Partie 1 : Les changements climatiques. A/ Les changements climatiques du quaternaire, des derniers ans.

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1 (Séance 1) Partie 1 : Les changements climatiques. A/ Les changements climatiques du quaternaire, des derniers ans. I/ Les indicateurs des changements climatiques. Il existe plusieurs méthodes directes ou indirectes pour connaître et/ou reconstituer les paléoclimats. Les différents indicateurs étudiés permettent d accéder à des simulations + ou anciennes. Exemples : les données récentes des archives historiques : publication des bans des vendanges, des moissons, l inscription de catastrophes naturelles, l étude d œuvres d art, de textes historiques + la dendrochronologie, ont permis a E.Leroy Ladurie de reconstituer «l histoire du climat depuis l an mil».. 1) Etude des calottes glaciaires. a) Pourquoi étudier les glaces?(pages 8/9). Un site très complet : Plus simple : Le quotidien des chercheurs en images : Les carottages réalisés dans les glaces polaires permettent d accéder directement ou indirectement aux archives glaciaires des +/ dernières années. Les calottes correspondent à une accumulation des précipitations neigeuses annuelles. (ATTENTION : NE PAS CONFONDRE AVEC LA BANQUISE) NB : Le choix des sites de carottage doit tenir compte des déformations liées à l écoulement de la glace.

2 On peut y lire : Les couches annuelles superposées (et leur contenu éventuel : poussières, cendres, polluants, éléments radioactifs ) qui nous donnent des indications sur les conditions climatiques au moment de la précipitation et nous permettent de dater les carottes. Stries dans une carotte glaciaire. Le contenu des bulles d air piégées dans le réseau cristallin de la glace, qui permet de connaître (la limite de fermeture des bulles donne un système hermétique) directement la composition de l atmosphère au moment de la précipitation (teneur en CO2, CH4 )(doc 2 page 9) Bulles d air. Réseau cristallin. Une évaluation indirecte des paléo-températures en évaluant le δ 18 O (abusivement considéré comme le rapport 18 O/ 16 O) - L O est présent sous 2 formes isotopiques stables : 18 O = 0,2% et 16 O = 99,8%. - Ces 2 isotopes vont avoir des comportements différents notamment intégrés à H2O lors du cycle de l eau :

3 H 2 18 O, plus lourd est moins mobilisé par l évaporation et s accumule, relativement, dans les eaux océaniques. H 2 16 O, plus léger s évapore plus facilement et son % augmente relativement dans les nuages. Lors des précipitations c est H 2 18 O qui condense et précipite préférentiellement : l abondance relative d H 2 16 O augmente d autant plus. DONC : 18 O/ 16 O diminue de l équateur aux pôles et donc δ 18 O diminue dans les précipitations de l équateur aux pôles. Diminution de la température condensation condensation Vapeur d'eau _ 18 O = / 00 Equateu Evaporation Précipitation _ 18 O = / 00 Calotte de glace Précipitation _ 18 O = / 00 Pôle Eau de Mer _ 18 O = 0 0 / 00 Continen

4 On établie une relation linéaire entre le δ 18 O et la température Plus il fait froid plus δ 18 O diminue. On peut ainsi, en évaluant les variations du δ 18 O le long des carottes dont on évalue l age, avoir une signature des températures passées. NB : on peut aussi évaluer le δd (deutérium : isotope lourd de l H) Des schémas pour visualiser :

5 Selon le même raisonnement, les variations δ 18 O permettent d évaluer les variation du niveau de la mer en évaluant le volume des calottes polaires. Une variation du δ 18 O de l'eau des océans (et du δ 18 O des carbonates des foraminifères benthiques) de 1 pour mille correspond à une variation du niveau marin de 100m environ. Une élévation de 1 du δ 18 O des foraminifères benthiques correspond à plus du doublement du volume des calottes glaciaires. (+112%) b) Les campagnes de recherche. La recherche française via le CNRS est engagée dans plusieurs campagnes de recherche internationales en arctique et notamment au Groenland et en Antarctique. Trois zones de forages au Groenland et quatre en Antarctique permettent l'étude des caractéristiques de la glace. Les courbes de niveau indiquent l'épaisseur de la glace dans les zones étudiées. c) Les résultats.(doc1 page 10) Les résultats de l analyse du δ 18 O dans les calottes polaires, au nord comme au sud permettent d évaluer les paléo-températures. Ces 2 campagnes de recherche donnent des résultats parfaitement corrélables et cohérents qui indiquent une validité à l échelle mondiale. (page 11).

