Séance 1

Changements climatiques au cours des 700 000 dernières années.
Séance 1 : Pb : Quels sont les moyens permettant la reconstitution des climats ?
I.
Les indicateurs des changements climatiques.
1) Etude des calottes glaciaires.
a)Pourquoi étudier les glaces ?
- pages 8 et 9
- logiciel Vostok
 Quelles sont les différentes informations que l’on peut extraire de l’étude des carottes glaciaires ?
b)Les campagnes au Groenland et en Antarctique*.
c)Les résultats.
° Analyse de l’atmosphère emprisonné dans les bulles d’air.
- Logiciel Vostok (courbe de la variation de CO2)
--  doc 1 page 10 (courbe de la variation de CO2 )
 Analysez les résultats obtenus
° L’étude du δ 18O * : une approche indirecte du climat passé.
Logiciel 18O/ 16O.
 A l’aide des informations apportées par le logiciel complétez les textes ci-dessous et réalisez un
schéma de synthèse.
18
L’oxygène existe sous la forme de deux isotopes
O (…%) =
stables :
16
O (…%) =
L’eau, partout sur terre, comporte des molécules élaborées à partir de l’un ou l’autre des isotopes de
l’oxygène H218O ou H2 16O.
Il est possible de calculer les variations du rapport
H218O /H2 16O relativement à une valeur de référence. Le rapport obtenu est appelé δ 18O *.
Ces 2 isotopes n’ont pas le même comportement au cours du cycle de l’eau* :
Lors de l’évaporation, la molécule H216O, plus ……. passe plus ……………… dans la phase
……... que la molécule plus………. D’H218O.
 La vapeur d'eau s'évapore essentiellement dans les régions ……….. les plus chaudes. Dès le
processus d'évaporation, la vapeur d'eau contient environ 1% d’ ……….. en moins par rapport
à l'eau des océans.
Ce déficit est exprimé en référence à une composition standard proche de celle de l'océan mondial,
c'est le δ 18O *.
Cette masse d'air humide est ensuite transportée vers les plus hautes latitudes.
 Lors de chaque condensation de la vapeur d'eau, les molécules d’……… se condensent
préférentiellement par rapport aux molécules d’………. La vapeur d'eau s’………… …alors en
18
O. Au cours de sa migration vers les pôles (et de son refroidissement), la masse d'air subit des
condensations successives qui l’……………… en isotope lourd. Les précipitations se fabriquent
à partir de vapeur d'eau de plus en plus ……………. en isotope lourd.


Le δ 18O des précipitations …………………… (-10, -20, -30, -40 ‰)
Schéma :
L'analyse du d18O des précipitations actuelles et la mise en corrélation avec les températures a permis
de montrer qu'il existait une relation linéaire entre la moyenne annuelle des température et le δ 18O des
précipitations (sous forme de neige aux pôles). - doc 3 page 9
 Analysez précisément et attentivement ce graphique (ATTENTION au sens de variation et aux
graduations).
Cette linéarité est à la base du "thermomètre isotopique" : plus il fait froid, plus la teneur isotopique
des précipitations en 18O est faible. Appliquée en un site donné, cette correspondance a permis de
reconstruire les variations du climat à partir des enregistrements isotopiques le long de carottes
obtenues par forage des calottes glaciaires de l'Antarctique et du Groenland. Variation du rapport 18O/ 16O en fonction du climat.
Plus le climat est froid, plus il y a de précipitation, plus l’… retourne dans la mer, plus les glaces qui
se forment ont un rapport …………en 18O : 18O/ 16O ….. ……(par rapport à la référence) : il y a
stockage de l’… dans les glaces : δ 18O ………….
Quand le climat se réchauffe les glaces fondent et l’ … mis en banque dans les glaces retourne dans
l’eau de mer et le rapport 18O/ 16O ………… dans les glaces : : δ 18O ………….
Donc
-
le δ 18O des précipitations ……………………. de l’équateur vers les pôles.
Plus il fait froid, plus le δ 18O est …………..
Selon le même raisonnement les variations δ 18O permet d’évaluer les variation du niveau de la
mer en évaluant le volume des calottes polaires.
Une variation du δ 18O de l'eau des océans (et du δ 18O des carbonates des foraminifères benthiques)
de 1 pour mille correspond à une variation du niveau marin de 100m environ.
Une élévation de 1 ‰ du d18O des foraminifères benthiques correspond à plus du doublement du
volume des calottes glaciaires. (+112%)
Application :
Les calottes polaires de l’Antarctique et du Groenland sont constituées par l’accumulation et le
tassement progressif de la neige au fil des années. On peut identifier et dater les différentes couches
d’une carotte obtenue par forage*. Le calcul de δ 18O dans ces couches permet de déduire les
températures de l’air qui ont présidé à la formation de chaque couche analysée.
 Analysez les résultats obtenus.
 Interprétez les.
 Etablissez une échelle des variations
climatiques au cours des derniers
250 milliers d’années.
0




