EXERCICE : SERIE SEDIMENTAIRE MARINE ET VARIATIONS CLIMATIQUES D’après : http://www.ens-lyon.fr/Planet-Terre/FormationENS/Lyon-jun00/TD-paleoclimat/planTDpaleoclimat.htm#q13 1- Des restes de moraines ont montré que la Terre a connu récemment des périodes plus froides, caractérisées par de grandes calottes de glace occupant la partie nord des continents américain et européen. Le stockage d'eau dans ces calottes a fait baisser le niveau de la mer. De plus, comme les précipitations formant ces calottes étaient appauvries en oxygène 18 par rapport à l'oxygène 16, ce stockage a aussi enrichi l'océan en oxygène 18 par rapport à l'oxygène 16. Cet enrichissement a été enregistré dans les carbonates marins, sédimentés au fond des océans et ramenés à la surface à l'aide de carottiers. La composition isotopique de ces carbonates varie aussi, lors de leur formation, avec la température : un réchauffement les appauvrit en oxygène 18 par rapport à l'oxygène 16, selon une relation approximative de 4°C pour 1 °/oo en δ18O. La composition isotopique des carbonates permet donc de reconstruire les variations de température et de composition isotopique de l'océan. La figure ci-dessous représente trois séries océaniques, issues de carottes forées dans des régions différentes. Les compositions isotopiques sont données en fonction de la profondeur. QUESTIONS a- Décrire les variations depuis le sommet des carottes. Peut-on trouver des formes communes aux trois séries ? Si de telles formes existent, comment peut-on expliquer qu' elles n' apparaissent pas aux mêmes profondeurs dans les trois carottes ? b- Estimer le rapport entre les taux d' accumulation des trois carottes. c- Comment peut-on interpréter les variations du δ18O ? A quoi correspondent les maxima et minima ? Peut-on estimer les variations de températures associées ? 2- Les carbonates analysés dans ces carottes sont essentiellement synthétisés par des organismes (Foraminifères notamment). Selon leur profondeur de développement, les variations de la composition isotopique de ces carbonates permettent de déterminer : - température + composition de l'eau par les espèces vivant en surface ('planctoniques') - composition de l'eau par les espèces vivant au fond ('benthiques'), les variations de température étant généralement faibles au fond de l’océan. QUESTIONS : a- Sachant que le signal isotopique de la carotte ODP 677 a été obtenu à partir d' organismes benthiques, quelle a été la variation de la composition isotopique de l' océan sur un cycle glaciaire-interglaciaire ? b- Dans la même carotte, l' analyse des carbonates d' origine planctonique indique une variation d' environ 2 °/oo sur un cycle. D' autre part, différentes techniques permettent d' estimer une variation de la température de surface d' environ 3°C. Calculer la variation du δ18O des Foraminifères due à ce refroidissement. c- En déduire la variation du δ18O due à la seule variation de la composition chimique de l’eau océanique. Correspond-elle à la variation enregistrée par les Foraminifères benthiques (1.7 °/oo) ? Expliquer la différence. d- On suppose que l' eau des calottes stockée sur les continents en période glaciaire a un δ18O moyen de -40 °/oo. En écrivant la conservation des δ18O entre les périodes interglaciaire et glaciaire, estimer la variation du niveau marin lors d' un cycle sachant que la profondeur moyenne actuelle est de 3800m. EXERCICE : 1a On distingue des pics communs dans les trois séries, caractérisés par une diminution brutale de 18O et une augmentation lente et en 'dents de scie'. Le fait que ces pics ne soient pas synchrones peut s'expliquer par des taux d'accumulation sédimentaire différents entre ces carottes. 1b En comparant l'épaisseur des pics dans les trois séries, et en supposant qu'ils représentent des variations contemporaines, on peut estimer que les taux des séries RC13 sont comparables, et environ deux fois plus faibles que pour la série ODP. 1c Une augmentation du 18O des carbonates peut provenir soit d'une baisse de la température 18 O de l’eau. Dans les deux cas, ces variations de l'eau soit d'une augmentation du correspondent à une période froide glaciaire. Inversement pour une diminution du 18O. Les maxima de 18O correspondent donc à un 'maximum glaciaire', c'est-à-dire une période de maximum de l'intensité du froid et de l'extension des calottes de glace. Les minima de 18O correspondent à des périodes chaudes 'interglaciaires', avec une extension des calottes de glace comparable à celle actuelle. Les variations de 18O étant liées en partie à la température et en partie à la composition de l'eau, il est difficile de les interpréter uniquement en terme de température. En supposant que la variation de la composition de l'eau est négligeable, une variation glaciaire-interglaciaire du 18O (environ 1.5 °/oo) représente environ 4 x 1.5 = 6°C. 2a-La série benthique ODP 677 indique une amplitude d'environ 1.7 °/oo sur un cycle. Si l'on suppose que la température n'a pas varié, cela représente la variation de la composition de l’eau océanique en isotopes 18O et 16O due à la formation ou à la fusion des calottes de glace. b- Un refroidissement de 3°C implique une augmentation de 3/4 = 0.75°/oo du 18O des Foraminifères planctoniques. c- Les 2-0.75=1.25°/oo d'augmentation restant enregistrés par ces organismes lors d'une glaciation correspondent donc à la variation de composition de l’eau océanique en isotopes 18O et 16 O. Or les Foraminifères benthiques ont enregistré dans le même temps une augmentation de 1.7°/oo, dont 1.7-1.25=0.45°/oo provient d'un refroidissement, soit 0.45 x 4= 1.8°C. L'hypothèse de constance de la température du fond n'est donc pas valable. d- Soit h la variation du niveau de la mer due au stockage d'eau sur les calottes en période glaciaire, et 1.25 °/oo la variation du 18O de l’océan associée. Sachant que la profondeur océanique moyenne actuelle est de 3800m, on peut écrire : h x (-40) + (3800-h) x 1.25 = 0 ( 18O ), soit h=115m environ.