Etude des variations de composition isotopique

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Temps 1 : les variations de composition isotopique des carbonates marins et leur
signification.
Supports
- Texte « Isotopes de l'oxygène dans les sédiments carbonatés et variations du niveau de la mer ».
Voir le document
- Schéma de synthèse.
- Echantillons de calcaire marin à Foraminifère, présentant aussi des macrofossiles de faciès
- Flacon d’HCl.
- Loupe binoculaire, lame mince de calcaire à Foraminifère.

Consignes
Prérequis : la notion de δ 18O acquise à l’issue de l’activité « Etude de la composition isotopique des
glaces polaires ».
• Extraire du texte les informations utiles à la compréhension du schéma : préparer une
présentation orale (5min.) du schéma expliquant sa signification.
• Vérifier la nature chimique carbonatée des échantillons présentés par une réaction à l’acide et
constater à partir des macrofossiles de faciès leur origine marine.
• Constater l’abondance de tests de foraminifères benthiques en observant à la loupe binoculaire
une lame mince de calcaire à foraminifères fossiles : quelle information tirée du texte justifie le
choix de ce type de foraminifère en vue de la mesure du rapport isotopique de l’oxygène et de
l’étude des variations de volume des glaces continentales ?
Résultats
Les forages océaniques permettent de remonter des carottes de sédiments carbonatés, dans lesquels
on peut mesurer le δ 18O des carbonates (CO3) en fonction de la profondeur, donc de l’âge du
sédiment.
Lors de périodes froides, le volume des calottes polaires, pauvres en 18O, augmentant, on observe
un enrichissement en 18O des océans et donc une augmentation du δ 18O des carbonates qui s’y
déposent : le rapport (18O/16O) dans les tests carbonatés des foraminifères benthiques dans les
sédiments océaniques récents est donc un traceur des variations du niveau de la mer, de l'extension
des calottes polaires au cours du temps et, indirectement, du climat global de la Terre.
Différents organismes marins, notamment les Foraminifères, fabriquent, à partir de l'eau de mer,
des tests carbonatés dont l’accumulation est à l'origine des sédiments océaniques. Le δ 18O des
carbonates est mesuré sur les tests calcaires des Foraminifères benthiques, qui vivent au fond des
océans où la température est stable : les variations de ce rapport ne dépendent que de celles de la
composition de l’eau de mer. La même mesure sur les foraminifères planctoniques n’est pas
utilisable car elle dépend aussi des variations de température de surface de l’océan.
Calcaires marins éocène (Minerve – Hérault) à bivalves et foraminifères (Alvéolines, Milioles …) :

Lame mince :
Temps 2 : les variations isotopiques des carbonates marins sur les 700 000
dernières années
Supports
- Un tableur
- Les feuilles de calcul du fichier « Foram O18.xls » proposent des mesures datées, issues de 3
forages océaniques, du δ 18O des carbonates, analysé sur des tests de foraminifère benthique.
Voir la feuille de calcul
Consignes
• Construire les graphes δ18O=f(âge)
• Imprimer les graphes après avoir pris soin de choisir une échelle de temps permettant leur
comparaison.
• Décrire les variations temporelles observées. Repérer les épisodes glaciaires et interglaciaires.
• En comparant les graphes, peut on mettre en relation les variations relevées dans les 3 forages ?

Résultats
Production attendue
Des graphiques imprimés
Un alignement des axes des temps permettant une comparaison des 3 enregistrements.
Notions et compétences acquises
- Une lecture correcte de l’axe du δ18O : les maxima (océan enrichi en 18O ) correspondent à un
épisode glaciaire donc à un minimum thermique et les minima (océan apauvri en 18O )
correspondent à un épisode interglaciaire donc à un maximum thermique
- Un lecture correcte de l’axe des temps : glaciations et déglaciations constatées du passé vers
l’actuel.
- Le constat d’une périodicité d’environ 100 000 ans des cycles glaciaire-interglaciaires, à
laquelle se superpose des cycles climatiques moins amples et de période plus variables.
- Le constat du synchronisme des 3 enregistrements supposant la globalité des épisodes
climatiques enregistrés.
Temps 3 : traduction des variations isotopiques des carbonates marins en
variations du volume des calottes polaires et du niveau de la mer
Supports
- Les graphes δ18O=f(âge) précédemment obtenus
- Quelques éléments supplémentaires de réflexion :
On a pu calculer qu’une variation
∆δ du δ 18O de l’eau des océans de 1 correspond à une variation
du niveau marin ∆ h de 100 m environ et à une augmentation du volume des calottes glaciaires ∆ V
de 36.106 km3 (Le volume actuel des calottes glaciaires est de 32.106 km3).
∆ h = H . ∆δ / δ
18Oglace où H est la profondeur moyenne des océans (4 000 m)
∆ V = V . ∆δ / δ
18Oglace où V est le volume actuel des océans (144.106 km3)

Consignes
• Mesurer l’amplitude totale des variations du δ18O pour le dernier cycle climatique.
• Estimer la variation du volume marin correspondante.
• Estimer la variation du volume de glace continentale correspondante.
Résultats
Exemple du dernier réchauffement climatique évalué sur le forage RC13-229 : variation du δ18O de
-1.7 ‰ soit ∆hocéan d’environ +170 m et ∆Vglace de + 61.106 km3 soit un volume de glace
continentale près de 3 fois plus important qu’actuellement.
Les variations observées lors des autres cycles climatiques sont du même ordre de grandeur.