Climat
période
Comparer les résultats de Vostok (logiciel et livre doc1 page 10) (CO2, méthane / δ 18O).
Comparer avec les résultats obtenus au Groenland (livre 3 page 11)
Comparer avec les évaluations de paléo-température.
Concluez quant à l’évolution du climat des 200 000 ans passés.
2) Des indicateurs biologiques.
• Analyse des sédiments océaniques. (Livre page 12 et 13)
Selon le même principe, on peut étudier le δ 18O des carbonates dans les sédiments océaniques qui
contiennent des restes animaux et végétaux, riches en carbonates.
Les foraminifères sont des organismes unicellulaires hétérotrophes (protozoaires) aquatiques.
Ils vivent dans un test ("coquille") calcaire qui s'accumule à leur mort dans certaines conditions sur les
fonds marins. Le groupe est très diversifié tant d'un point de vue morphologique que biologique.
Ainsi certaines espèces sont planctoniques alors que d'autres vivent sur les fonds (On les dit
alors benthiques) à diverses profondeurs selon les espèces.
Les variations du δ 18O des carbonates des foraminifères benthiques abyssaux (des
fonds océaniques) sont liées uniquement aux variations de la composition isotopique de l'eau de mer si
l'on admet qu'à forte profondeur, les températures sont constantes. Dans ce cas, les variations du δ 18O
des carbonates des foraminifères benthiques sont égales aux variations du d18O de l'océan.
Les sédiments des fonds océaniques accumulent les tests au cours du temps. L'étude de ces
sédiments permet d'y mesurer le δ 18O des carbonates des foraminifères benthiques et donc de
déterminer le d18O de l'eau de mer à l'époque du dépôt.
 Observez une lame de calcaire à foraminifères.
 Analysez le doc 2 page 12.
 Que signifient : une augmentation, une diminution du δ 18O des carbonates.
Sujet de BAC :
L’exploitation des données océaniques et continentales suggère que la déglaciation amorcée il y
a 18000 ans a été associée à des oscillations climatiques brutales et de forte amplitude.
A l’aide d’informations extraites des documents 1 et 2, montrez que le Dryas récent,
intervalle de temps compris entre - 11 000 et - 10 000 ans, est la dernière oscillation du
climat dans l’hémisphère nord avant la relative stabilité observée depuis.
Document 1 :
1.a : Courbe isotopique delta 18O obtenue à partir du
sondage de Camp Century dans les glaces du
Groenland
1.b : Document de référence
La concentration de la neige en oxygène 18 varie de
façon linéaire avec la température. En mesurant la
composition isotopique des couches de glace d’une
carotte prélevée dans un inlandsis, il est donc possible
de déterminer la température qui régnait lors du dépôt
de la neige à l’origine de la glace.(doc 3 page 9)
Document 2 : Microfosiles d'une carotte de sédiments prélevée près des côtes de Norvège.
2a : Neogloboquadrina pachyderma est un foraminifère dont
l’enroulement du test (coquille) dépend de la température de
l’eau de surface de la mer :
- enroulement dextre (vers la droite) lorsque l’eau
de surface est chaude.
- - enroulement senestre (vers la gauche) lorsque
l’eau de surface est froide.
2b : Proportion de Neogloboquadrina pachyderma à
enroulement dextre au cours du temps.
Exercice 2 page 29 puis comparez les résultats obtenus par les 2 méthodes, Concluez.