des régions refuges moins touchées par le froid.

Minimum (Interglaciaire, en noir) et maximum (Glaciaire, en gris) de la glaciation de l'hémisphère Nord.

Minimum (Interglaciaire, en noir) et maximum (Glaciaire, en gris) de la glaciation de l'hémisphère Sud.

Lors des trois dernières glaciations, il ne semble pas y avoir eu beaucoup de disparition globale d'espèces sur la planète. Pour les espèces à faible capacité de dispersion, le froid a eu pour conséquence l'extinction locale de nombreuses populations au sein de métapopulations alors existantes, avec comme corollaire une réduction de la diversité génétique dans certains groupes ; ces effets négatifs pour la biodiversité peuvent avoir été atténués par l'exondation des plateaux continentaux, permis par la baisse des niveaux marins. Il y a ainsi eu de nouveaux espaces, qui ont reconnecté des habitats quasiment disjoints (hormis pour les oiseaux et mammifères marins et quelques espèces) lors des phases interglaciaires. Par exemple le territoire correspondant actuellement à la France était connecté aux actuelles îles britanniques durant les trois dernières glaciations, permettant aux grands mammifères (mammouths notamment) de passer d'une zone à l'autre en parcourant l'actuel fond de la Manche et du Pas de Calais. Les conséquences génétiques des oscillations climatiques et des glaciations en particulier sont importantes.

Conséquences locales

Épaulement sur une arête descendant sur Gresse-en-Vercors

Les quaternaristes, les chercheurs — géographes, géologues et préhistoriens — qui étudient le système du Quaternaire (ère du Cénozoïque), observent :

des vallées, des cirques et des moraines. Dans les vallées, en particulier, il est possible de connaître l'altitude atteinte par la glace lors des glaciations en utilisant certaines formes héritées de celles-ci – les sites témoins – tels les épaulements que présentent parfois les arêtes descendues des sommets latéraux en direction du talweg des vallées - ;

des formations issues de la glace prise dans des sédiments fins dites hydrolaccolites qui regroupent les pingo, palses et lithalses dont les reliques sont des laquets ;

des formations dites kettles, des drumlins, des pipkrates, des laquets, des « fers à repasser » et des dreikanters ;

d'épais dépôts de lœss et de limons, accumulés sur de vastes surfaces en Amérique du Nord, sur les plateaux et les plaines d'Europe moyenne et en Chine septentrionale et, dans l'hémisphère Sud, en Argentine (Pampa). Transportés par le vent, les lœss finissent par former une couverture plus ou moins épaisse (jusqu'à 200 m en Chine), rendant fertiles ces régions mais en posant des problèmes de stabilité (sols très vulnérables à l'érosion). Par exemple, la région des Börde (en Allemagne) ou celle de Shanxi (vallée du fleuve Jaune en Chine) sont tapissées de lœss.

Certains paysages actuels (formations végétales, lacs, etc.) sont des héritages directs de ces épisodes climatiques :

des landes d'origine glaciaire : par exemple, la plaine de la Geest (Allemagne) et la plaine polonaise sont concernées par les dépôts morainiques du Quaternaire avec de nombreuses landes (Lande de Lunebourg) ou de collines (Mazurie polonaise) encadrant des fleuves qui coulent vers le nord ;

des paysages de marais et de tourbières (marais de Pinsk en Ukraine) ;

des lacs (Lac Ladoga, Lac Onega en Russie ; Grands Lacs en Amérique du Nord).

Les différentes glaciations au cours de l'histoire de la Terre

Les glaciations anciennes

La Terre conserve les traces de glaciations anciennes. La glaciation Varanger, il y a 750 millions d'années, par exemple, fut particulièrement importante. La glace semble avoir couvert à cette époque presque toute la planète, jusqu'à l'équateur. Nous connaissons également des traces de glaciations au cours de :

la glaciation de Pongola (à -2 900 Ma) ;

l'Huronien (de -2 400 Ma à -2 100 Ma) ;

le Cryogénien (de -950 Ma à -570 Ma) ;

l'Andéen-saharien, à l'Ordovicien (de -450 Ma à -420 Ma) ;

la jonction Carbonifère - Permien (de -360 Ma à -260 Ma).

