Du passé géologique à l`évolution future de la planète

- Terminale S Spécialité SVT : Dossier 3 : Du passé géologique à l’évolution future de la planète -
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Term S Spé
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Enseignement
obligatoire
Du passé géologique à l’évolution
future de la planète
DOSSIER 3 - Sommaire :
I/ Les variations climatiques au cours des 700.000 dernières années
L’analyse des gaz contenus dans les bulles emprisonnées dans les glaces polaires via le delta 18O des glaces
et l’analyse des carottes sédimentaires effectuées au fond des lacs et des tourbières renseignent sur les
variations climatiques locales. Les variations climatiques à l’échelle planétaire sont appréhendées par
l’analyse de carottes sédimentaires prélevées au fond des océans via le delta 18O des carbonates. L’origine
des variations climatiques mises en évidence par ces techniques est astronomique avec une variation de
l’orbite de notre planète et terrestre avec des variations de l’albédo et du CO2. Les enregistrements
géologiques permettent d’identifier les changements climatiques avec une grande résolution, de l’ordre d
1.000 ans.
II/ Les changements climatiques aux grandes échelles de temps
L’approche des variations climatiques à très grande échelle repose sur des analyses sédimentaires avec
recherche de traces de glaciers par exemple. L’origine de ces variations climatique à grande échelle est liée
directement ou indirectement à la tectonique des plaques donc à son activité interne et à l’activité externe de
la planète c’est-à-dire liée aux phénomènes de sédimentation et d’érosion. Les enregistrements géologiques
permettent d’identifier les changements climatiques avec une faible résolution, de quelques millions d’années.
III/ Les prévisions climatologiques pour les siècles à venir
La prévision des climats futurs et leur modélisation nécessitent au préalable l’identification qualitative des
différents paramètres qui contrôlent le climat, mais également la connaissance de leur importance
quantitative.
IV/ Les variations du niveau des mers : une conséquence des variations climatiques et de l’activité
interne du globe
Des variations du niveau des mers ont été archivées dans l’histoire de la Terre que ce soit à l’échelle du
million ou du milliard d’années. Les facteurs responsables de ces variations sont multiples mais toujours liés
directement à l’activité interne du globe ou aux variations de températures à la surface de la planète.
Samuel Remérand 2002
Paris en 2100
?
D’après SVT Term S Spé., Editions Bordas 2002.

