Cours «Les changements climatiques du quaternaire»
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- Angélique Grondin
- il y a 5 ans
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1 Cours «Les changements climatiques du quaternaire» Ce cours fait la synthèse de plusieurs de vos travaux pratiques. Il est a connaître par cœur, ou presque : c'est un cours. Apparaissent en violet les points que j'ai modifiés, ajoutés et toutes mes remarques de façons générales.
2 TP «Les changements climatiques du quaternaire» Houdebine Léo et Skotniki Stanislas, Alice Cartier et Julie Albagli. Problématique : En quoi les climats du passé fournissent ils des renseignements sur les mécanismes actuels du climat? Comment d'ailleurs reconstituer les climats passés? [Vous ne l'avez pas détaillé, mais on peut utiliser la paléoflore pour étudier le climat. Ceci a l'avantage de permettre de connaître la température et la pluviométrie (car le type de plante dépend de l'eau et C).] A partir des données sur les précipitations ACTUELLES de la page 3, on peut construire le graphique suivant (principe de la méthode à préciser) : Rapport entre Moyenne pluriannuelles des température de l'air en fonction des moyennes pluriannuelles du δ 18 O. Analyse : On a établi une relation entre moyennes pluriannuelles des température de l'air en C et les moyennes pluriannuelles du delta 18 O en pourmille. Grâce à ce graphique, on déduit qu'il y existe une relation de type fonction affine entre la température et delta 18 O qui est [manipulation sous tableur à savoir refaire en TP de bac.] : f(x)=0,59x-16,34 Conclusion : δ 18 O est une mesure de la température car ces deux grandeurs sont corrélées. Si cette loi est vraie par le passé : alors on peut très bien appliquer cette loi au précipitations fossiles qui constitue les glaces des glaciers pour reconstituer la température d'époques passées. On inverse cette relation pour avoir δ 18 O en fonction de la température. Cette relation est actuelle On trouve : f(x)=1,49x+24,81 Rappels (cf. Doc.A «Les glaciers» de la page 'TP_clim sxw') : Observation : Les glaciers résultent de l'empilement de neige qui se transforme en se tassant pour donner de la glace. Analyse : Donc si on prélève des carottes de glace on peut en examiner le les teneurs en [delta 18 O n'est pas une teneur! cf. formule] delta 18 O qui y sont présentes. En effet, au cours du temps les glaces ont emprisonné des bulles d'air qui contiennent de l'oxygène 18 et se sont empilées. On peut donc en creusant profondément étudier des bulles d'air qui datent de plusieurs milliers d'années.certes! C'EST COMME CELA QUE L'ON CONNAIT LES TENEURS ATMOSPHÉRIQUES EN CO 2 PASSÉES, MAIS ICI, LE delta 18 O MESURÉ EST CELUI DES ATOMES D'OXYGÈNES DES MOLÉCULES D'EAU QUI CONSTITUENT LA GLACE!
3 Principe de la méthode : On veut tracer un graphique de l'âge en fonction de la température à partir des données sur l'âge des carottes de glaces prélevées en antarctique. Grâce à la formule et aux données de delta 18 O et deltad (D est le deuterium) des molécules d'eau des carottes de glace on peut calculer la température qui régnait à une époque très lointaine, d'où les graphiques ci dessous construit à partir des sondages Taylor Dome (Antarctique) et Vostok (pour celui ci c'est une autre formule (cf. doc. 'corr_temp.gif') qui est utilisée puisque ce n'est pas le delta 18 O mais le deltad qui est mesuré). Résultat : Observation : D'après ce graphique on voit que il y a ans il y a eu un réchauffement de 12 C à peu près, les température étaient toutes plus faibles = glaciation. Principe de la méthode : On peut étendre la méthodes à d'autres calottes glaciaires : Résultat : Graphique à partir des données GRIP effectuées au Groenland ainsi que GISP [titres des graphiques SVP] Observation : On observe ici le même phénomène qu'en Antarctique, une glaciation a eu lieu, et un brusque réchauffement de 12 C. Donc aux deux pôles extrêmes les mm variations de températures sont constatées. Conclusion : Donc aux deux pôles extrêmes les mêmes variations de températures sont constatées.
