Les variations du niveau de la mer

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Les variations du niveau de la mer
Introduction :
Le réchauffement planétaire du XX° siècle a entrainé une élévation moyenne du niveau de la mer de 10 cm.
Problème :
- Comment identifier d’anciennes modifications du niveau marin ?
- Quelles sont les causes des variations du niveau marin ?
I. Des variations du niveau de la mer :
A. Des variations récentes liées aux glaciations du Quaternaire :
1. Les indices qui témoignent de variations :
a. La grotte Cosquer :
Découverte en 1985 de l’entrée de la grotte à -36m sous le niveau de la mer.
Elle a été occupée de -30000 ans à -15000 ans.
Le niveau de la mer à l’époque était au moins inférieur de 36 m.
Des bisons, pingouins et phoques sont peints, cela témoigne d’un climat froid.
b. Des récifs coralliens fossiles :
Cf. Site du lycée « Ecologie des récifs coralliens »
Les récifs coralliens actuels sont des bioconstructions aux exigences écologiques très strictes. En supposant que
les coraux fossiles vivaient dans les mêmes conditions que leurs représentants actuels (principe de l'actualisme) ils
témoignent d'un milieu marin peu profond aux eaux claires et riches en oxygène. Ils constituent d'excellentes
archives du climat et du niveau marin.
CF. Site du lycée « Colonne stratigraphique de deux forages réalisés dans un récif barrière de Tahiti »
Forage P7 : on observe un récif datant du pléistocène d’une épaisseur de 37 m ente -87 et -114m de profondeur. Au
dessus en discordance on a une séquence continue de récifs sur une épaisseur de 87 m qui se sont mis en place
entre -14000 ans et le présent pendant une période chaude.
La construction du récif a commencé il y a -14000 ans au dessus du vieux récif existant. Elle est séparée de celui-ci
par une discordance (érosion). Le récif pléistocène a été hors de l’eau pendant la dernière glaciation.
Il a été noyé sous les eaux puis il y a eu construction d’un nouveau récif. Grâce à un environnement globalement
favorable, le récif corallien s'est développé sans interruption depuis.
Comment peut-on trouver 87 m d’épaisseur de récifs alors qu’ils ne peuvent vivre en dessous de 45 m ?
Cette épaisseur peut s’expliquer par l’enfoncement progressif du point chaud sur lequel s’appui le récif.
L’enfoncement étant de 0,7 mm par an sur 13800 ans l’enfoncement devrait être de 0,7 x 13800 = 9,6 m.
Les mouvements tectoniques sont insuffisants pour expliquer la profondeur à laquelle se retrouve certains coraux
fossiles (des coraux de 13750 ans se trouvent à 83,6 m de profondeur alors que l'amplitude des mouvements
tectoniques sur cette période ne sont que de 9,6 m). Il y a donc eu élévation du niveau marin.
CF. Site du lycée « Variation du niveau marin »
On observe que la courbe de croissance du récif suit la courbe de remontée du niveau de la mer.
Les variations du niveau marin déduites de l'étude des forages de Tahiti sont elles confirmées par d'autres
marqueurs géologiques ?
CF. Site du lycée « variation du niveau marin reconstitué à partir de forages »
On observe les mêmes variations du niveau de la mer à Tahiti en Nouvelle Guinée et à la Barbade.
Les forages effectués dans diverses zones du globe montrent qu’il y a eu élévation du niveau de la mer depuis la
dernière glaciation.
CF. Site du lycée « variation du delta 18O des glaces du Groenland »
A partir de -115000 ans on constate que le δ18O des glaces a augmenté ce qui correspond à une période de
réchauffement climatique donc à une montée du niveau marin.
A partir de -12000 ans on observe que le δ18O des carbonates des foraminifères a diminué ce qui correspond à un
réchauffement des eaux.
Les coraux montrent que depuis 12000 ans il y a eu élévation du niveau marin.
c. Des traces de paléorivages :
CF. Site du lycée « des traces de paléorivages »
On observe sous la mer d’anciens paléorivages de type plage ou de type pied de falaise preuve que le niveau de la
mer a varié. Au large de Marseille le niveau marin était 100 m plus bas que l’actuel il y a 13850 ans. C’était une
période glaciaire où une grande partie de l’eau était mobilisée sous forme de glace au niveau des continents.