Les cycles glaciaires récents et leurs traces dans les paysages

Les limites des dernières glaciations en Europe Nord centrale (en rouge : le maximum du Vistulien, en jaune de la glaciation du Saale (Drenthe stage); en bleu : la glaciation de Mindel.

La fin du Cénozoïque est marquée par le retour de glaciations, dites quaternaires, d'environ 2,6 millions d'années à 12 000 ans avant le présent.

Les glaciations quaternaires correspondent à la mise en place d'un climat qui se refroidit et au retour cyclique de périodes froides (dites Glaciaires) et tempérées (Interglaciaires). Il y a environ 12 000 ans a débuté la période interglaciaire actuelle, l'Holocène.

Le Pléistocène supérieur correspond au dernier cycle interglaciaire/glaciaire (d'environ 130 000 à 12 000 avant le présent) qui se termine par le Tardiglaciaire.

Les glaciations quaternaires ont produit des inlandsis, des calottes glaciaires et le développement de langues glaciaires qui ont couvert et marqué de nombreuses montagnes, y compris en zone intertropicale et des espaces aujourd'hui submergés par la remontée de la mer (plateau continental) qui a suivi la déglaciation.

Les glaces épaisses ont raboté certains reliefs ou entamé le sol d'une manière spécifique. Leur fonte a ensuite libéré une énorme quantité d'eau ; cette double action, associée à des phénomènes de cryoturbation, de solifluxion (gélifluxion) a laissé de nombreuses traces encore visibles dans les régions anciennement englacées.

Certains modelés d'accumulation et d'érosion en sont notamment caractéristiques. Les ôs, drumlins et chenaux proglaciaires marquent ainsi encore de nombreux reliefs glaciaires et périglaciaires des Alpes, des Pyrénées, des Vosges, du Massif central et de l'Alaska, du Spitzberg, de l'Islande, etc.

La dernière glaciation

Étendue des calottes et inlandsis de l'hémisphère Nord lors du Dernier Maximum Glaciaire (le trait de côte ne correspond pas au niveau des mers d'il y a 22-18000 ans, 120 m plus bas en moyenne)

Le dernier épisode glaciaire (environ 120 000 à 10 000 ans) est nommé glaciation de Würm dans les Alpes, Vistulien en Europe du Nord et glaciation de Wisconsin en Amérique du Nord.

Les principaux inlandsis se situaient :

sur le bouclier canadien et les Rocheuses ;

dans les Andes au niveau de la Bolivie et de la Patagonie ;

en Islande ;

sur les îles Britanniques, l'Europe du Nord, le nord de la Russie et de la Sibérie ;

dans l'Altaï ;

dans les Monts de Verkhoïansk ;

dans l'Himalaya, l'Hindū-Kūsh, les monts Tian Shan et Kunlun.

Ces régions en conservent les traces géomorphologiques.

Le Petit Âge Glaciaire

La Tamise gelée en 1677

Fluctuations de l'activité solaire sur un millénaire

Le Petit Âge Glaciaire ne correspond pas à une glaciation à proprement parler mais à une fluctuation climatique froide à l'intérieur de l'Interglaciaire Holocène, d'autant mieux mis en évidence qu'il est récent.

L'hémisphère Nord a connu un net refroidissement, entamé dans la seconde moitié du XIV siècle — avec un minimum thermique au XVII siècle — qui a persisté jusqu'au début du XIX siècle. Appelée « petite glaciation » ou « Petit Âge Glaciaire », il s'agit d'une période centrée sur le « minimum de Maunder » (**-1715 proprement dit), qui semble correspondre à une faible activité solaire (ses taches étaient d'ailleurs peu visibles). Elle fut marquée par une série d'hivers particulièrement rigoureux, accompagnés de disettes et de famines.

