E3. Atmosphère et climat récents

SVT - TS E. Atmosphère et climats - 3. Récents
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E3. Atmosphère et climat récents
En changeant d’échelle de temps, les indices disponibles pour caractériser le
climat et l’atmosphère de ces 800 000 dernières années sont plus variés.
Comme nous l’avons vu pour les paléoclimats, le climat général dépend
essentiellement d’un critère : la température. Deux facteurs permettent de la
déterminer dans l’histoire récente de la Terre :
- Les glaces
- Les fossiles (sédiments océaniques, pollen)
L’évolution de la température est dépendante de la composition de
l’atmosphère.
E3.a EVOLUTION RECENTE DU CLIMAT – ETUDE DES BANQUISES
L’analyse des glaces permet de connaître la température de notre planète
ces derniers 800 000 ans.
i. Changement d’état et isotopes
Le passage entre état solide et gazeux dépend du poids d’une molécule
d’eau. Ainsi, une molécule d’eau possédant des isotopes d’oxygène et
d’hydrogène lourds (18O et D ou 2H) sera préférentiellement en phase liquide.
Une molécule possédant des isotopes légers (16O et 1H) sera préférentielle-
ment en phase gazeuse.
ii. Conséquence sur les compositions isotopiques des océans, des
nuages et des banquises
A l’équateur, les isotopes légers se vaporisant plus rapidement, la proportion
de 18O et D dans la masse gazeuse au dessus des océans est plus faible que
celle de l’océan.
Alors que la masse gazeuse se
déplace, les isotopes lourds, qui
condensent plus rapidement, se
raréfient. La proportion de 18O et
D dans la masse gazeuse au
dessus des océans décroit donc
à mesure qu’on s’éloigne de
l’équateur.
Aux pôles, la neige qui tombe sur
les calottes glaciaires contient
donc relativement peu de 18O et
de D.
Bilan
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iii. Thermomètre isotopique
Il est possible de déterminer le δ18O et le δD (en 0/00) selon les formules sui-
vantes :
[1] 𝛿𝑂=
!" (!/!
!"!" )!"#$% ! (!/! !"!" )!"#$% !"# !"é!"#
(!/!
!"!" )!"#$% !"# !"é!"#
× 1000
[2] 𝛿𝐷 = (!/!
!)!"#$% ! (!/! !)!"#$% !"# !"é!"#
(!/!
!)!"#$! !"# !"é!"#
× 1000
Le δ18O et le δD varient de manière linéaire en fonction des températures
moyennes de formation des cristaux. Ainsi, les deux données forment un
thermomètre isotopique permettant d’analyser la température à différents
temps donnés.
è S’exercer
Le rapport (18O/16O) moyen de l’eau actuel est de 2.10-3.
1. Calculer le delta 18O pour une glace formée au Groenland dont le rapport
(18O/16O) est de 1,93.10-3.
2. Quelle température faisait-il au moment de la formation de cette glace ?
iv. Evaluation de la température du globe selon le thermomètre isotopique
L’utilisation d’un thermomètre isotopique fondé sur le rapport de concentra-
tion d’isotopes, calibré à la zone d’extraction des carottes glaciaires, permet
de déterminer la température des derniers 800 000 ans.
En effet, du fait des températures constamment négatives, les calottes gla-
ciaires arctique et antarctique ont accumulé des épaisseurs de glace pou-
vant dépasser 3 kilomètres. On peut en extraire des carottes par forage. Au
Groenland, ces carottes représentent plus de 100 000 ans d’archives. En
antarctique, où les précipitations annuelles sont très faibles, le forage permet
de remonter à 800 000 ans.
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è Analyser des documents
3. D’après les documents ci-dessus, décrire l’évolution du climat sur Terre.
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Doc 2
δD de la glace en fonction de son âge dans la
calotte glaciaire antarctique sur le site du Dôme C.
Doc 1
Localisation de quelques forages
dans les calottes glaciaires.
GRIP : Projet européen de carottage au
Groenland.
EPICA : projet européen de carottage en
Antarctique.
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Doc 3 δ18O de la glace en
fonction de sa profondeur
dans la calotte glaciaire du
Groenland (site GRIP).
La profondeur à laquelle a été
prélevée la glace est indiquée
en rouge pour quelques
échantillons étudiés.
Doc 4 δ18O et δD de
la glace en fonction
de sa profondeur
dans différentes
stations.
GRISP : Groenland Ice
Sheet Project (équipe
américaine)

