Les variations du niveau de la mer
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RR - 16/04/17 - 840902457 - 1/5 Spécialité Chapitre 2.3 2 semaines Les variations du niveau de la mer I. Le niveau de la mer a varié au cours des temps géologiques A. Les roches sédimentaires enregistrent les variations du niveau de la mer B. Les variations du niveau de la mer modifient la surface des terres émergées C. Le niveau de la mer varie à différentes échelles de temps II. Trois causes principales font varier le niveau marin A. La dilatation thermique de l'eau B. La formation ou la destruction des calottes polaires C. Le volume des bassins océaniques OBJECTIF L'étude des changements du climat récent ou ancien met en évidence des variations pouvant atteindre plusieurs centaines de mètres du niveau moyen des océans (périodes de haut niveau marin et de bas niveau marin). On cherche à mettre en évidence les indices de variation du niveau marin et à préciser la diversité des causes susceptibles de le faire varier. I. Le niveau de la mer a varié au cours des temps géologiques A. Les roches sédimentaires enregistrent les variations du niveau de la mer En milieu marin, une roche sédimentaire se forme par accumulation de matériaux (sédiments) en provenance du continent voisin. Il en résulte la formation de strates ( = couches) qui s’empilent les unes sur les autres au cours du temps (principe de superposition). RR - 16/04/17 - 840902457 - 2/5 Les sédiments grossiers (particules détritiques) se déposent les premiers près du rivage, à faible profondeur (graviers puis sables puis limons). Plus un sédiment est fin (argile) plus il est transporté loin plus il se dépose en profondeur. Si les conditions sont propices, des calcaires peuvent enfin se déposer. Lors d'une montée du niveau marin, un même lieu accumulera des strates dont la granulométrie est de plus en plus fine jusqu'aux carbonates (et inversement lors d'une baisse de niveau). L'épaisseur d'une telle succession peut aller de quelques mm à plusieurs centaines de mètres (elle dépend de la quantité de sédiments et de la durée du phénomène). La succession n'est pas forcément complète (montée par "accoups"). ► FIGURE 1. Enregistrement sédimentaire des variations du niveau marin RR d’après Nathan fig. 1 p. 150. B. Les variations du niveau de la mer modifient la surface des terres émergées ► FIGURE 2. Niveau marin depuis 540 Ma dans Nathan p. 147 fig. 3. Lorsque le niveau de la mer monte, les parties basses des continents sont submergées, c'est une transgression. Lorsque le niveau de la mer descend, des terres sont découvertes et soumises à l'érosion, on parle de régression. Cycle sédimentaire : période comprise entre une transgression et une régression. Série sédimentaire : ensemble de couches sédimentaires considérées dans leur succession chronologique. On appelle discordance, une discontinuité sédimentaire correspondant à une phase d'émersion entre deux submersions successives. C. Le niveau de la mer varie à différentes échelles de temps Durant le Crétacé le niveau marin est monté pendant plusieurs dizaines de millions d'années à une vitesse moyenne 1 mm/an. Plusieurs centaines de mètres d'eau submergeaient la France. Durant le Quaternaire les variations se sont effectuées sur des durées d'environ 10000 ans, avec des amplitudes de l'ordre de la dizaine de mètres (+ 130 m depuis 20000 ans et niveau stabilisé depuis 6 000 ans). À l'échelle humaine, l'élévation serait d'environ 15 cm en moyenne durant le XXe siècle (avec, curieusement, des variations importantes selon les lieux. Les îles Maldives ou la Camargue sont particulièrement touchées par la montée du niveau marin). II. Trois causes principales font varier le niveau marin Voir. Mécanismes de variation du niveau marin dans Nathan p. 148, 149 et La Recherche n° 191 fig. 4 p. 1015. ATTENTION. On considère que depuis 200 Ma le volume d'eau terrestre (liquide + vapeur + gaz) est constant. Les mesures historiques du niveau marin moyen montrent une élévation continue de 10 à 20 cm par siècle du fait de l'augmentation de la température de l'océan. Cette élévation se mesure actuellement par satellite. RR - 16/04/17 - 840902457 - 3/5 A. La dilatation thermique de l'eau ► FIGURE 3. Températures de surface et niveau marin dans Nathan p. 148. C'est un mécanisme rapide (quelques centaines d'années et vitesses de l'ordre du cm/an) mais de faible amplitude (quelques mètres). Le coefficient de dilatation thermique volumique de l'eau est : e = 2,6.10-4.