CHAPITRE II /Atmosphère- climats/ L`EVOLUTION RECENTE DE L

CHAPITRE II /Atmosphère- climats/ L’EVOLUTION RECENTE DE L’ATMOSPHRE ET DU CLIMAT.
Problématiques :
 Les carottes glaciaires témoins de l’histoire du climat.
 D’autres témoins des changements climatiques.
 Sciences et climat récent.
Actualisme : Théorie postulant que les lois régissant les phénomènes géologiques actuels étaient également valables dans le passé.
Activité I : L’évolution de la composition atmosphérique ; les paléotempératures:
Les calottes glaciaires ont emprisonné au cours de leur formation des bulles d’air ; ces bulles constituent des échantillons de
l’atmosphère de leur époque. Les données satellitaires ainsi que les capteurs au sol permettent de suivre l’évolution de la composition
atmosphérique « en direct ».
Les carottes de glace, 800 000 ans d’histoire de l’atmosphère : Utilisation du logiciel Vostok :
A Vostok, station basée en Antarctique, une carotte de plus de trois kilomètres de long est extraite, qui retrace l'histoire des 420 000
dernières années, années et, en 2004, le projet Epica a permis de remonter jusqu'à 800 000 ans en arrière (carotte du Dôme C).
Carotte glaciaire, sur sa tige de forage.
Bulles d’air enfermées dans la glace (M. polarisant)
L’évolution des taux de gaz à effet de serre au cours des 800 000 dernières années peut être représentée sous forme de graphes :
 Que nous montrent ces graphiques ?
L’étude des carottes glaciaires permet de reconstituer l’histoire climatique de la région de prélèvement :

 Les périodes de réchauffement climatiques sont-elles naturelles ?
Cours :Dans les régions polaires, la glace se forme à partir des couches de neige qui se déposent chaque année : donc.
plus la glace est profonde, plus elle est ancienne. Pour y accéder, les scientifiques réalisent des carottages : depuis le
premier exécuté en 1966 au nord-ouest du Groenland (1390 m de profondeur), les forages se sont multipliés au
Groenland et en Antarctique et ont pu atteindre la profondeur record de 3 768 m. Les données obtenues ont pu être
comparées et ont permis de reconstituer une histoire climatique qui remonte jusqu'au-delà de -800000 ans.
En se tassant progressivement, la neige enferme l'air qu'elle contient ; on estime que, vers 80 mètres de profondeur, les
bulles d'air ainsi piégées sont définitivement isolées de l'atmosphère.
L'analyse de ces bulles d'air piégées dans la glace permet de retracer l'évolution de la concentration de certains gaz
(dioxyde de carbone, méthane, protoxyde d'azote, halocarbures), mais aussi de particules (poussières continentales
désertiques, marqueurs volcaniques) ou encore de métaux lourds (mercure, plomb), sur des périodes allant de quelques
dizaines d'années à 800000 ans.
La concentration des gaz à effet de serre (CO2, méthane et protoxyde d'azote) montre, depuis 800 000 ans, des varia-
tions cycliques d'une périodicité d'environ 100000 ans. À plus petite échelle de temps, on observe depuis 1850 une
augmentation très nette de la concentration de ces trois gaz : les valeurs atteintes actuellement sont supérieures aux
valeurs les plus élevées connues avant le début de l'ère industrielle. Par exemple, la concentration en méthane, qui
n'avait jamais dépassé 800 ppbv (partie par milliard en volume), est de 1800 ppbv aujourd'hui.
Activité 2:La mesure des paléotempératures :
TD : Utilisation des logiciels GeoMapApp, Oxygène (18O/16O).
Utilisation du logiciel Oxygène (18O/16O):
L’oxygène existe sous la forme de deux isotopes stables : 18O et 16O.
L’eau de mer est beaucoup plus riche en 16O.
Ces 2 isotopes n’ont pas le même comportement au cours du cycle de l’eau : 16O contenu dans l’eau de mer s’évapore facilement par
rapport à 18O ce qui fait que les nuages sont très riches en 16O.
Le δ18O :
Dans l'eau naturelle (océan, lac, vapeur, glace, etc.), le rapport H2 18O/ H2 16O est de l'ordre de 1/500 (0.002).
Ce rapport varie extrêmement peu, 1 à 2 % à nos latitudes, 3-4 % aux hautes latitudes.
On utilise la notation "delta" (δ) qui permet d'exprimer ces petites variations. On exprime ces variations en "pour mille" (0/00):
S
tandards : O et H
: S.M.O.W.
(Standard Mean
Ocean Water)
(0/
00
)
C
omposition exprimée en
déviation "delta" par
rapport à la composition
océanique moyenne de
1/500.
(d'après Gilles DELAYGUE
Université de Berne)