6 Au cours des ans passés δ 18 O a oscillé autour d une moyenne de 30 c est une période de relative stabilité. Entre 110 et ans, on peut observer une baisse significative du δ 18 O, ce qui témoigne d une baisse de température. Cela caractérise une période glaciaire : Würm. Entre 130 et ans, une augmentation du δ 18 O indique un réchauffement temporaire : période interglaciaire (Emien) qui suit l avant dernière période glaciaire : Riss. TERTIAIR INTERGLACIAIRE C A L A B R I E N S I C I L I E N THYRRENIEN VERSILIEN PLEISTOCENE INFERIEUR Donau- Günz GÜNZ M A T U Y A M A G / M MINDEL PLEISTOCENE MOYEN Intergl M / R Intergl R/ W PLEISTOCENE SUP RISS WÜRM B R U N H E S HOLOCENE Post-glaciaire - + ÂGES (années) CHRONOLOGIE MARINE GLACIATIONS PALEO MAGNETISME L étude des archives glaciaires permet donc de reconstituer le climat des dernières années, mettant en évidence une succession de 3 périodes glaciaires (Mindel, Riss, Würm) séparées par des périodes interglaciaires plus courtes. Selon le même principe, on peut étudier le δ 18 O des carbonates dans les sédiments océaniques qui contiennent des restes animaux et végétaux, riches en carbonates. 2) Des indicateurs biologiques. a) Analyse des sédiments océaniques. (Livre page 12 et 13) Les foraminifères sont des organismes unicellulaires hétérotrophes (protozoaires) aquatiques. Ils vivent dans un test ("coquille") calcaire qui s'accumule à leur mort dans certaines conditions sur les fonds marins. Le groupe est très diversifié tant d'un point de vue morphologique que biologique. Ainsi certaines espèces sont planctoniques alors que d'autres vivent sur les fonds (On les dit alors benthiques) à diverses profondeurs selon les espèces. Les variations du δ 18 O des carbonates des foraminifères benthiques abyssaux (des fonds océaniques) sont liées uniquement aux variations de la composition isotopique de l'eau de mer si l'on admet qu'à forte profondeur, les températures sont constantes. Dans ce cas, les variations du δ 18 O des carbonates des foraminifères benthiques sont égales aux variations du δ 18 O de l'océan. Les sédiments des fonds océaniques accumulent les tests au cours du temps. L'étude de ces sédiments permet d'y mesurer le δ 18 O des carbonates des foraminifères benthiques et donc de déterminer le δ 18 O de l'eau de mer à l'époque du dépôt.

7 Epaisseur des calottes glaciaires à 3 époques différentes et détermination du 18 O de l'eau de mer à ces mêmes périodes Actuel _ 18 O = / 00 Volume = km 3 Calotte glaciaire d'épaisseur moyenne _ 18 O = ans _ 18 O = +29,5 0 / 00-0 m actuel Eau de mer _ 18 O = 0 0 / 00 Volume =1, km 3 Calotte glaciaire épaisse _ 18 O = - 40 volume = 3V ans : _ 18 O = +29,5 0 / ans -140 m Eau de mer _ 18 O = +1,4 0 / 00 Calotte glaciaire absente +60 m ans Eau de mer _ 18 O = - 0,7 0 / 00 Plus la température de l eau augmente plus le δ 18 O évalué à partir des carbonates diminue. Les résultats obtenus grâce aux sédiments marins sont parfaitement corrélés aux résultats obtenus avec les études glaciaires. Ils permettent d accéder à des archives plus anciennes.