4 Principe de la méthode : Ensuite on analyse les mesures effectuées dans les sédiments calcaires du fond du Pacifique. Toujours avec la formule f(x)=1,49x+24,81 Observation : Ici ce que l'on constate c'est que la variation DU delta 18 O est inverse de celle des pôles [ÇA RESTE VRAI AINSI], mais cela varie de la même manière. Analyse : Le delta 18 O DES TESTS DE FORAMINIFÈRES BENTHIQUES varie à l'inverse donc des autres mesures, nous tenterons de démontrer pourquoi plus tard (voir annexe *). Principe de la méthode : Etudions l'évolution passée de la concentration en méthane (gaz à effet de serre) dans l'air en fonction de la température. ON PEUT EN FORANT PROFONDÉMENT DANS LES GLACES ÉTUDIER DES BULLES D'AIR QUI DATENT DE PLUSIEURS MILLIERS D'ANNÉES (ELLES SONT RESTÉES COINCÉES). elles permettent de reconsituer l'atmosphère d'alors. Résultat :
5 Observations : On voit bien les deux courbes sont corrélés. Quand la concentration en méthane augmente la température augmente de même. Analyse : On peut donc se demander lequel de ces deux paramètres agit sur l'autre? Ou bien les deux sont ils liés à un autre facteur qui les détermine toutes deux.ce qui est sûr c'est que les deux sont effectivement liés. Voir annexe ** pour les explications. Conclusion : D'une part on a un outil fiable pour estimer les températures qui régnaient auparavant grâce à la mesure du delta 18 O et deltad dans les carottes glaciaires ou [le paramètre suivant ne mesure pas exactement la température mais le volume des glaces polaires] dans les tests de foraminifères benthiques des sédiments océaniques fonds calcaires marins. D'autre part on a bien la preuve que au cours du temps il y a eu plusieurs grosses variations de température qui sont marquées par des fortes glaciations. L'alternance des périodes glaciaires et interglaciaires, est cyclique de période ans. Il y a des sorties de glaciations brutales (on gagne 12 a 15 C en ans) et des entrés en glaciation progressives. Les variations mises en évidences sont des variations globales, ce passant sur toute la planète. Il y a eu 4 grandes glaciations dans les dernières années. Il n'a jamais fait aussi chaud que maintenant. Plusieurs questions restent en suspens, et d'autres découlent des observations : Quelle est l'effet du méthane contenu dans l'air sur la température, quelle relation existe en ces deux facteurs? Car il semble que leur variations soient liées entres elles. Quelle est la cause des brusques changements de température? Ajout : Par des opérations mathématiques, on peut mettre en évidence la période des variations climatiques que l'on a reconstituées. Ces périodes sont les mêmes que les variations des paramètres orbitaux de la Terre que les physiciens calculent. On en déduit que ce sont les variations des paramètres orbitaux qui, à la base, sont la cause des variations climatiques : Voici les paramètres qui varient : Excentricité de la Terre de l'orbite terrestre qui varie (périodicité de ans) Obliquité de l'axe de rotation de la Terre : il n'y a actuellement de calottes glaciaires qu'en Antarctique. Si on est dans une période interglaciaire qui fait que l'antarctique est tourné beaucoup vers le Soleil, cela renvoie beaucoup d'énergie vers l'espace (et donc agit sur le climat). Précession des équinoxes (22000ans) : la Terre est au plus près de soleil le 4 Janv., càd. durant l'hiver dans l'hémisphère nord et l'été dans l'hémisphère sud. C'était l'inverse il y a 22000ans
6 Annexe ** : Quelle est l'effet du méthane contenu dans l'air sur la température, quelle relation existe en ces deux facteurs? Maintenant nous le savons : le méthane (et les autres gaz à effet de serre est un facteur amplificateur des variations climatiques du quaternaire : plus il fait chaud, plus il y en a dans l'atmosphère, et plus il y en a, plus il fait chaud. Nous avons vu un autre facteur amplificateur, L'ALBÉDO* : la surface des glaces polaires : plus il fait froid, plus il y a de glace, et plus il y a de glace, plus la lumière du soleil est réfléchie vers l'espace (au lieu d'être convertie en chaleur), donc plus il fait froid. Annexe * : Pour comprendre le fonctionnement de la mesure du 18 O il faut faire un schéma (schéma effectué en cours et que je n'ai pas pu scanner car je n'ai pas de scanner) Voir les deux autres documents mis en ligne, celui d'alice notamment. C'EST UN SCHÉMA À ABSOLUMENT SAVOIR REFAIRE ET EXPLIQUER. Voici ce schéma et son commentaire : Commentaire : L'eau est de la formule H 2 O elle a donc un oxygène, or celui-ci possède un isotope le O 18 qui est donc plus lourd que le 16 O. L'eau de l'océan s'évapore aux tropiques (le plus) puisqu'il y fait le plus chaud. Lors de cette évaporation c'est l'eau dont l'oxygène est de l'oxygène 16 qui est en plus grande quantité puisqu'il est plus légers donc s'évapore plus facilement. Lors du la «migration» des masses d'aire chargées de vapeur d'eau nuages vers les pôles l'eau se condense est retourne à la mer (l'eau qui se condense contient plus de 18 O puisqu'il est plus lourd que le 16 O il y a donc plus de 18 O qui retourne à la mer). Par conséquent, en fin de voyage quand l'eau devient neige au dessus des pôles l'eau contenue dans les nuages est donc très pauvre en 18 O. C'est donc pour cela que plus il y a de glace moins l'eau de l'océan, et donc les carbonates de tests de foraminifères benthiques des
7 sédiments océaniques, contienent de O 16. OR si il y a plus de glace, c'est qu'il fait plus froid. C'est là que ça se complique (la quantité et la répartition des précipitations intervient aussi). ON CONSIDÈRE DONC QUE LE DELTA18O DES TESTS DES FORAMINIFÈRES BENTHIQUES NE MESURE QUE LE VOLUME DES GLACES, pas la température. Ce qui mesure la température, c'est le delta 18 O des glaces polaires, un point c'est tout. Lors des déglaciations tout le 16 O retourne dans l'océan suite à la fonte des glaces aux pôles le rapport 16 O/ 18 O redevient normal. Ce que l'on observe dans les mesures des fonds du pacifique est donc expliqué par ceci. Lors des glaciations le 16 O est stocké dans les glaces donc la concentration en 18 O est plus importante dans l'océan. C'est néanmoins aussi pour cela que plus la quantité en O 18 est faible dans l'eau des carottes glaciaires, plus il faisait froid. Remarque : le même raisonnement avec le deutérium (D), qui est un isotope lourd de l'hydrogène, explique la corrélation entre la température des précipitations et le delta D de l'eau. Foraminifères = animal unicellulaire (protozoaire) benthiques = qui vivent aux fond des océans
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