00
En corrélant les températures en différents points du Globe et le δ18O en ces différents points, on obtient le
graphique suivant (livre p. 100):
 L’étude du δ18O sous différentes latitudes montre qu’il existe une relation entre ce δ18O et la température :
laquelle ?
Réponse : Le 18O (plus lourd) sera préférentiellement entraîné lors des précipitations (condensation), les nuages s’approchant des
pôles seront donc de plus en plus pauvres en 18O.
Schéma explicatif :
18
O/
16
O diminue de l’équateur aux pôles et donc δ
18
O diminue dans les précipitations de l’équateur aux pôles.
Diminution de la température
condensation condensation
Vapeur
d'eau
_18O = -10
0
/
Evaporation
Précipitation
Précipitation
_18O = -40
0
/
Equateur _18O = -20 0/ Calotte
de glace
Pôle
Eau de
Mer
_18O = 00/
Continent
Répartition annuelle de

Le δ18O peut être considéré comme un marqueur de la température au lieu des précipitations (neige ou eau).
 En quoi le δ18O peut-il nous renseigner sur les températures du passé ?
Réponse : on peut penser que le principe du rapport isotopique 18O et 16O (H2 18O/ H2 16O) est resté inchangé au cours des
temps géologiques. Le δ18O peut donc servir de marqueur de la température à une période donnée. L’étude du δ18O dans les
carottes de glaces peut donc permettre une étude de l’évolution des températures en un lieu donné au cours des 800 000
dernières années.
Activité « tableur » (tableur : « Evolution du δ18O au forage GRIP (Groenland) »)
 Construire la courbe « Evolution du δ18O au forage GRIP (Groenland) » à l’aide des données fournies.
Résultat attendu :
Le δD :
Le rapport des isotopes 1H et 2H de l’hydrogène, ou δD peut aussi constituer un bon paléo-thermomètre (livre p 100).
 A partir du doc. 3 p. 101, montrez l'intérêt de la comparaison de différents forages (GISP, GRIP, Vostok).
Cours : L'analyse de la glace polaire permet de mettre en relation ces changements de composition
atmosphérique avec l'évolution des températures. Il est en effet possible de retrouver les températures du
passé grâce à un thermomètre isotopique qui s'appuie sur l'évolution de la concentration des isotopes de
l'oxygène ou de l'hydrogène dans l'eau (et donc dans la glace). Pour cela, on mesure le δ18O (basé sur le rapport
entre les isotopes de l'oxygène 180 et 16O) ou le δD (en relation avec le rapport entre les isotopes de l'hy-
drogène 'H et 2H, ou deutérium). Ces rapports permettent d'estimer la température atmosphérique au
moment de la formation de la glace. En effet, actuellement, on constate expérimentalement que le δ18O et le
δD de la neige varient avec la température atmosphérique au moment de la précipitation : plus la température
est basse, plus le δ18O et le δD de la neige sont faibles. La courbe traduisant les variations de l'un ou l'autre de
ces rapports en fonction de la température est une droite. La mesure du δ18O ou du δD de la glace permet donc
d'estimer la température au moment de la chute de neige correspondante.
Les mesures réalisées aux pôles montrent que les températures ont connu des cycles d'à peu près 100000 ans
pendant lesquels elles ont varié de 8 à 12°C : ce sont les cycles des périodes glaciaires-interglaciaires.
Activité 3 : les pollens et l’évolution climatique globale :

Les gymnospermes et les angiospermes assurent leur reproduction par le biais de gamètes dont le pollen (gamètes mâles).
L’enveloppe très résistante des grains de pollen est apte à leur conservation dans les milieux appauvris en oxygène :
tourbières, lacs.
Observation de différents pollens au microscope au MEB:
Observation de différents pollens au microscope optique :
Détermination des pollens en s'aidant de la clé de détermination :
Pollen inaperturé
pollen sans sillon ni pore
Grains isolés sans sillon grains isolés sans sillon ni Grains multiples
ni pore pore avec ballonnets
dyade tétrade polyade
Pollen poré
pollen avec pore
monoporé diporé périporé triporé stéphanoporé
Pollen colpé
pollen avec sillon
monocolpé dicolpé tricolpé stéphanocolpé syncolpé
Pollen colporé
pollen avec pore et sillon
tricolporé péricolporé stéphanocolporé