SERIE SEDIMENTAIRE MARINE ET VARIATIONS CLIMATIQUES 1

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 δ
18
O. 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 δ
18
O ? 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 δ
18
O des Foraminifères due à ce refroidissement.
c- En déduire la variation du δ
18
O 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 δ
18
O moyen de -40
°/
oo
. En écrivant la conservation des δ
18
O 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 
18
O 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 
18
O des carbonates peut provenir soit d'une baisse de la température
de l'eau soit d'une augmentation du 
18
O de l’eau. Dans les deux cas, ces variations
correspondent à une période froide glaciaire. Inversement pour une diminution du 
18
O. Les
maxima de 
18
O 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 
18
O
correspondent à des périodes chaudes 'interglaciaires', avec une extension des calottes de glace
comparable à celle actuelle. Les variations de 
18
O 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 
18
O (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
18
O et
16
O 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 
18
O 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
18
O 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 
18
O 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 (
18
O
), soit h=115m environ.