Les conséquences de cet épisode froid ne sont pas négligeables, le climat en Islande et au Groenland était relativement doux pendant les trois cents premières années qui suivirent la colonisation viking. Il s'est ensuite fortement refroidi, y interdisant l'agriculture et y faisant disparaître les forêts.

Le retournement de 1900-1910

Le XIX siècle aurait vu les températures descendre jusque vers 1900-1910 dans le cadre d'un cycle lent de 5 000 ans dû à la mécanique orbitale, pouvant faire craindre un nouvel âge glaciaire, mais la tendance se serait alors inversée.

Chronologie des cycles glaciaires

Chronologie relative

La chronologie des cycles glaciaires répond aux règles stratigraphiques et à la définition de stratotypes, utilisables dans la région où ils ont été définis. La chronologie alpine, si elle a le mérite d'être la première établie, est fondée sur les traces morphologiques laissées par les moraines (Cf. travaux au XIX siècle de Penck & Bruckner). Les glaciations les plus puissantes ou les plus récentes sont mieux enregistrées : la poussée du glacier détruit à chaque cycle les traces les plus anciennes. Ainsi seulement quatre grands cycles avaient initialement été reconnus. Les corrélations entre enregistrements sont parfois délicates.

Chronologie alpine de la fin du Pléistocène Période glaciaire Âge (années) Période interglaciaire période glaciaire de Günz 600 000 540 000 période interglaciaire de Günz-Mindel période glaciaire de Mindel 480 000 430 000 période interglaciaire de Mindel-Riss période glaciaire de Riss 240 000 180 000 période interglaciaire de Riss-Würm période glaciaire de Würm 120 000 10 000

Chronologie isotopique

La présence de l'isotope 18 de l'oxygène (O) est moins importante dans les eaux océaniques proches des pôles que dans celles proches de l'équateur. Ceci est dû au fait que cet isotope est plus lourd que l'isotope O ; en conséquence, il s'évapore plus difficilement et se condense plutôt facilement, ce qui empêche une migration importante vers les pôles.

Si on analyse un échantillon de glace ancienne, moins il y a d'isotope O, plus il faisait froid au moment de la formation de la glace. Au contraire, dans une carotte provenant des tropiques (sédiments issus de foraminifères benthiques), une augmentation de l'isotope O signe un refroidissement global (diminution de la température marine et accumulation de glace aux pôles).

Les sédiments des fonds océaniques et les glaces accumulées aux pôles ou au Groenland ont gardé les traces des variations de concentration des isotopes de l'oxygène au cours du temps. Par exemple, la glace formée il y a 10 000 ans permet de connaître la concentration en isotope O de l'atmosphère de cette époque. Selon la concentration, on peut donc reconstituer les fluctuations des températures globales au cours du temps sur de longues périodes et définir ainsi les stades isotopiques de l'oxygène.

Corrélations entre chronologies régionales et chronologie isotopique

Index Nom Type de période Date de début et de fin (en milliers d'années) Stade isotopique Époque Alpine Nord-américaine Nord-européenne Grande-Bretagne Flandrien interglaciaire auj. – 12 1 Holocène 1 Würm Wisconsinien Weichsélien ou Vistulien Devensien période glaciaire 12 – 110 2-4 & 5a-d Pléistocène Riss-Würm Sangamonien Eémien Ipswichien interglaciaire 110 – 130 5 2 Riss Illinoien Saalien Wolstonien ou Gipping période glaciaire 130 – 200 6 Mindel-Riss Yarmouthien Holsteinien Hoxnien interglaciaire 200 – 300/380 7,9,11 3 – 5 Mindel Kansien Elsterien Anglien période glaciaire 300/380 – 455 8,10,12 Günz-Mindel Aftonien Cromerien interglaciaire 455 – 620 12-15 7 Günz Nebraskien Menapien Beestonien période glaciaire 620 – 680 16

Les glaciations dans la culture

Les romans préhistoriques font souvent état des paysages englacés. C'est le cas de la saga des Enfants de la Terre de Jean Auel.

