Évolution du climat au cours du Cénozoïque : impact de la paléogéographie, des paramètres orbitaux et du CO2 sur la mousson asiatique et la biosphère terrestre - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2020

Climatic evolution of the Cenozoic : impact of paleogeography, orbital parameters and CO2 on the Asian monsoon and terrestrial biosphere

Évolution du climat au cours du Cénozoïque : impact de la paléogéographie, des paramètres orbitaux et du CO2 sur la mousson asiatique et la biosphère terrestre

Delphine Tardif

Abstract

Monsoons govern the climate of a large part of Asia from the Indian subcontinent to eastern China today. However, their establishment and evolution remain debated and are regularly re-evaluated thanks to the acquisition of new climate indicators. Recent data suggest that the monsoon regime in Asia was already in place about s 40Ma ago, in the late Eocene, in a globally warmer climate context and in a paleogeographic configuration very different from today. The aim of this thesis is to study the conditions for the development of Asian monsoons during the period 42-33Ma, encompassing the late Eocene and the major climatic transition from Eocene to Oligocene. We investigate the different fields of persistent uncertainties for this period (paleogeography, pCO2, sea level) and the different sources of climatic variability (mainly orbital forcing). We use the earth system model IPSL-CM5A2, recently adapted to the study of paleoclimates. Using a first late Eocene paleogeography and a pCO2 of 1120 ppm, we first show that the model simulates extremely seasonal rainfall in Asia, without presenting the atmospheric circulation characteristic of monsoons. The sensitivity of the late-Eocene climate and vegetation cover to the orbital parameters is then evaluated through various sensitivity tests. We show that orbital variations may have been a major forcing of climate and biological variability in Asia. Configurations favouring strong inter-hemispheric thermal gradients (via strong obliquities and/or precessions inducing warm boreal summers), by causing increased migration of humid equatorial air masses over the continent, generate seasonally very humid climates in summer over Southeast Asia. More generally, the vegetation cover also appears to be very sensitive to orbital variations in the subtropics and high latitudes. These results open new perspectives for reflection on possible relationships between orbital forcing, climate and the opening of dispersal corridors for Asian fauna towards Europe and America (the so-called Grande Coupure phenomenon). Finally, we compare the atmospheric circulations generated by alternative paleogeographic reconstructions of the Asian region. They test, for example, different altitudes of the Tibetan plateau and different morphologies of the initial phase of the collision between India and Asia, both of which are still the subject of much debate. Finally, these results are put into perspective by comparing them with climate simulations at ∼34, ∼20 and ∼10 Ma. The simulated climate in Asia finally appears to be very insensitive to local changes in the Indo-Tibetan paleogeography. Conversely, we note the progressive appearance of the pressure fields and winds characteristic of monsoons as the withdrawal of the Paratethys Sea and the closure of the Neotethys Ocean allows the exposure of the Arabian Peninsula and Central Asia, thus greatly increasing the continentality of the region. We thus suggest that the thermal gradients induced by the Asian continentality on a geological time scale, or by favourable orbital parameters on a time scale of a few thousand years, constitute the dominant forcings of the monsoon regime in Asia.
Les moussons régissent le climat d’une large partie de l’Asie depuis le subcontinent indien jusqu’à l’est de la Chine actuellement. Leur mise en place et leur évolution restent cependant débattues et sont régulièrement réévaluées grâce à l’acquisition de nouveaux indicateurs climatiques. Des données récentes suggèrent que le régime de mousson en Asie fonctionnait déjà il y a environ 40 Ma, à l’Éocène supérieur, dans un contexte climatique globalement plus chaud et dans une configuration paléogéographique très différente d’aujourd’hui. Le but de cette thèse est d’étudier les conditions d’une mise en place des moussons asiatiques au cours de la période 42-33 Ma, englobant la fin de l’Éocène et la transition climatique majeure de l’Éocène-Oligocène. Nous balayons les différents champs d’incertitudes persistantes pour cette époque (paléogéographie, pCO2, niveau marin) et les différentes sources de variabilité climatique (le forçage orbital essentiellement). Nous utilisons le modèle de système- Terre IPSL-CM5A2, récemment adapté à l’étude des paléoclimats. En utilisant une première paléogéographie tardi-Éocène et une pCO2 de 1120 ppm, nous montrons dans un premier temps que le modèle simule des précipitations extrêmement saisonnières en Asie, sans pour autant présenter la circulation atmosphérique caractéristique des moussons. La sensibilité du climat et du couvert végétal tardi-Éocène aux paramètres orbitaux est ensuite évaluée à travers différents tests de sensibilité. Nous démontrons que les variations orbitales ont pu être un forçage majeur de variabilité climatique et biologique en Asie. Les configurations favorisant des gradients thermiques inter-hémisphériques importants (via des obliquités fortes et/ou des précessions induisant des étés boréaux chauds), en provoquant une migration accrue des masses d’air équatoriales humides sur le continent, génèrent des climats saisonnièrement très humides en été sur le sud-est asiatique. Plus globalement, le couvert végétal semble également très sensible aux variations orbitales dans les subtropiques et aux hautes latitudes. Ces résultats ouvrent de nouvelles pistes de réflexion sur de possibles relations entre forçage orbital, climat et ouverture de corridors de dispersion des faunes asiatiques vers l’Europe et l’Amérique (phénomènes nommés Grande Coupure). Enfin, nous comparons les circulations atmosphériques générées par des reconstructions paléogéographiques alternatives de la région asiatique. Elles testent par exemple différentes altitudes du plateau tibétain et différentes morphologies de la phase initiale de collision entre l’Inde et l’Asie, ces deux aspects étant encore extrêmement débattus. Pour finir, ces résultats sont mis en perspective en les comparant à des simulations climatiques à ∼34, ∼20 et ∼10 Ma. Le climat simulé en Asie apparaît finalement très peu sensible aux changements locaux de la paléogéographie indo-tibétaine. À l’inverse, nous notons l’apparition progressive des champs de pressions et des vents caractéristiques des moussons à mesure que le retrait de la mer Paratéthys et de la fermeture de l’océan Néotéthys permet l’exondation de la péninsule arabique et de l’Asie centrale, augmentant ainsi fortement la continentalité de la région. Nous suggérons ainsi que les gradients thermiques induits par la continentalité asiatique sur une échelle de temps géologique, ou par des paramètres orbitaux favorables sur une échelle de temps de quelques milliers d’années constituent les forçages dominants du régime des moussons en Asie.
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Cite

Delphine Tardif. Évolution du climat au cours du Cénozoïque : impact de la paléogéographie, des paramètres orbitaux et du CO2 sur la mousson asiatique et la biosphère terrestre. Sciences de la Terre. Université Paris Cité, 2020. Français. ⟨NNT : 2020UNIP7211⟩. ⟨tel-03359472⟩

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