NB : Si l’on trouve un paléorivage au dessus du niveau actuel de la mer c’est qu’il y a eu baisse du niveau.
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d. Variation du niveau des mers et des océans depuis 8000 ans :
Cf. site du lycée
2. Les variations récentes mises en évidence :
Depuis 20000 ans le niveau de la mer a augmenté de 120 à 130 mètres mais à des vitesses variables suivant les
périodes (lentes ou rapides). La coïncidence des observations dans différents points du globe montre que le
phénomène était planétaire.
B. Des variations plus anciennes : transgressions et régressions du Crétacé :
1. La marge continentale, archive des fluctuations marines :
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Q1. L'application du principe de l'actualisme permet d'affirmer que le poudingue ferrugineux s'est formé
dans une faible tranche d'eau près du bord de mer car il contient des fragments détritiques grossiers,
des fragments de végétaux et de la glauconie typique des faibles profondeurs.
La craie caractérise un milieu plus profond car les coccoli thophoridés à l'origine de sa formation vivent
en plein océan.
La superposition de la craie sur le poudingue ferrugineux indique que le niveau marin a augmenté au
cours du temps
Q2. Le poudingue ferrugineux s'est formé au cours de l'AIbien moyen pendant plusieurs millions
d'années, la craie s'est elle déposée du Cénomanien jusqu'au Coniacien c'est à dire pendant environ 8
Ma. Ces variations se sont donc réalisées à de grandes échelles de temps, les arguments que nous
utilisons sont donc peu précis : plus on recule dans le passé et plus les données géologiques perdent
de leur précision.
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Q1. La sédimentation est de plus en plus fine lors d’une transgression et elle finit même par devenir de
type carbonaté.
Une séquence régressive se reconnaît par une sédimentation qui est de moins en moins carbonatée et
de plus en plus détritique du bas vers le haut de la série.
Q2. Le Crétacé supérieur du pays de Caux est marqué à sa base par une arrivée hésitante de la mer
(sable, argile puis poudingue). Par la suite, une grande transgression se m et en place à la fin de
l'Alb ien jusqu'au Coniacien puisque les dépôts sont alors de plus en plus fins (pou dingue puis
argiles), puis de plus en plus carbonatés (gaize puis craie glauconieuse puis craie grise puis craie
blanche).
La mer s'est retirée par la suite mais dans le pays de Caux, les traces de cette régression ont depuis
été érodées.
Q3. On trouve des roches du Crétacé supérieur en France, dans le bassin de Paris, le bassin d'Aquitaine
et les Alpes. L'océan, ou la mer, à l'origine de ces dépôts, pour la plu part carbonatés, se mble donc
avoir recouvert à cette époque presque tout le pays. Seuls les reliefs anciens semblent avoir été
épargnés. La transgression a donc été d'une très grande ampleur.
Au Crétacé, le Poitou permettait la communication entre deux vastes zones émergées, on peut donc le
qualifier de seuil.
Les domaines qualifiés de boréal et de téthysien n'ont pas exactement les mêmes caractéristiques.
À cette époque, au nord de la France, c'est en effet une mer épi continentale qui a permis le dépôt de
la craie, tandis qu'au sud c'est un océan avec marges et talus qui a permis le dépôt de calcaires et de
dépôts de type turbidites dans les Alpes.
Q4. Différents témoins ont permis d'établir en France les variations du niveau de la mer du jurassique au
Crétacé.
Le jurassique est en effet marqué partout en France par l'abondance de roches calcaires qui affleurent
dans le Poitou, le Jura, la Provence et l'est du bassin de Paris. Une mer a donc à cette époque
recouvert presque tout le pays.
Le Crétacé inférieur n'affleure lui que dans le bassin de Paris et les Alpes, la mer s'est donc en
partie retirée durant cette période pour mieux revenir au Crétacé supérieur. Ce dernier est pour cela
discordant sur les terrains jurassiques dans de nombreuses régions.
À la fin du Crétacé, la mer se retire pour revenir par intermittence à l'ère tertiaire dans le bassin de Paris
et le bassin d'Aquitaine.