Bernard du Boucheron a proposé dans Court Serpent une fresque des conséquences du Petit Âge Glaciaire pour les dernières populations vikings du sud du Groenland.

La série de films d'animation L'Âge de glace et les jeux vidéo dérivés font directement référence aux conséquences des alternances entre épisodes glaciaires et interglaciaires.

一望无际的南极冰盖

大冰期（英语：Ice Age），又称“冰河时期”或“冰川时期”，是指地球大气和地表长期低温导致极地和山地冰盖大幅扩展甚至覆盖整个大陆的时期。相邻的大冰期之间的气候比较温暖的时期，称为“大间冰期”。大冰期内部又分为若干次冰期（glacial period、glacials或glaciations）与间冰期（interglacials）。

从冰川学的角度，南北半球出现大范围冰盖的时期即可视作大冰期。鉴于格陵兰和南北极大范围冰盖的存在，当今的地球仍处在始于260万年前更新世的第四纪大冰期的一次间冰期中，且尚无迹象表明地球正在走出这次大冰期。

冰期理论的起源

1742年，日内瓦工程师和地理学家皮埃尔·马泰尔（Pierre Martel）在阿尔卑斯山地区的夏慕尼游览。马泰尔在行记中记载，当地居民认为漂砾的产生是因为冰川曾经扩张得很远。在阿尔卑斯的其他地区也有类似说法。 当时欧洲其他国家的学者也在思考漂砾的成因。瑞典矿业专家Daniel Tilas于1742年最早提出斯堪的纳维亚和波罗的海一带出现的漂砾是海冰作用的结果。1795年，苏格兰哲学家、博物学家詹姆斯·赫顿（James Hutton）认为阿尔卑斯山漂砾的形成是冰川的作用。1818年，瑞典植物学家瓦伦贝格（Göran Wahlenberg）提出了斯堪的纳维亚半岛冰川化的理论，并认为冰川化只是局部现象。几年后，丹麦地质学家埃斯马尔克（Jens Esmark）则提出全球性的多次冰期理论，其形成是地球气候变化的结果，且与地球轨道的改变有关。

大冰期的成因

大气层的组成：二氧化碳、甲烷等的浓度。

地球轨道的变化：也就是所谓的米兰科维奇循环，也可能和太阳在银河系中的位置有关系。

板块运动：板块运动造成地球表面海洋和陆地位置的变动，这会影响风、洋流、气流，造成地球能量收支上的改变。

太阳输出能量的变动：如太阳活动周期性的变动。

地月系统的轨道动力学。

大陨石的撞击：造成大气层中的尘埃增加，也可能引发火山大规模的爆发。

火山爆发，特别是超级火山的喷发。

某个大陆板块位于极区，如现在的南极洲;

极区海域几乎被大陆所包围，如现在的北冰洋;

超大陆几乎占据了整个赤道地区，如罗迪尼亚大陆在成冰纪冰河时期就位于赤道地区。

很长时间的：天文物理学家认为太阳输出的能量每10亿年会增加10%。每10亿年增加10%的能量输出，足以造成地球上温室效应的失控－ 温度的上升会使水蒸气的量增加，而水蒸气是温室气体（比二氧化碳更强的温室气体），这会造成一种恶性循环。

短期变化：有些可能会造成能量的捕获。由于太阳很巨大，计有的不平衡和负回馈的过程和影响需要很长的时间，所以这些过程会回馈过度又造成不平衡...等等。（"长时间"在这儿指的是数千年至百万年的时间。）太阳黑子的周期，如蒙德极小期（Maunder minimum），与16世纪持续到19世纪的小冰期符合得很好。

