Paléozoïque - Climat et variations climatiques
CLIMATOLOGIE
L'ère Paléozoïque (éon Phanérozoïque)
Le Paléozoïque, qui s'étend de -541 à -252 millions d'années (Ma), est la première ère géologique de l'éon Phanérozoïque. Il s'agit d'une ère importante pour la biologie, car elle a vu l'apparition de la vie sur Terre. En effet, de nombreux organismes ont émergé, notamment les animaux et les plantes. Le Paléozoïque a ainsi vu l'évolution des premiers vertébrés, qui ont progressivement gagné en complexité et en capacité de mouvement. Les vertébrés sont devenus des prédateurs importants dans les eaux et sur les terres, cela a fortement contribué à l'évolution de la biodiversité.
Durant le Paléozoïque, qui a duré environ 289 millions d'années, la Terre a subi de nombreuses transformations géologiques, telles que la formation de nouveaux continents, la collision de plates-formes tectoniques, ainsi que l'élévation et la baisse des niveaux marins. Cette variabilité géologique a créé un environnement variable pour les formes de vie existantes, qui ont dû s'adapter pour survivre.
Le Paléozoïque se décompose en six périodes :
- le Cambrien (-541 à -485 Ma) ;
- l'Ordovicien (-485 à -444 Ma) ;
- le Silurien (-444 à -419 Ma) ;
- le Dévonien (-419 à -359 Ma) ;
- le Carbonifère (-359 à -299 Ma) ;
- le Permien (-299 à -252 Ma).
Le Paléozoïque, un véritable développement de la vie terrestre
Chaque période a vu l'émergence de nouvelles formes de vie, mais aussi l'extinction de certaines espèces.
Par exemple, la période du Cambrien a vu l'apparition des premiers animaux et des premières plantes terrestres. Tandis que la période du Permien a été marquée par une extinction massive. En effet, durant l'extinction dite du Permien-Trias, 90 % de la faune marine et de 70 % des vertébrés terrestres auraient disparu.
L'explosion cambrienne
L'explosion cambrienne est l'un des événements les plus importants de l'histoire de la vie sur Terre. C'est une période de l'histoire de la Terre qui a eu lieu il y a environ 541 millions d'années, au cours de laquelle on a assisté une augmentation rapide et significative de la diversité des formes de vie animale.
Pendant cette période, qui a duré quelques 25 millions d'années, de nombreuses formes de vie animale ont émergé, dont beaucoup ont continué à évoluer pour devenir les formes de vie que nous connaissons actuellement.
L'explosion cambrienne serait due à une combinaison de facteurs, notamment l'augmentation de l'oxygène dans l'atmosphère et l'apparition massive de prédateurs.

Vue d'artiste de tribobites par Heinrich Harder (1858-1935)
Les animaux du Paléozoïque
Parmi les premiers animaux apparus dès le Cambrien, on peut citer :
- les trilobites : des crustacés arthropodes qui ont été très abondants et diversifiés. Ils ont laissé de nombreux fossiles ;
- les brachiopodes : des mollusques benthiques à coquille bivalve qui ont été nombreux. Ils ont évolué pour s'adapter à différents types d'habitats marins ;
- les échinodermes : des animaux marins tels que les oursins, les étoiles de mer et les crinoïdes. Ils ont joué un rôle primordial dans les écosystèmes marins ;
- les cnidaires : les méduses et les anémones de mer. Ils ont été parmi les premiers animaux à développer des organes de défense ;
- les poissons : les premiers poissons étaient des créatures primitives sans mâchoires, comme les ostracodermes. Les poissons plus évolués, comme les placodermes et les actinoptérygiens, sont apparus plus tard au cours du Paléozoïque.
Les fossiles des trilobites et brachiopodes sont des indices importants de la géologie de la période paléozoïque.
Parmis les autres animaux apparus entre l'Ordovicien et le Permien, on trouve :
- les ammonites : des mollusques céphalopodes qui ont prospéré dans les océans à partir du Dénovien ;
- les insectes : les insectes sont apparus pour la première fois dans les archives fossiles du Dévonien, mais ils se sont diversifiés et ont proliféré pendant la période du Carbonifère. Les insectes du Paléozoïque incluaient des libellules géantes et des arthropodes prédateurs ;
- les amphibiens : les amphibiens ont évolué à partir de poissons à nageoires charnues pendant la période du Devonien. Ils étaient adaptés à la vie sur terre et dans l'eau, mais leur dépendance à l'eau pour la reproduction limitait leur distribution.