2. La transgression du Crétacé au niveau de la planète : Cf. page 68
Q1. Les roches sédimentaires marines datées du Crétacé supérieur ont une ext ension mondiale
puisqu'on les retrouve sur l'ensemble des continents. Par exemple, les roches carbonatées (craie ou
calcaire) déposées au Cénomanien sont présentes jusqu'au cœur de l'Afrique du nord et de l'est, ainsi que
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sur l'ensemble de l'Europe.
La transgression a donc eu une ampleur considérable, la mer s'avançant sur quasiment l'ensemble des
continents.
L'observation des cartes présentées montrent que c'est au Cénomanien que la tran sgression s'est
produite permettant la progression vers l'intérieur de s terres des dépôts sédimentaires fins (en orange)
et des dépôts carbonatés (en jaune).
La mer s'est ensuite retirée grâce à une grande régression qui explique le recul net de ces même s
formations vers le bassin océanique au Maastrichtien.
Q2. Cette transgression cénomanienne n'est pas isolée dans les temps géologiques car à d'autres
périodes, il y a eu des variations semblables (jurassique, Cambrien par exemple). Cependant, elle
reste la plus grande transgression de l'histoire par son ampleur (+ 300 m).
Q3. Cette transgression se situe dans un contexte de forte expansion océanique car c'est en effet à
cette époque que l'ouverture de l'océan Atlantique s’accélère et donc que les dorsales fonctionnent à
plein régime.
II. Les causes des variations du niveau marin :
Le niveau marin dépend :
- du volume d’eau.
- du volume des réservoirs = bassins océaniques.
A. Des facteurs climatiques à l’origine des variations du niveau marin :
1. Climat, glaces continentales et niveau marin :
Cf. poly la transgression crétacé.
Les foraminifères planctoniques montrent que les eaux de surface étaient plus chaudes qu’aujourd’hui.
Les foraminifères benthiques montrent que les eaux du fond étaient plus chaudes qu’aujourd’hui.
Les températures à toutes les latitudes étaient plus élevées qu’aujourd’hui.
Cf. livre p. 70-71.
1. Il existe un lien très étroit entre les variations du niveau de la mer et les conditions climatiques puisque
c'est lors des périodes chaudes (hausse du δ 18 0 mesuré dans les glaces, augmentation de l'insolation) que
le niveau marin augmente, et lors des périodes froides qu'il est le plus bas.
Dans les niveaux datés à - 14 800 ans, on mesure dans les carottes glaciaires une augmentation
brutale du δ 18 0 ce qui signe une brusque hausse des températures. Ceci correspond à une hausse brutale
du niveau de la mer.
On peut donc penser que le lien existant entre les conditions climatiques et le niveau de la mer est
établi par le volume des glaces stockées sur les continents : quand il y refroidissement climatique, il y a plus
de glaces stockées et donc le niveau marin chute mais lorsqu’il y a un brusque réchauffement
climatique, une grande quantité de cette glace fond et provoque irrémédiablement une augmentation
proportionnelle du niveau marin.
2. La glace de mer en fondant ne provoque pas d'aug mentation du niveau de la mer. Selon le principe
d'Archimède, une poussée du même nom s'oppose à l'enfonce ment de la glace lorsqu'elle est dans
l'eau, or celle-ci vaut le poids du liquide déplacé par la glace et donc quand celle-ci fond (comme elle
conserve sa masse), elle restitue le volume qui avait été déplacé (le volume de l'eau déplacée vaut le
volume de l'eau de fusion) : le niveau de la mer n'augmente donc pas.
Expérience simple :
Prendre un verre contenant de l'eau et y placer plusieurs glaçons pour que ceux-ci forment une couche à
la surface de l'eau. Ajouter ensuite de l'eau pour que le verre soit plein « à ras-bord » : les glaçons
dépassent alors largement le niveau du bord du verre. La question à poser aux élèves est : lorsque la
glace va fondre, le verre va -t-il déborder ou non ?
Laisser fondre et constater que le verre ne déborde pas.
3. Il y a 20 000 ans, le niveau de la mer a diminué de 130 m environ, ceci correspond au stockage sur
les continents de 130 x 3,5.10 1 4 = 45 millions de km 3 de glaces en plus de la quantité actuelle (30 millions
de km3).