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Introduction
La connaissance des climats terrestres futurs avec leur modélisation prévisionnelle nécessite
l’identification des principaux paramètres responsables des variations climatiques. Cette identification des
facteurs responsables des fluctuations climatiques est à rechercher dans l’analyse des climats passés ou
paléoclimats.
Plusieurs outils sont utilisés pour la reconstitution des paléoclimats récents ou plus anciens, à l’échelle
géologique, locaux ou globaux.
Quels sont les outils utilisés pour reconstituer les histoires paléoclimatiques locales et planétaires ?
Quels sont les facteurs responsables de ces variations climatiques et quelle évolution future des climats peut-
on raisonnablement envisager ?
Une des conséquences des variations climatiques est la variation du niveau des mers. Mais les variations
climatiques ne peuvent être tenues pour seules responsables de ces variations de niveaux marins, d’autres
facteurs géologiques interviennent et permettent d’expliquer des variations d’eustatisme aux échelles de temps
géologiques, malgré une apparente stabilité des niveaux marins à l’échelle humaine.
Quels sont ces facteurs responsables des variations du niveau des mers ?
I/ Les variations climatiques au cours des 700.000 dernières années
Les 700.000 dernières années sont marquées par une alternance de périodes glaciaires (présence d’une
calotte glaciaire aux pôles) et d’interglaciaires (disparition de la calotte glaciaire). Nous sommes donc
actuellement en période glaciaire !!
I-1 La reconstitution des paléoclimats locaux et planétaires
La reconstitution de climats passés nécessite la collecte d’indices physico-chimiques, polliniques et
fossilifères ainsi que l’utilisation des deux principes géologiques de datations relatives : le principe de
superposition et le principe d’actualisme.
I-1-1 La reconstitution des climats à l’échelle de la région
¢ En période glaciaire
R L’analyse des carottes glaciaires (Doc. 1) permet d’une part de reconstituer les
paléotempératures au niveau du site de forage, d’autre part de connaître les variations de teneur en CO2
et autres gaz au cours des 400.000 dernières années.
R Les molécules d’eau sont issues de la combinaison d’atomes d’H et d’16O et, pour une très
faible partie, de son isotope 18O (Doc. 2).
L’eau évaporée au niveau de l’équateur prélève préférentiellement l’eau composée d’H et
d’16O, plus léger que l’eau composée de deux atomes d’H et d’un atome d’18O. De plus au cours de son
parcours atmosphérique vers les pôles cette vapeur d’eau va se condenser puis précipiter. La vapeur
d’eau condensée la plus lourde, celle qui contient l’isotope 18O, précipitera la première. Plus il fait froid
et plus cette vapeur d’eau se condensera lors de son trajet, plus la vapeur d’eau résiduelle sera appauvrie
en 18O et plus les précipitations ultérieures seront appauvries en d’18O. Ainsi, en période glaciaire, la
neige qui tombe au niveau des pôles est très appauvrie en 18O, puisque la vapeur d’eau aura perdu
beaucoup d’H218O au cours de son parcours en direction des pôles.
Il existe une corrélation entre le δ18O et la température de l’air. Le δ18O de l’air, analysé
dans les carottes glaciaires, varie dans le même sens que la température, plus le δ18O est grand et
plus la température est élevée et inversement.
R La calotte glaciaire au niveau de l’Antarctique provient du tassement de 400.000 ans de
chute de neige (Doc. 3). Au centre de l’Antarctique, la température moyenne a varié de – 45°C à –
53°C.
R Lors de sa précipitation, la neige emprisonne des bulles de gaz atmosphériques
contemporaines de la chute de neige (Doc. 4). Une analyse des gaz contenus dans ces micro-bulles
permet d’apprécier la composition atmosphérique de l’époque, notamment la composition en CO2,
H2O…gaz à effet de serre, dont un parallèle avec les variations thermiques a également été démontré.

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Doc. 1
: L’analyse des
carottes glaciaires permet
d’estimer la température de
l’air et de connaître la
composition en gaz de
l’atmosphère à l’époque de
la chute de la neige
considérée.
D’après SVT Term S Spé.,
Editions Bordas 2002, modifié
Remérand 2002.
Doc. 2 : La température de l’air est corrélée avec le δ
18
O de la neige.
Ce δ18O varie dans le même sens que la température.
D’après SVT Term S Spé., Editions Nathan et Bordas 2002, modifié Remérand 2002.

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Doc. 3
: La calotte
glaciaire au niveau de
l’Antarctique provient
du tassement de
400.000 ans de chute
de neige. Au centre de
l’Antarctique, la
température moyenne
a varié de – 45°C à –
53°C.
D’après SVT Term S
Spé., Editions Bordas
2002, modifié
Remérand 2002.
Doc. 4
: Lors de sa précipitation, la neige
emprisonne des bulles de gaz
atmosphériques contemporaines de la
chute de neige Une analyse des gaz
contenus dans ces micro-
bulles permet
d’
apprécier la composition atmosphérique
de l’époque, notamment la composition en
CO2, H2O… gaz à effet de serre.
D’après SVT Term S Spé., Editions Bordas
2002, modifié Remérand 2002.
Doc. 5
:
En périodes glaciaire et interglaciaire
, des analyses son
t réalisées sur des carottes effectuées au
fonds des lacs et dans les tourbières, en utilisant le principe d’actualisme. Ces analyses portent sur les pollens
ou des gisements de microfossiles de gastéropodes. Un diagramme pollinique permet de reconstituer
les
fluctuations climatiques au cours du temps. Des analyses de fossiles complètent ces travaux.
D’après SVT Term S Spé., Editions Bordas 2002, modifié Remérand 2002.