- les reptiles : les premiers reptiles ont évolué à partir d'amphibiens pendant la période du Carbonifère, mais ils ne sont devenus dominants qu'à la fin de la période du Permien. Les reptiles ont prospéré pendant le Mésozoïque et ont finalement évolué en oiseaux et en mammifères.
La végétation au Paléozoïque
Au début du Paléozoïque, la végétation était principalement composée de cynobactéries, puis les plantes ont commencé à évoluer et à se diversifier.
Les plantes non-vasculaires, comme les algues et les mousses, ont commencé à apparaître au Silurien. Au Dévonien les plantes ont commencé à se développer sur la terre ferme et à former des forêts basses de mousses, de fougères et de lycopodes. Les premiers arbres sont apparus à la fin du Dévonien.
Au Carbonifère, les plantes ont connu une explosion de diversité. Des arbres géants tels que les lycopodes, les calamites et les fougères arborescentes ont dominé les forêts. Ces arbres ont fini par former des gisements de charbon, des dépôts de matière organique qui se sont fossilisés sous la surface de la terre. Les gymnospermes, tels que les conifères, ont commencé à apparaître plus tard au Carbonifère
Au Permien, les plantes ont continué à évoluer, mais ont subi des perturbations importantes à la fin de l'ère en raison de la plus grande extinction de masse de l'histoire de la Terre.
Climat global du Paléozoïque
Globalement, l'ère Paléozoïque est considérée comme une période chaude de l'histoire de la Terre.
Cependant, le climat a évolué en fonction des changements géologiques, des éruptions volcaniques, de la position des continents, des variations de l'inclinaison de l'axe de la Terre et des niveaux de gaz à effet de serre dans l'atmosphère.
Au début du Paléozoïque, l'atmosphère était principalement composée de dioxyde de carbone (CO₂) et de méthane (CH₄). Cette atmosphère riche en gaz à effet de serre a favorisé le réchauffement de la planète et a permis l'apparition de la vie complexe, notamment des premiers organismes multicellulaires.

Vue d'artiste de la végétation luxuriante au Paléozoïque par Eduard Riou (1838-1900)
Climat du Cambrien (-541 à -485 Ma)
Le Cambrien marque le début du Paléozoïque et est caractérisé par un climat globalement chaud et stable, sans calottes glaciaires aux pôles. L'atmosphère était principalement composée de dioxyde de carbone (CO₂), de vapeur d'eau (H₂O), de méthane (CH₄) et d'azote (N₂), avec peu d'oxygène libre.
Cette période voit une augmentation significative des températures moyennes, estimées entre 20 et 25 °C, et possiblement jusqu'à 30 °C selon certaines études. Ces températures particulièrement élevées étaient favorisée par une forte concentration en dioxyde de carbone (CO₂) dans l’atmosphère. En effet, celle-ci atteignait plusieurs milliers de ppm, bien supérieure aux niveaux actuels.
Les continents du Cambrien, principalement réunis en Gondwana, Laurentia et Sibéria, étaient majoritairement situés dans l’hémisphère sud ou près de l’équateur. Les océans étaient vastes et peu profonds, avec une circulation océanique influencée par l'absence de glaciation et des gradients thermiques réduits. Cette configuration, associée à l'absence de calottes glaciaires, a favorisé la transgression marine et l'extension des mers peu profondes, créant des environnements propices à la vie marine. La stratification des masses d'eau était parfois marquée, entraînant des épisodes d’anoxie dans certaines zones marines.
Le climat chaud et la montée du niveau marin ont conduit à une extension des plates-formes carbonatées, favorisant le dépôt de calcaire et une activité biologique intense. Ce contexte a permis la fameuse explosion cambrienne, un événement majeur de diversification des formes de vie, notamment des trilobites, des arthropodes et des organismes à squelettes durs.
Bien que le climat cambrien ait été relativement stable, des épisodes de refroidissement localisés et des variations du niveau marin ont eu lieu, probablement en réponse aux cycles tectoniques et à l’évolution de la composition atmosphérique. Cependant, aucune preuve d’une glaciation majeure n’a été trouvée, ce qui contraste avec les ères précédentes et suivantes.
Climat de l'Ordovicien (-485 à -444 Ma)
L’Ordovicien est marqué par un climat initialement chaud et stable, similaire à celui du Cambrien, avant d’évoluer vers un refroidissement global aboutissant à une glaciation majeure à la fin de la période.
Au début de l’Ordovicien, les températures moyennes étaient relativement élevées (entre 16 et 22 °C), avec des niveaux de CO₂ atmosphérique supérieurs à 4000 ppm. L'effet de serre était alors intense. Les océans étaient vastes et peu profonds, et les continents, principalement Gondwana, Laurentia, Baltica et Sibéria, étaient en pleine dérive. Gondwana s'est déplacé progressivement vers le pôle Sud, jouant un rôle clé dans l’évolution climatique ultérieure.