历次大冰期

显生宙以来氧同位素显示的历次大时期，其中亮蓝色柱状表示侏罗纪-白垩纪可能由于当时大陆的分布而未发生的一次大冰期 地球形成以来大冰期至少出现过5次。大冰期中，温度下降，改变了地球表面的植物相和生物的生存环境，许多生物因此面临灭亡或被迫迁移，只有能够适应环境的物种，才能幸存下来。 新太古代大冰期 新太古代大冰期，又称休伦大冰期（Huronian），出现于24亿年前到21亿年前。由于主要冰盖遗迹证据在休伦湖北岸被发现而命名。这可能是地球上最严重最漫长的寒冷期。其成因可能是大氧化事件，大气层中急剧增加的氧气破坏了原始大气中的主要温室气体甲烷所致。 前寒武纪大冰期 前寒武纪大冰期，又称成冰纪大冰期（Cryogenian），出现于新元古代成冰纪，从8.5亿年前到6.3亿年前。这是十亿年来地球最严重的寒冷期，极地冰盖扩展到赤道；甚至形成了雪球地球，海洋也完全冻结。火山喷发的二氧化碳因地球生物不能光合作用而逐步累积，最终形成的温室效应使得地球走出冰封。随后是埃迪卡拉生物群标志着多细胞生物的出现，以及寒武纪生命大爆发，各种生物的门基本都出现了。 早古生代大冰期 早古生代大冰期，又称安第斯-撒哈拉大冰期（Andean-Saharan），时间跨度较小，出现于古生代晚奥陶纪与志留纪，从4.6亿年前到4.3亿年前。 晚古生代大冰期 6500万年来氧同位素记录的气候变化，可见3400万年前南极冰盖开始形成，2500万年前南极冰盖大部溶化，1300万年前南极冰盖重新形成。现在的平均温度比始新世气候最适宜（Eocene Climatic Optimum）时期要低10度以上 晚古生代大冰期，又称卡鲁大冰期（Karoo Ice Age），出现于古生代末期的石炭纪与二叠纪，从3.6亿年前到2.6亿年前。因南非卡鲁地区发现的冰盖证据而命名。可能的原因是在此前的泥盆纪陆生植物大量繁育，导致地球大气中氧含量的增加、二氧化碳的大幅减少所致。 第四纪大冰期 第四纪大冰期（Quaternary glaciation），或称作更新世大冰期（Pleistocene glaciation），当前大冰期（current ice age），或直接叫做大冰期（the ice age），开始于258万年前的上新世晚期，延续至今。此次大冰期中，地球处于冰期与间冰期交替出现的旋回。目前，地球上的大陆冰盖仅存在于南极洲、格陵兰、巴芬岛等处。

冰期与间冰期

65万年来南极洲的冰蕊所记录的大气二氧化碳浓度而划分的冰期/间冰期周期 距离现代较近的第四纪冰河时期的间冰期约为4万年，以后缩短为1万年。上一次冰期是约1万年前.。 名称 间冰期/冰期 年代（年） MIS 世 间冰期 1万2千年前至今 MIS1 全新世 沃姆冰期 Würm 冰期 11万年前至1万2千年前 MIS2-4 & 5a-d 更新世 里斯-沃姆间冰期 Riss-Würm 间冰期 13万年前至11万年前 MIS5e 里斯冰期 Riss 冰期 20万年前至13万年前 MIS6 民德-里斯间冰期 Mindel-Riss 间冰期（s） 30/38万年前至20万年前 MIS7 民德冰期 Mindel 冰期（s） 45万5千年前至30/38万年前 古萨-民德间冰期 Günz-Mindel 间冰期（s） 62万年前至45万5千年前 古萨冰期 Günz 冰期 68万年前至62万年前 Waalian 间冰期 54万年前至47万年前 多瑙第二冰期 Donau II 冰期 55万年前至54万年前 Tiglian 间冰期 58万5千年前至55万年前 多瑙第一冰期 Donau I 冰期 60万年前至58万5千年前 Pastonian interglacial 间冰期 80万年前至60万年前 MIS63 Pre-Pastonian glaciation 冰期 130万年前至80万年前 Bramertonian Interglacial 间冰期 155万年前至130万年前