°C-1 La variation du volume de l'océan, ou d'une partie de celui-ci induite par un changement de température s'écrit : V(T) = V(T0)[1+e (T-T0)] où V(T0) est le volume de l'eau à une température T0 et V(T) son volume à la température T. Application numérique Calculer l’augmentation du niveau marin pour une température supérieure de 5°C à la température actuelle (T0). On donne : V(T0) = 1,4.1018 m3 et surface actuelle de l’océan Socéan = 3,5.1014 m2. On négligera les variations de la surface océanique Réponse V(T) = 1,4.1018 [1+2,6.10-4 (5)]= 1,40182.1018 m3 Soit une variation de V(T)-V(T0) = 18,2.1014 m3 On en déduit la variation du niveau de la mer : V(T)-V(T0) = ——————— ≈ 5 m S océan Et pour un T de 1°C on a ≈ 1 m. ATTENTION - Ce calcul ne tient pas compte de la topographie des bordures océan-continent. - Le réchauffement actuel de l'océan n'affecte que les eaux de surface (500 à 1000 m de profondeur). - Le changement de température n'est que de quelques dixièmes de °C depuis un siècle. B. La formation ou la destruction des calottes polaires ► FIGURE 4. Variation de quelques paramètres océaniques dans Nathan p. 142 fig. 2. Lors des maximums glaciaires, on observe une baisse du niveau moyen des océans de l'ordre de la centaine de mètres et inversement lors des minimums. Ces variations sont liées aux échanges d'eau entre l'océan et les calottes polaires. L'échelle de temps de ces variations est de 10 000 à 100 000 ans (vitesses de l'ordre de 1 à 10 mm/an). Le volume actuel de la calotte antarctique est de 2,4.1016 m3. Si elle fondait complètement (et si l'eau de fonte se retrouvait dans l'océan) l'élévation du niveau marin serait : 240.1014 = ——————— = 69 m S océan RR - 16/04/17 - 840902457 - 4/5 ATTENTION. Ce calcul ne tient pas compte : - de la topographie des bordures océan-continent ; - de la diminution de volume de l'eau lors de la fusion de la glace ; - des glaces arctiques (glace de mer). C. Le volume des bassins océaniques Le volume des bassins océaniques est principalement contrôlé par la profondeur du fond des océans. Celle-ci dépend : - du nombre et de l'activité des dorsales océaniques ; - de l'âge de la lithosphère océanique. ► FIGURE 5. Profil des dorsales océaniques actuelles dans Hatier p. 43 fig. 10b. Des dorsales très actives sont chaudes, elles ont tendance à se bomber. La profondeur moyenne des océans diminue d'autant plus qu'elles sont nombreuses. Il en résulte un augmentation globale du niveau marin qui peut atteindre plusieurs centaines de mètres en une dizaine de millions d'années avec des (vitesses de l'ordre de 10-3 à 10-2 cm/an). On observe l'inverse en cas de diminution d'activité. Au Crétacé l'absence de calotte glaciaire ne suffit pas à expliquer le niveau marin particulièrement élevé. Il faut lui adjoindre la diminution du volume des bassins océaniques liée à l'augmentation de l'activité des dorsales. Plusieurs mécanismes concourent donc au même résultat. À mesure que la lithosphère vieillit, elle s'éloigne de l'axe de la dorsale (vers 2 500 m de profondeur), la lithosphère océanique refroidit et incorpore du matériel asthénosphérique. Son épaisseur et sa densité augmentent ce qui, ajouté à la pression de l'eau, provoque son enfoncement progressif (plaine abyssale vers - 5 500 m de profondeur pour une lithosphère âgée d'environ 80 Ma). Le phénomène se poursuivant elle plonge ensuite dans le manteau quand son âge atteint 180 Ma. La profondeur de l'océan est alors d'environ 6 000 m. La profondeur du bassin océanique est donc proportionnelle à l'âge de la lithosphère océanique. Voir. Profondeur des océans en fonction de l'âge dans Daniel p. 405 fig. 11.25 et texte Pour une lithosphère océanique d'âge inférieur à 70 Ma on a : p (km) = 2,5 + 0,35 t 1/2 Pour une lithosphère océanique d'âge supérieur à 70 Ma on a : p (km) = 6,4 - 3,2 e Où t est l'âge la lithosphère en Ma. -t/62,8 Cela explique la plus grande transgression marine connue, celle du Crétacé (vers 90 Ma et élévation de 200 à 250 m du niveau moyen). On observe en effet une accélération de la dynamique mantellique il y a 100 Ma. Les trois causes des variations du niveau marin n'ont pas la même importance (voir Nathan p. 151 fig. 2). ► FIGURE 6. Amplitude des variations du niveau marin en fonction des vitesses de variation dans Nathan p. 151. Les trois causes de variation du niveau marin n’ont pas la même importance RR - 16/04/17 - 840902457 - 5/5 BILAN Les roches sédimentaires ont enregistré, au cours des temps géologiques, d'importantes variations du niveau marin qui ont modifié la surface des terres émergées. Les causes de ces variations sont à la fois géologiques (activité des dorsales) et climatiques (température de l'eau et volume des glaces). Actuellement, des mesures satellitales permettent des mesures précises qui confirment une élévation du niveau marin en relation avec le réchauffement récent vraisemblablement d'origine anthropique. Le satellite radar Topex-Poséidon a enregistré une élévation de 13 mm entre 1993 et 2001 POUR EN SAVOIR PLUS http://resumbrae.com/archive/warming/100meter.html la "grande transgression du Crétacé " ne peut pas simplement s'expliquer par la fonte des glaces continentales et donc par un relèvement du niveau marin d'une centaine de mètres (cela suppose d’avoir les cartes géologiques d'Europe en particulier même si les comparaisons sont à faire avec prudence (relief de l'époque? phénomènes tectoniques?)