La période connut une forte productivité biologique, avec l’essor des brachiopodes, céphalopodes, coraux et échinodermes, ainsi que des récifs calcaires. L’augmentation de la photosynthèse, combinée à l’altération des roches silicatées, a entraîné une réduction progressive du CO₂ atmosphérique, avec pour conséquence : un refroidissement global.
À la fin de l'Ordovicien, cette tendance au refroidissement a culminé avec une glaciation majeure, notamment due à la position de Gondwana qui s'est déplacé vers le pôle Sud, favorisant des conditions glaciales. Les températures moyennes à cette époque auraient alors chuté de manière significative, avec des valeurs proches de 10 à 12 °C, voire moins. Il s'agira de l'une des plus grandes glaciations de l'histoire de la Terre !
Glaciation de l'Ordovicien
À la fin de l’Ordovicien, une glaciation majeure s’est installée lorsque Gondwana s’est retrouvé au pôle Sud. La glaciation de l'Ordovicien, qui s'est produite entre -460 et -440 millions d'années, a été l'une des plus importantes du Paléozoïque. La glace recouvrait jusqu'à 30 % de la surface terrestre. Elle a provoqué une baisse du niveau marin due à la formation de calottes glaciaires, entraînant une crise écologique massive. Cette phase de refroidissement extrême est responsable de la première grande extinction de masse, affectant environ 85 % des espèces marines.
Climat du Silurien (-444 à -419 Ma)
Le Silurien marque une période de réchauffement climatique après la grande glaciation de la fin de l’Ordovicien. Ce réchauffement entraîne une fonte progressive des calottes glaciaires, provoquant une élévation du niveau marin et l’expansion des mers épicontinentales.
Le climat du Silurien est globalement chaud et stable, avec des températures moyennes oscillant entre 17 et 20 °C. La concentration en CO₂ atmosphérique, bien que réduite par rapport à l’Ordovicien tardif, reste élevée, contribuant à un effet de serre modéré. Les océans retrouvent une circulation plus dynamique, favorisant une oxygénation accrue des eaux profondes après les périodes d’anoxie de l’Ordovicien.
La réorganisation des continents se poursuit : Laurentia, Baltica et Avalonia fusionnent pour former le supercontinent Laurussia (ou Euramérique), tandis que Gondwana demeure majoritairement dans l’hémisphère sud. Cette tectonique active influence les régimes climatiques, avec l’apparition de zones arides à l’intérieur des terres et de climats tropicaux humides le long des côtes.
Le Silurien est également marqué par une importante expansion de la vie marine, notamment des coraux, des brachiopodes et des poissons à mâchoires (gnathostomes). Sur les continents, la végétation primitive (mousses, hépatiques...) colonise progressivement les terres. Elle joue alors un rôle croissant dans le cycle du carbone en influençant le climat à long terme.
Climat du Dénovien (-419 à -359 Ma)
Le Dévonien est marqué par un climat globalement chaud, une forte activité tectonique et d’importants changements écologiques, notamment l’essor des plantes terrestres et des premiers écosystèmes forestiers.
Au début du Dévonien, les températures moyennes restent élevées (20 à 25 °C), avec une atmosphère riche en CO₂ (supérieur à 2000 ppm), maintenant un effet de serre prononcé. Toutefois, la colonisation massive des terres par les plantes vasculaires (lycopodes, fougères primitives, prêles) entraîne une absorption accrue du CO₂, modifiant le cycle du carbone et contribuant à un lent refroidissement.
Les continents poursuivent leur dérive : Laurussia (ou Euramérique) et Gondwana se rapprochent, préfigurant la formation du futur supercontinent Pangée. De vastes mers épicontinentales recouvrent encore de nombreuses régions, favorisant la diversification des récifs coralliens et des écosystèmes marins.
Le Dévonien connaît des épisodes climatiques contrastés :
- Début et milieu du Dévonien : climat chaud et stable, propice à la diversification des poissons, notamment les premiers requins, placodermes et sarcoptérygiens (ancêtres des tétrapodes) ;
- Fin du Dévonien : baisse progressive du CO₂, développement des forêts, augmentation de l’altération continentale et piégeage du carbone dans les sols. Ces facteurs entraînent une glaciation régionale, une chute du niveau marin et des crises anoxiques dans les océans.