La géographie de l'Europe fut ainsi considérablement modifiée, la Manche se retrouvant à sec, la
Corse et la Sardaigne réunies et l'entrée de la grotte Cosquer à plu sieurs kilomètres du rivage.
La montée des eaux qui résulterait de la fonte des gla ciers actuels :
Antarctique est : 23.1015/3,5 1014 = 65,71 m
Antarctique de l'ouest : 20 m
Groenland : 7,71 m
Autres glaciers : 68 cm
Soit un total de : 94,1 m
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La géographie de l’Europe serait à nouveau modifiée car toute l’Europe du nord, les zones côtières er bordière des
grands fleuves seraient immergées.
2. Climat, dilatation thermique de l’eau et niveau marin : Cf livre p. 73
Cf. site du lycée « Les causes des variations mondiales du niveau marin » doc. 2
A 23,8°C l’eau occupe tout l’espace disponible dans le tube.
A 7,57°C l’eau occupe peu de place à l’intérieur du tube.
L’augmentation de niveau est liée à la dilatation de l’eau sous l’effet de la température.
Lors d'un réchauffement climatique, le niveau de la mer augmente nécessairement du fait de la dilatation de
l'eau de mer.
D'ici à la fin du siècle, le niveau marin va donc augmen t e r e n c o n s é q u en c e d u r é c h a u f f e m e n t
c l im a t iq u e annoncé.
Si celui-ci est de 2 °C, l'augmentation du niveau marin en réponse à la dilatation de l'eau sera de :
- Calcul du volume d'eau susceptible de se dilater (= partie superficielle, on prendra la valeur
minimale de 500 m):
V(To) = 3,5.1014 x 500 = 2,275.1017 m3
- Calcul du volume gagné par dilatation :
VT = 2,275.1017 x (1 + (2,6.10-4 x 2)) = 2,276.1017 m3
- Calcul de la variation de niveau :
(VT - VTo)/3,5.1014 = 0,28 m.
Si le réchauffement climatique est de 5°C, l’augmentation du niveau marin en réponse à la dilatation de l’eau sera
de0,85 m.
Pb : comment expliquer une augmentation de plusieurs centaines de mètres au crétacé ?
B. Des facteurs géologiques à l’origine de variations de volume des bassins
océaniques :
Cf. livre page 72
1. Il existe une relation étroite entre le volume des dor sales et le niveau de la mer : plus l'activité des
dorsales est importante et plus le niveau marin augmente. Lors des fortes périodes d'activité
volcanique, le volume des dorsales augmente ce qui diminue le volum e des bassins océaniques : l'eau
ne peut alors que déborder sur les continents en provoquant des transgressions de grande ampleur (+
250 m).
Cf. site du lycée « Planisphères à l’Oxfordien et à l’Aptien ».
Cf. site du lycée « Les causes des variations mondiales du niveau marin » doc. 3 et doc. 4
Au crétacé supérieur le volume de lave émise par les dorsales a considérablement augmenté ce qui a généré une
diminution des bassins océaniques et la grande transgression du crétacé supérieur.
Au Crétacé, c'est donc le regain d'activité des dorsales consécutivement à l'accélération de l'ouverture
de l'océan Atlantique qui est donc à l'origine de la transgression du Crétacé supérieur.
2. Plus une lithosphère est ancienne plus elle s’enfonce dans le manteau ce qui augme nte la
profondeur des océans. En augmentant ainsi le volume des bassins océaniques, ce seul paramètre
est à l’origine de régressions du niveau marin.
3. Ces paramètres jouent sur de grandes échelles de temps, des millions d'années et sont à l'origine de variations
de grandes ampleurs (des centaines de mètres).
III. Synthèse :
Le niveau marin dépend du volume d’eau dans les bassins et du volume des bassins.
- Le niveau d’eau dans les bassins dépend directement de deux facteurs
La dilatation thermique ;
La formation et la destruction des calottes polaires.
- le volume des bassins océaniques dépend aussi de l’activité et du nombre des dorsales. L’échelle de temps de ces
variations est la dizaine de millions d’années.
- Actuellement le niveau eustatique monte, en relation avec le réchauffement du climat.