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Il a fallu de l'évolution 3 ou 4 milliards d'années pour produire Homo sapiens. Si le climat avait complètement échoué une seule fois pendant cette période, alors l'évolution se serait arrêtée brutalement et nous ne serions pas ici maintenant. Donc, pour comprendre comment nous sommes arrivés à exister sur la planète Terre, nous aurons besoin de savoir comment la Terre a réussi à rester en forme pour la vie pendant des milliards d'années.
Ce n'est pas un problème trivial. Le réchauffement climatique actuel nous montre que le climat peut changer considérablement en quelques siècles. Sur les échelles de temps géologiques, il est encore plus facile de changer de climat. Les calculs montrent qu'il est possible que le climat de la Terre se détériore à des températures inférieures à zéro ou au-dessus de l'ébullition en quelques millions d'années seulement.
Nous savons également que le Soleil est devenu 30% plus lumineux depuis la première évolution de la vie. En théorie, cela aurait dû faire bouillir les océans maintenant, étant donné qu'ils n'étaient pas généralement gelé sur la Terre primitive - c'est ce qu'on appelle le "faible jeune paradoxe du soleil». Pourtant, d'une manière ou d'une autre, ce puzzle d'habitabilité a été résolu.
Les scientifiques ont proposé deux théories principales. La première est que la Terre pourrait posséder quelque chose comme un thermostat - un mécanisme de rétroaction (ou des mécanismes) qui empêche le climat d'errer à des températures mortelles.
La seconde est que, sur un grand nombre de planètes, peut-être que certaines réussissent simplement par chance, et la Terre en fait partie. Ce deuxième scénario est rendu plus plausible par les découvertes au cours des dernières décennies de nombreuses planètes en dehors de notre système solaire - soi-disant exoplanètes. Les observations astronomiques d'étoiles éloignées nous disent que beaucoup ont des planètes en orbite autour d'elles, et que certaines sont d'une taille, d'une densité et d'une distance orbitale telles que des températures propices à la vie sont théoriquement possibles. On a estimé qu'il y a au moins 2 milliards de ces planètes candidates dans notre seule galaxie.
Il existe de nombreuses exoplanètes… mais combien ont un climat stable? Jurik Peter / Shutterstock
Les scientifiques aimeraient se rendre sur ces exoplanètes pour déterminer si l'une d'entre elles a égalé le milliard d'années de stabilité climatique de la Terre. Mais même les exoplanètes les plus proches, celles en orbite autour de l'étoile Prochain Centauri, sont à plus de quatre années-lumière. Les preuves d'observation ou expérimentales sont difficiles à trouver.
Au lieu de cela, j'ai exploré la même question à travers la modélisation. À l'aide d'un programme informatique conçu pour simuler l'évolution du climat sur les planètes en général (pas seulement la Terre), j'ai d'abord a généré 100,000 planètes, chacun avec un ensemble aléatoire de rétroactions climatiques. Les rétroactions climatiques sont des processus qui peuvent amplifier ou diminuer le changement climatique - pensez par exemple à la fonte des glaces de mer dans l'Arctique, qui remplace la glace réfléchissant la lumière du soleil par une mer ouverte absorbant la lumière du soleil, ce qui à son tour provoque plus de réchauffement et de fonte.
Afin d'étudier la probabilité que chacune de ces diverses planètes reste habitable sur d'énormes échelles de temps (géologiques), j'ai simulé 100 fois. Chaque fois, la planète est partie d'une température initiale différente et a été exposée à un ensemble aléatoire d'événements climatiques différents. Ces événements représentent des facteurs qui modifient le climat tels que les éruptions de supervolcan (comme Mont Pinatubo mais beaucoup plus gros) et des impacts d'astéroïdes (comme celui qui a tué les dinosaures). Sur chacun des 100 essais, la température de la planète a été suivie jusqu'à ce qu'elle devienne trop chaude ou trop froide ou qu'elle ait survécu pendant 3 milliards d'années, moment auquel elle a été considérée comme un creuset possible pour une vie intelligente.
Modification du climat : l'éruption du mont Pinatubo aux Philippines en 1991 a projeté tellement de cendres dans l'atmosphère que les températures mondiales ont temporairement chuté de 0.6 °C. SRA Blaze Lipowski / picryl
Les résultats de la simulation apportent une réponse définitive à ce problème d'habitabilité, du moins en termes d'importance des rétroactions et de la chance. Il était très rare (en fait, une seule fois sur 100,000 100) pour une planète d'avoir des rétroactions stabilisatrices si fortes qu'elle est restée habitable toutes les 100 fois, indépendamment des événements climatiques aléatoires. En fait, la plupart des planètes qui sont restées habitables au moins une fois l'ont fait moins de dix fois sur 3. À presque toutes les occasions dans la simulation, lorsqu'une planète est restée habitable pendant XNUMX milliards d'années, c'était en partie dû à la chance. Dans le même temps, la chance à elle seule s'est révélée insuffisante. Les planètes spécialement conçues pour ne pas avoir de rétroaction du tout, ne sont jamais restées habitables; des promenades aléatoires, secouées par les événements climatiques, n'ont jamais duré le parcours.
Les exécutions répétées dans la simulation n'étaient pas identiques: 1,000 planètes différentes ont été générées au hasard et chacune a été exécutée deux fois. (a) résultats au premier tirage, (b) résultats au deuxième tirage. Les cercles verts montrent le succès (resté habitable pendant 3 milliards d'années) et l'échec noir. Toby Tyrell, Auteur fourni
Ce résultat global, selon lequel les résultats dépendent en partie des rétroactions et en partie de la chance, est robuste. Toutes sortes de modifications apportées à la modélisation ne l'ont pas affectée. Par implication, la Terre doit donc posséder des rétroactions stabilisatrices du climat mais en même temps chance doit également avoir été impliqué dans le fait de rester habitable. Si, par exemple, un astéroïde ou une éruption solaire avait été légèrement plus gros qu'il ne l'était, ou s'était produit à un moment légèrement différent (plus critique), nous ne serions probablement pas ici sur Terre aujourd'hui. Cela donne une perspective différente sur les raisons pour lesquelles nous sommes capables de revenir sur l'histoire remarquable et extrêmement étendue de la vie sur Terre, qui évolue et se diversifie et devient de plus en plus complexe au point qu'elle nous a donné naissance.
Le professeur Toby Tyrrell discute de ses recherches.
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A propos de l'auteur
Toby Tyrrell, professeur de science du système terrestre, Université de Southampton
Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.
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