Ces bouleversements aboutissent à l’extinction de masse du Dévonien supérieur, qui affecte principalement la vie marine (récifs coralliens, trilobites, brachiopodes, etc.). Les causes exactes de cette extinction sont encore débattues, mais plusieurs facteurs ont probablement contribué, notamment les changements climatiques, l'anoxie océanique et l'impact de l'expansion des plantes terrestres.
Climat du Carbonifère (-359 à -299 Ma)
Le Carbonifère est une période marquée par un climat chaud et humide au début, suivi d’un refroidissement graduel en fin de période. C’est également une époque cruciale pour l’évolution de la vie terrestre et des dynamiques climatiques.
Le début du Carbonifère est caractérisé par un climat globalement chaud et humide, propice à la prolifération de forêts luxuriantes et de marécages, particulièrement dans les zones équatoriales. Les températures moyennes sont élevées, se situant aux alentours de 20 °C, et l’atmosphère contient des niveaux élevés de CO₂. Ce climat favorable permet le développement de vastes forêts de fougères arborescentes, de lycopodes géants et de mousses, qui jouent un rôle crucial dans la fixation du carbone et la réduction des concentrations de CO₂.
L’abondance des végétaux et des marécages entraîne la formation de vastes tourbières, qui, avec le temps, se transforment en gisements de charbon. Ces forêts marécageuses sont à l’origine des importantes réserves de charbon que l’on exploite aujourd'hui, témoignage de la forte activité biologique de l’époque.
On distingue deux phases climatiques principales au Carbonifère :
- Au début du Carbonifère (Mississippien) : le climat est chaud et humide, avec des niveaux marins élevés. De vastes mers peu profondes recouvrent une partie des continents, favorisant la biodiversité marine. Les récifs coralliens prospèrent et la vie marine est abondante ;
- À la fin du Carbonifère (Pennsylvanien) : un refroidissement climatique s'amorce, les mers se retirent et les forêts marécageuses reculent. Des calottes glaciaires se forment sur le supercontinent Gondwana, marquant une phase glaciaire.
Le Carbonifère est une période de diversification importante des plantes terrestres (apparition des premières forêts modernes) et des animaux. Sur terre, les amphibiens dominent, tandis que les premiers reptiles apparaissent, marquant le début de la transition vers des formes de vie plus adaptées aux environnements secs. Dans les océans, des groupes tels que les poissons cartilagineux (requins) et les arthropodes marins sont prospères.
Glaciation du Carbonifère-Permien (ou de Karoo)
Au cours de la fin du Carbonifère et du début du Permien, qui ont clôturé l'ère Paléozoïque, la Terre a connu l'une des plus grandes glaciations de son existence ! Cette glaciation, qui a duré de -320 à -260 millions d'années, est connue sous le nom de glaciation du Carbonifère-Permien ou glaciation de Karoo. Elle a provoqué une baisse spectaculaire des températures globales. Certaines parties de la Terre étaient entièrement recouvertes de glace, tandis que les océans étaient plus froids, mais aussi plus acides.
Climat du Permien (-299 à -252 Ma)
Le Permien est une période charnière de l'histoire de la Terre, marquée par des événements climatiques significatifs et une évolution notable des formes de vie.
Cette période a connu une évolution climatique complexe et dynamique. Si le début du Permien a été caractérisé par un réchauffement progressif après la glaciation de Karoo, avec une augmentation du CO2 atmosphérique, le climat a ensuite oscillé de manière significative. Les températures ont connu d'importantes variations, allant de phases glaciaires où elles avoisinaient 12 °C à des périodes de chaleur intense dépassant 25 °C. Cette instabilité s'est traduite par une alternance de conditions climatiques, avec des phases plus chaudes et sèches succédant à des périodes plus fraîches et humides, influençant profondément les écosystèmes et la biodiversité. Le Permien s'est achevé par un réchauffement massif, culminant avec la plus grande extinction de masse de l'histoire de la Terre.
La formation de la Pangée, un supercontinent unique, joue un rôle clé dans ce climat extrême, en raison de la création de vastes régions intérieures continentales loin des océans. Ces terres continentales, privées de la régulation thermique apportée par les océans, connaissent des températures élevées pendant la journée et froides la nuit, créant des conditions climatiques très arides à l'intérieur des terres.
L'atmosphère, riche en gaz à effet de serre, notamment le CO₂, a contribué à maintenir un climat tropical dans les zones proches de l'équateur et des conditions plus sèches dans les zones intérieures des continents. Les régions équatoriales ont connu des températures élevées, tandis que les zones plus polaires étaient relativement plus tempérées, bien que l'absence de glaciations majeures ait permis des conditions globales plus chaudes que celles des périodes précédentes.
