L`HISTOIRE DU CLIMAT AU COURS DU DERNIER CYCLE
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PALEOCLIMATOLOGIE ET ENVIRONNEMENTS TERRESTRES Dernier Maximum Glaciaire • Variabilité climatique et impact sur la végétation • Changements de végétation et impact sur le climat • Changements climatiques et impact sur les groupes paléolithiques Maria Fernanda Sanchez Go Ecole Pratique des Hautes E http://www.paleoclimat-ephe Climate is the sum of meteorological phenomena that characterises the mean state of the atmosphere, i.e. temperature, precipitations, GHG, over 30 years which depends, in turn, on the dynamics of various components of the climate system (Claussen, 2007) Ruddiman, 2001 Climate is a complex system Hautes latitudes lost > gain Energy at 40°N lost = gain Basses latitudes lost < gain Ocean currents and winds Counterbalance the differences between high and low latitudes (p.e. Gulf Stream) Present-day vegetation distribution Prentice et al. 1992 Present-day planktic foraminifera distribution Neogloboquadrina pachyderma senestre Qu’est-ce que le Quaternaire • La plus récente subdivision (période) de la séquence géologique. Il est synonyme du Pléistocène • Il est représenté par les couches les plus superficielles de la Terre • Large activité glaciaire mais entrecoupé par des périodes interglaciaires • La période qui voit apparaître le genre Homo • Sa durée 1,6 et 2,4 millons d’années (Gauss/Matuyama) • Son début : passage abrupte entre flore et faune chaudes à froides Interglacial From W.F. Ruddiman, 2001 Last Glacial Maximum Heinrich events Cyclicity : 7.000-10.000 years (Ruddiman, 2001) (Heinrich, 1988) Dansgaard-Oeschger climatic variability (1000-2000 years cyclicity, Johnsen et al., 1991) Dansgaard-Oeschger (D-O) cycles Cyclicity: 1,000-2,000 years (Dansgaard et al., 1984) MIS 1 MIS 2 MIS 3 MIS 4 MIS 5 D-O 16-17 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H1 H2 H3 H4 H5 H6 • GI characterised by different amplitude and duration • Largest temperature changes at D-O 19, 16-17, 12 and 8 • Some GS include Heinrich events (H): 7,000-10,000 cyclicity Heinrich events and Heinrich stadials Ruddiman belt (Ruddiman, 2001) Outside Ruddiman belt Sanchez Goñi & Harrison, QSR, 2010 Variabilité climatique millénaire Abrupt climate change Change that takes place more rapidly than the underlying forcing (Alley et al., 2002) However, as forcing is a priori unknown, abrupt change is defined as the combination of magnitude of the change and the rapidity with which is accomplished (McManus et al., 1999; Martrat et al., 2004) Change that takes place in less than 200 years and in magnitude exceeds the decadal variability typical of the interval in which it occurs (Sanchez Goñi & Harrison, 2010) Données géomorphologiques Penck & Brückner 1901 Woldsted 1958 4 glaciations 6 glaciations Holocène (10.000 BP) Würm Würm=Weichsel Eémien (126.000 BP) Riss Riss=Saale Holsteinien Mindel Mindel=Elster Cromerien Günz Günz Donäu Eburonien Brüggen Données isotopiques et polliniques Nombreux chercheurs Dès 1960 Dès 1990 Nombreux 20-30 changements cycles glaciaire/ climatiques Interglaciaire Cyclicité de Cyclicité de 1000 ans 100.000 ans + Cyclicités 41.000 et 23.000 PALEOCLIMATOLOGIE ET ENVIRONNEMENTS TERRESTRES Dernier Maximum Glaciaire • Variabilité climatique et impact sur la végétation • Changements de végétation et impact sur le climat • Changements climatiques et impact sur les groupes paléolithiques PALYNOLOGIE Palunein = Farine, poussière (pollen) Paléopalynologie : Clé pour la reconstitution de l’histoire de la végétation et du climat du continent • • • Phytogéographie Dynamique du climat Evolution biologique et culturelle Plantes à fleurs : Pollen Fougères : Spores Pollinisation Principes de l’analyse pollinique des sédiments • Spécificité du grain de pollen • Résistance à la corrosion (sporopollénine) • La pluie pollinique représente fidèlement la végétation • Le dépôt, la conservation, l’extraction, le comptage et la détermination pollinique ne modifient pas l’image de cette pluie • Les exigences écologiques des plantes n’ont pas changé au cours du temps • La végétation est en équilibre avec le climat Spécificité du pollen • Morphologie globale : * grains en groupes * grains libres : ** avec expansions ** sans expansions Chenopodiaceae • Taille • Apertures • Ornementation Pinus Ericaceae Taraxacum-type 1- Morphologie globale : Axe polaire Axe équatorial Vue polaire Vue équatoriale Olea (Olivier) 1- Morphologie globale : Taille du grain : 10 à 100 µm Taraxacum-type (ex:Pissenlit) Artemisia (Armoise) Pinus (Pin) 2- Paroi pollinique Exine Intine Contenu cellulaire Ex: pollen frais de Betula (Bouleau) Sculptures Ectexine Endexine Exine Intine Sporoderme 2- Paroi pollinique 2.2- Apertures : pores / sillons Aperture = amincissement de la paroi pollinique permettant la germination du tube pollinique = ouverture dans l’ectexine seulement (ectoapertures) ou à la fois dans l’ectexine et dans l’endexine (apertures complexes) = sillons (apertures longitudinales) ou pores (apertures rondes ou ellipsoïdales) 1 seule aperture : 1 pore Pollen monoporés Pore Poaceae (Graminée) Cerealia-type (céréales ex: blé, maïs…) Plusieurs apertures : toutes en sillons Pollen tricolpés • Pollen tricolpé : pollen avec 3 sillons méridiens VE VP Deciduous Quercus (Chêne) Apertures toutes en pores Pollen stéphanoporés • Plus de 3 pores répartis dans la zone équatoriale VE Alnus (Aulne) Apertures combinées : pores + sillons Pollen tricolporés • 3 sillons méridiens associés à 3 pores équatoriaux VP VE Apiaceae (ex: Fenouil) Apertures Spores : cicatrices Spore monolète Marque monolète Isoetes Spore trilète Marque trilète Lycopodium Quant à la pluie pollinique… • • • • Biome=Formation végétale Production/Libération Dispersion : * air * eau * animaux Déposition : * lacs (Ø<200m; Ø>200 m), * estuaires, océans, * sites archéologiques Conservation Spectre pollinique Modèle de déposition pollinique dans une forêt caducifoliée (Tauber, 1961) Pollen arboréen • Forêts (arbres>5m) : tropicales, caducifoliées, taïga, sclérophylles … AP>75% • Forêts ouvertes: savannes , « dehesas »… AP: 25-75% • Buissons : maquis, toundra … • Végétation herbacée : steppe, prairie, pâturage, sur les dunes… AP<25% Reconstructions des biomes à partir des spectres polliniques actuels (Huntley, 1992) Distribution actuelle des différents biomes en Europe (Ozenda, 1982) Le travail du palynologue • Sélection et sondage du site • Traitement des échantillons : * HF, HCl, OHK, tamisage 10µ • Lecture au microscope optique : * >100 grains en dehors du dominant * >20 types polliniques • Pourcentages et concentrations Interprétation du diagramme pollinique Exemple d’une séquence pyrénéenne : l’Estarrès Zonation pollinique Interglaciaire Glaciaire Interstade Glaciaire Modified after W.F. Ruddiman, 2001 Interglacial MIS1 MIS5 MIS7 Last Glacial Maximum MIS9 MIS11 MIS13 MIS15 Lake Baikal DSDP18-175 Humptulips 900 ka 125 ka Carp Lake ODP 1020 Great Salt Lake 350 ka 1.5 Ma Lake Biwa 430 ka M15627 250 ka Clear Lake 130 ka MD01-2421 150 ka M16415 700 ka Funza 1.5 Ma ODP 1075 0.6-1.5 Ma GIK16867 700 ka GeoB1711 135 ka GeoB1016 300 ka Lynch’s crater 200 ka DSDP 594 350 ka ans BP 11.000 126.000 240.000 330.000 420.000 De Beaulieu et al., 2001 Cycle bioclimatique T. van der Hammen, T.A. Wijmstra & W. H. Zagwijn , 1971 11 kyrs ? 