Correction séance 2 Glaciologie

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1 Correction séance 2 Glaciologie Introduction Document photocopié «Une carotte de glace du Groenland révèle un rapide changement climatique» I- Les glaces, archives climatiques Logiciel Vostok Film «NEEM» Deux périodes de réchauffement rapide remontant à la fin de la dernière période glaciaire ont pu être identifiées grâce à l'analyse de carottes de glace du Groenland. En outre, ces analyses indiquent que les changements climatiques ont eu lieu dans d'autres régions du monde à la même période. Les résultats, publiés dans la revue Science, permettront aux scientifiques de perfectionner les modèles informatiques actuels afin de prévoir un changement climatique à l'avenir. Des analyses de la composition de la glace montrent que la température dans l'hémisphère nord a augmenté de près de 10 C en une dizaine d'années à deux reprises. La première variation climatique s'est déroulée il y a de cela années, époque à laquelle la planète était encore en proie à la dernière ère glaciaire. La période chaude qui a suivi a duré moins de 20 00ans, avant que le climat ne se refroidisse. Le second réchauffement climatique s'est passé il y a années, marquant la fin de la dernière glaciation. A l aide des documents proposés, montrez en quoi l étude des glaces permet de reconstituer les paléoclimats et déterminez les caractéristiques des variations climatiques des dernières années. On attend un texte rédigé s appuyant sur des illustrations judicieusement choisies parmi les documents présentés (qui peuvent être modifiés pour favoriser leur compréhension). Les calottes polaires sont le résultat d une accumulation de couches successives de neige qui se sont transformées progressivement en glace. En prélevant la glace à plusieurs profondeurs par forage, les différentes couches de glace peuvent être identifiées puis datées. Sur les carottes de glace prélevées, on analyse : - l évolution des isotopes de l oxygène qui permet de reconstituer les paléo-températures - la composition des bulles d air piégées dans la glace qui donnent des indications sur la composition de l atmosphère régnant au moment des dépôts et en particulier pour les gaz à effet de serre (CO 2, méthane). 1- L évolution des isotopes de l oxygène et la reconstitution des paléotempératures Logiciel Oxygène Les molécules d eau sont issues de la combinaison à l hydrogène de 16 O et pour une faible partie de son isotope plus lourd, 18 O. Au cours de l'évaporation, dans les régions plus proches de l'équateur, l' 16 O passe préférentiellement dans la phase gazeuse et 18 O reste dans la phase liquide (l'eau de mer). Les masses d'air remontant aux pôles, elles se refroidissent et l'eau vapeur se condense et précipite : l' 18 O passe majoritairement dans la phase liquide (la pluie) et cela appauvrit d'autant plus le nuage restant en 18 O. Au final, c'est donc une neige très enrichie en 16 O qui précipite aux pôles : 18 O/ 16 O est très faible. L abondance de l 18 O dans la vapeur d eau atmosphérique dépend de la température de l air : plus le climat est froid, moins l eau contient cet isotope de l oxygène en arrivant au pôles. En période chaude le rapport 18 O/ 16 O diminue dans les océans car la glace libère une grande quantité de 16 O. Ce rapport augmente dans la glace. En période glaciaire, le rapport 18 O/ 16 O des océans augmente car la glace piège le 16 O. Il diminue dans la glace. Les variations de ce rapport 18 O/ 16 O sont données par une formule plus complexe qui permet de comparer le rapport à un rapport de référence et à prendre en compte la faible teneur en isotopes lourds. La valeur donnée par l utilisation de cette formule est appelé δ 18 O. page 1/6