Le Permien est également une époque de dérive tectonique importante. Le supercontinent Pangée, qui avait commencé à se former au Carbonifère, se constitue pleinement au Permien, concentrant les terres émergées autour des latitudes moyennes et augmentant les phénomènes d’isolement climatique des régions intérieures. Cette configuration géographique a accentué les effets du climat continental et des variations de température importante.
Le Permien est marqué par la domination des gymnospermes (notamment les conifères) et des plantes à spores. Les forêts sont dominées par des plantes arborescentes et des prêles géantes, mais la végétation se fait plus éparse vers la fin de la période. Sur terre, les amphibiens et les reptiles connaissent une diversification notable, avec les premiers groupes d'archosaures (ancêtres des dinosaures) qui apparaissent. Les térapsides, ancêtres des mammifères, connaissent une grande diversité, marquant un tournant dans l'évolution des vertébrés terrestres. Les poissons dominent toujours les océans, mais de nombreux groupes marins comme les trilobites disparaissent progressivement. Les récifs coralliens sont également affectés par les conditions climatiques et l’extinction de certaines espèces marines.
L'extinction du Permien
Le Permien s'est clôturé par l'une des plus grandes extinctions de masse de l'histoire de la Terre : "l'extinction du Permien". Elle s'est produite il y a environ 252 millions d'années à la fin du Permien, et a entraîné l'extinction de plus de 90 % des espèces marines et environ 70 % des espèces terrestres.
L'extinction du Permien a été associée à des changements climatiques importants, notamment une augmentation significative du gaz à effet de serre dans l'atmosphère.
Les causes de cette extinction sont multiples et font encore l'objet de débats, mais plusieurs facteurs ont probablement contribué :
- Un réchauffement climatique massif lié à une activité volcanique intense (principalement les éruptions des trapps de Sibérie). La libération de quantités massives de gaz à effet de serre (notamment du CO₂ et du méthane), aurait entraîné un effet de serre extrême. Températures moyennes estimées de 25 à 30 °C;
- Une réduction de l’oxygène dans les océans, probablement due à la perturbation des cycles biologiques et à l’anoxie marine ;
- D'autres facteurs tels que l'impact d'un astéroïde ou des changements dans la circulation océanique pourraient également avoir joué un rôle.
Il est important de noter que l'extinction du Permien a été un événement complexe et multifactoriel, et que les causes exactes sont encore sujettes à des recherches et des discussions scientifiques.
Des variations climatiques influencées par la géologie et la biologie
Durant le Paléozoïque les continents se sont regroupés en un seul supercontinent, la Pangée, et l'océan Panthalassa recouvrait la majeure partie de la planète.
La formation du supercontinent, la Pangée
La formation de la Pangée a débuté il y a environ 320 millions d'années, à la fin du Carbonifère. Auparavant, la Terre était constituée de plusieurs continents plus petits répartis sur l'ensemble de la planète. Avant la formation du supercontinent Pangée, il existait plusieurs océans sur Terre : Panthalassa, Rheic, Lapétus et Téthys. Les mouvements tectoniques ont été à l'origine de la séparation et de la réunion des continents.
Au début de l'ère Paléozoïque, la Terre était composée de deux masses continentales principales : la Laurasie et le Gondwana. L'Amérique du Sud et l'Afrique formaient le Gondwana, qui était séparé de la Laurasie (Amérique du Nord, de l'Europe et de l'Asie), par l'océan Téthys.
Les continents ont commencé à se rapprocher au cours du Permien, il y a environ 299 millions d'années. Ce mouvement a été déclenché par des forces tectoniques et la subduction des plaques tectoniques qui ont provoqué la fermeture de l'océan Téthys et la collision des masses continentales de la Laurasie et du Gondwana.

La présence d'une seule masse continentale a entraîné une circulation atmosphérique plus uniforme, ce qui a contribué à la création d'un climat chaud et humide sur l'ensemble de la planète. La fermeture de l'océan Téthys a également fortement modifié les courants océaniques et les modèles climatiques, avec un impact important sur la biodiversité de la planète.
La végétation dense, régulateur du climat
La vie végétale a également joué un rôle important dans l'évolution du climat du Paléozoïque. Les forêts tropicales luxuriantes qui recouvraient la planète ont joué un rôle important dans la régulation des niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. En effet, ces forêts ont absorbé le gaz dans le cadre du processus de photosynthèse. Cette diminution des niveaux de CO₂ a ainsi contribué à diminuer l'effet de serre, et donc, à refroidir progressivement la Terre.