16 kyrs 8 kyrs 12 kyrs 31 kyrs Insolation Données isotopiques MIS1 MIS 1 MIS 2 MIS2 MIS 3 MIS 4 Holocène YD Bölling-Alleröd MIS3 MIS4 MIS5a MIS 5a MIS 5b MIS5b MIS5c Montaigu MIS 5c MIS5d MIS 5d MIS5e MIS 5e Modified after W.F. Ruddiman, 2001 St-Germain II Mélisey II St-Germain I Mélisey I Eémien Stadial Zeifen La Grande Pile Séquence pollinique de Lago di Monticchio (Italie) 100.000 BP-Présent (Allen et al., 1999) Direct Correlation pollen in marine sediments G. bulloides Pinus N. pachyderma (s) Microcharbon Pollen IRD Dinoflagellés 46µm²(TL) Foraminifères IRD Uvigerina M. quanta Possible time-lags between the different Earth’s reservoirs in response to a given climatic change Winter Summer International Programme IMAGES MD04-2845 MD04-2815 Deciduous oak Atlantic temperate forest Heathlands Grasses Pollen assemblages from the Iberian margin represent accurately the regional vegetation of the close continent Mediterranean forest Naugthon et al., 2007 Evergreen oak Olive trees Semi-desert plants Naughton et al., 2007, Marine Micropaleontology Distribution of the 1328 modern pollen samples used in the modern analogue transfert function technique (Guiot, 1990) Estimation of land Temperatures and Precipitations Dansgaard-Oeschger variability and Heinrich events Heinrich events Outstanding questions: •Regional expression of D-O and H events •Climatic mechanisms •Interaction with other forcings (e.g. orbital parameters) Fletcher & Sanchez Goñi,QR, in press 8 Fletcher & Sanchez Goñi,QR, 2008 12 MD99-2331 Sanchez Goñi et al., QSR, 2008 Sanchez Goñi et al., QSR, 2008 D-O 8 H4 MD04-2845 MD99-2331 MD95-2042 MD95-2043 D-O 8 H4 Sanchez Goñi et al., Clim. Dyn., 2002 & QSR, 2008 12°C 18°C Temperate forest modified after Van Campo, 1984 • Synchronisme entre SST et changements de végétation en Europe occidentale en réponse à la variabilité climatique rapide • L’impact de la variabilité climatique de D-O sur les écosystèmes de l’ouest de l’Europe a été spatialement variable événement d’Heinrich interstadiaire D-O Température moyenne du mois le plus froid Précipitation annuelle ~-4°C ~700 mm ~-10°C ~400 mm ~3°C ~800 mm ~-2°C ~800 mm ~-1°C ~400 mm ~-5°C ~200 mm ~6°C ~700 mm ~6°C ~700 mm Methane & Climate Pearson correlation coefficient = 0.755 Sanchez Goñi et al., QSR, 2008 www.physicalgeography.net/fundamentals/7p.html. Diagramme pollinique de Ioannina, ouest de la Grèce Tzedakis et al., 2002 Diagramme pollinique de la séquence de Tulane, Floride Grimm et al., 2006 Simulation du modèle CLIMBER-2 Données polliniques Ganopolski & Rahmstorf, 2001 Interstade de D-O Evénement d’Heinrich The North Atlantic Oscillation (NAO) NAO+ Evénement d’Heinrich NAOInterstade de D-O • Synchronisme entre le changement dans la température des eaux de surface et le changement du climat continental • Réponse rapide de la végétation, de l’ordre de 100 ans, aux changements climatiques rapides • Variabilité spatiale dans la réponse de la végétation et du climat aux événements d’Heinrich et aux oscillations de Dansgaard-Oeschger (D-O) • Les paramètres orbitaux modulent la variabilité climatique de D-O en Europe