2 delta 18 O (pour 1000) Ce lien entre variations du δ 18 O dans les glaces et variation de la température peut être retrouvé par l utilisation du fichier Halley_ annuel. delta 18 O en fonction de la température température C Ce fichier permet de montrer l évolution par des mesures actuelles du δ 18 O dans les glaces en fonction de la température. Le δ 18 O suit le rapport 18 O/ 16 O donc il augmente quand la température augmente et il diminue quand la température diminue. 2- Un autre rapport isotopique caractéristique des températures, le δd Document papier Le même raisonnement peut être appliqué au deutérium : aux pôles, la neige est enrichie en 1 H et «informations sur appauvrie en deutérium (D = 2 H) donc le rapport D/ 1 H est plus faible dans les glaces quand il fait plus l utilisation des isotopes froid. de l oxygène et de Plus il fait froid plus la masse d'air va se condenser rapidement au cours de son ascension vers les l hydrogène» pôles et plus le deutérium est précipité : la chute des rapports est alors accentuée. C est le même raisonnement que pour 18 O/ 16 O. Le δd des glaces augmente quand la température augmente et diminue quand la température diminue. 3- L étude des bulles de gaz contenues dans la glace Logiciel Vostok La composition des bulles d air piégées dans la glace qui donnent des indications sur la composition de l atmosphère régnant au moment des dépôts et en particulier pour les gaz à effet de serre (CO 2, méthane). On sait qu une accumulation de ces gaz entrainent une augmentation de la température terrestre. Remarque : on peut aussi dans les glaces trouver des traces d activités volcaniques, de polluants qui peuvent intervenir sur le climat (voir logiciel simclimat) page 2/6

3 delta D pou r1000 II- Les caractéristiques des variations climatiques des dernières années (Quaternaire) 1- Les résultats de l étude des isotopes à Vostok et Groenland Fichiers vostok, dome C et grip associés au fichier Google Earth + site Les mesures isotopiques réalisées sur les carottes de glaces de Vostok delta Deutérium (pour 1000) en fonction de l'âge internet de l université de la glace âge de la glace de Provence Les résultats obtenus à Vostok pour les différentes analyses indiquent qu au cours des dernières années, il y a eu une grande instabilité du climat avec des périodes froides (ou δd diminue) et des périodes chaudes ( ou δd augmente). Les périodes froides sont appelées périodes glaciaires et les périodes plus chaudes interglaciaires. Ces périodes sont organisées en cycles glaciaires comprenant une période glaciaire et une période interglaciaire d une durée d environ ans. A l intérieur de ces cycles, il existe des microvariations climatiques. Ces variations se retrouvent dans d autres stations aussi bien au nord qu au sud. Ces variations sont mondiales. 2- les résultats de l étude des bulles de gaz page 3/6

4 Logiciel Vostok Le logiciel Vostok permet de comparer les variations de la concentration des gaz à effet de serre et de la température. Les périodes glaciaires sont à corréler avec une diminution de la quantité de CO 2 et CH 4 dans l atmosphère et les périodes interglaciaires à une augmentation de la quantité de CO 2 et CH 4 dans l atmosphère. Il existe donc bien une corrélation entre la température et la composition en gaz à effet de serre dans l atmosphère. Remarque : il existe des mécanismes non anthropiques qui l atmosphère en gaz à effet de serre. modifient la composition de page 4/6

5 III Apport de l évolution des calottes polaires et des glaciers Google earth Paleobiomes Les glaciers laissent des traces dans le paysage (moraine) On peut à partir de ses traces reconstituer l avancée des glaciers à différentes périodes. Plus récemment la surveillance par satellite de l étendue des banquises arctiques et antarctiques permet également de suivre l évolution globale du climat. CONCLUSION Les glaces apportent plusieurs types d indices sur les climats passés : - Les bulles d air qu elles contiennent permettent d étudier la composition de l air durant les dernières années, en particulier la présence de gaz à effet de serre et les polluants. - La composition isotopique des glaces (pour l oxygène ou l hydrogène) permettent de retracer les évolutions climatiques au cours de cette même période. Les résultats de ces études montrent des variations climatiques cycliques ( ans) où alternent des périodes glaciaires et interglaciaires. Les périodes glaciaires correspondent à des périodes en moindre teneur en gaz à effet de serre et les périodes interglaciaires sont liés à des concentrations plus élevées en gaz à effet de serre. page 5/6

6 T+ T- page 6/6

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