Cours « Les changements climatiques du quaternaire » Ce cours

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.
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 18O.
Analyse : On a établi une relation entre moyennes pluriannuelles des température de l'air en °C et
les moyennes pluriannuelles du delta 18O en pourmille. Grâce à ce graphique , on déduit qu'il y
existe une relation de type fonction affine entre la température et delta 18O qui est [manipulation
sous tableur à savoir refaire en TP de bac.] :
f(x)=0,59x-16,34
Conclusion : δ 18O 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 18O 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_clim700000.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 [delta18O
n'est pas une teneur ! cf. formule] delta 18O 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 CO2 PASSÉES, MAIS ICI, LE delta18O MESURÉ EST CELUI
DES ATOMES D'OXYGÈNES DES MOLÉCULES D'EAU QUI CONSTITUENT LA GLACE !
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 delta18O 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
delta18O mais le deltaD qui est mesuré).
Résultat :
Observation :
D'après ce graphique on voit que il y a 20000 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.
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 delta18O est inverse de celle des pôles [ÇA RESTE
VRAI AINSI], mais cela varie de la même manière .
Analyse :
Le delta18O 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 :
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 delta18O 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 100 000 ans.
✗
Il y a des sorties de glaciations brutales (on gagne 12 a 15°C en 10000 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 700 000 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 110000ans)
➔ 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
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 18O 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 H2O elle a donc un oxygène , or celui-ci possède un isotope le O18 qui est
donc plus lourd que le 16O . 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 18O puisqu'il est plus lourd que le 16O il y a donc plus de 18O
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 18O. 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
sédiments océaniques, contienent de O16.
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 delta18O des glaces polaires,
un point c'est tout.
Lors des déglaciations tout le 16O retourne dans l'océan suite à la fonte des glaces aux pôles le
rapport 16O/18O redevient normal.
Ce que l'on observe dans les mesures des fonds du pacifique est donc expliqué par ceci. Lors des
glaciations le 16O est stocké dans les glaces donc la concentration en 18O est plus importante dans
l'océan.
C'est néanmoins aussi pour cela que plus la quantité en O18 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