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¢ En périodes glaciaires et interglaciaire
R En dehors des calottes pendant les périodes glaciaires et en l’absence de calotte lors des
interglaciaires, les analyses seront réalisées sur des carottes effectuées au fonds des lacs et dans les
tourbières, en utilisant le principe d’actualisme (Doc. 5). Ces analyses porteront sur les pollens
(palynologie) ou des gisements de microfossiles de gastéropodes. Des spectres polliniques, notamment,
permettent de réaliser un « instantané » sur le climat régional à l’époque de la sédimentation. Ces
différents spectres polliniques superposés forment un diagramme pollinique qui permet de reconstituer
les fluctuations climatiques au cours du temps. Des analyses de fossiles complètent ces travaux.
I-1-2 La reconstitution des climats à l’échelle planétaire
¢Lors de périodes glaciaires, l’eau évaporée au niveau de l’équateur se retrouve stockée, bloquée dans
les calottes (Doc. 6). L’océan se retrouve alors enrichi en 18O, la glace polaire appauvrie. L’analyse de l’eau de
mer via les squelettes des micro-organismes permet d’apprécier le volume global et le niveau des océans et donc
le climat planétaire. En effet, les micro-organismes marins, récoltés dans toutes les mers du monde, prélèvent
l’atome d’oxygène dans leur milieu de vie pour vivre et notamment pour fabriquer leur « squelette » calcaire en
Ca CO3. Une analyse des sédiments et en particulier des tests calcaires des foraminifères benthiques, qui
vivent sur le fond des océans, à température constante, et extraits par carottages, permet ainsi de suivre les
variations du δ18O et donc d’estimer la température de l’eau de mer de l’époque, le niveau des océans et le
climat. Il existe une corrélation entre les variations du δ18O des carbonates et la température de l’eau de
mer. Le δ18O des carbonates, analysé dans les carottes sédimentaires océaniques, varie dans le sens
contraire de la température, plus le δ18O est grand et plus la température est basse et inversement.
¢ Les carottes de sédiments marins ont permis d’estimer le volume des glaces et donc indirectement les
variations climatiques depuis 1 million d’années. Ce volume a varié de 25 millions de km3 dans les périodes
interglaciaires à 65 millions de km3 pendant les périodes glaciaires.
I-2 La concordance des résultats obtenus par différentes analyses permet de retrouver une
succession de périodes glaciaires et interglaciaires
¢ La superposition des résultats sur les variations climatiques :
- régionales, obtenus par analyses du δ18O de l’air, des carottes sédimentaires des lacs et
tourbières, des traces de glaciers (stries, moraines et lœss), des fossiles (Doc. 7)
- planétaires, obtenus par les analyses de δ18O des carbonates
a permis de mettre en évidence une succession cyclique de périodes glaciaires et interglaciaires.
¢ Quatre périodicités remarquables se chevauchent (Doc. 7):
- un cycle de 100.000 ans rythme les maxima glaciaires
- entre deux maxima des cycles de refroidissement-réchauffement sont observés sur des
périodes de 41.000, 23.000 et 19.000 ans.
I-3 L’origine de ces variations climatiques cycliques au cours des 700.000 dernières années
¢ Une influence astronomique
R La sphéricité de la Terre et sa position par rapport au Soleil est directement responsable des zones
climatiques terrestres et de l’alternance des saisons (cours Seconde et Doc. 8).
R Les variations climatiques cycliques sont d’abord d’origine astronomique (Doc. 9):
- l’orbite de la Terre autour du Soleil est plus ou moins elliptique. L’excentricité de cette
trajectoire (qui mesure l’aplatissement de l’ellipse) varie de O% (orbite circulaire) à 6%
(ellipse légèrement aplatie). Lorsque l’orbite est circulaire, le contraste été-hiver est faible car
la distance au Soleil ne change pas. Lorsque l’orbite est elliptique, le contraste été-hiver est
plus important car la distance Terre-Soleil est plus ou moins important. Les variations de
l’excentricité de l’orbite terrestre montrent une périodicité de 100.000 ans et correspondent
à la durée de chacune des périodes glaciaires aux cours des 700.000 dernières années.
- L’obliquité, angle qui caractérise l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre par rapport au
plan de l’écliptique (plan de déplacement de la Terre autour du Soleil) de l’orbite terrestre,