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E3.b EVOLUTION RECENTE DU CLIMAT – ETUDE DES FOSSILES
i. Etudes des sédiments océaniques
Les FORAMINIFERES sont des animaux unicellulaires très répandus dans les
fonds marins. Ils sont logés dans une coquille, un test, formée de plusieurs
loges. Incorporant les atomes présents dans leur environnement, le δ18O des
tests de foraminifères correspondent au δ18O des océans dans lesquels ils
évoluaient.
Des tests de foraminifères peuvent directement être extraits des sédiments.
On peut alors effectuer deux types d’analyses :
- Mesurer leur δ18O (la référence utilisée alors est le rapport O18/O16
moyen des océans actuel)
- Analyser le type d’espèces car certaines espèces présentent des exi-
gences climatiques très particulières.
En effet, le δ18O des foraminifères est déterminé par la quantité de glace
piégée dans les pôles. Si ce volume augmente, une grande partie de 16O y
sera séquestré. Le δ18O des océans et donc des foraminifères augmentent. En
cas de réchauffement, l’inverse se produit.
En utilisant une référence externe, il est possible de réaliser le même genre de
mesures sur les roches sédimentaires.
ii. Palynologie
Les associations végétales (forêt tropicale dense,
savane, toundra, …) sont appelés BIOMES. Elles se
trouvent dans des zones correspondant à des inter-
valles précises de température et d’humidité.
Les POLLENS sont de particulièrement bons indica-
teurs de ces biomes.
- Ils sont produits en grande quantité et dissémi-
nés (grande quantité de fossiles).
- Leur forme est caractéristique d’une espèce.
- Leur enveloppe contenant de l’exine les rend particulièrement résistants.
Ainsi, pour chaque région et temps donné, il est
possible d’analyser le spectre pollinique (nombre de
pollens de chaque espèce en pourcent).
Le DIAGRAMME POLLINIQUE (évolution des fré-
quences des différents pollens dans une région don-
née) traduit l’évolution d’un biome en un lieu donné
et donc les modifications température/humidité.
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Le diagramme
pollinique
Il traduit donc l'évolution,
en ce lieu, des biomes au
cours du temps.
Associés à des méthodes
de datation, les pollens
permettent de retrouver les
grandes variations
climatiques récentes

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E3.c ORIGINES DES VARIATIONS CLIMATIQUES NATURELLES
i. Composition atmosphérique
La composition atmosphérique peut être, elle aussi, connue grâce à l’analyse
des glaces des calottes polaires pour
les longues durées et des glaciers
pour les plus courtes durées. En effet,
lors de la formation des glaces, des
bulles d’air sont piégées entre les
cristaux.
L’analyse de ces bulles d’air permet
de connaître la composition atmos-
phérique récente. Depuis 800 000
ans, les concentrations en CO2, en
protoxyde d’azote et en méthane
(GAZ A EFFET DE SERRE) ont varié
parallèlement et de façon cyclique,
avec une période de 100 000 ans
environ.
Ces gaz absorbent les radiations
infrarouges réémises lors de
l’échauffement de la surface de la
Terre par les radiations solaires inci-
dentes, s’échauffent et renvoient à leur tour des radiations infrarouges vers
cette surface. Ils sont responsables d’un EFFET DE SERRE qui permet d’expliquer
la température moyenne à la surface du sol de la planète. Le CO2 est le
principal gaz à effet de serre après l’eau.
Bien que les concentrations des GES évoluent de manière synchrone à celle
de la température terrestre, ils ne suffisent pas à expliquer les écarts de tem-
pérature caractérisant les variations du climat.
ii. Paramètres orbitaux
La température terrestre dépend aussi de l’INSOLATION, la quantité d’énergie
solaire reçue. L’insolation varie selon trois paramètres orbitaux :
1. L’EXCENTRICITE : valeur exprimant l’aplatissement de la trajectoire ellip-
tique de la planète. L’excentricité de l’orbite terrestre varie de 0 à 6%
suivant des périodicités de 400 000 et 100 000 ans. Plus l’excentricité est
grande et plus l’insolation diminue.
2. L’OBLIQUITE : angle qui caractérise l’inclinaison de l’axe de rotation de
la Terre par rapport au plan de l’orbite ; elle oscille entre 22° et 25° sui-
vant une périodicité de 41 000 ans.
3. La PRECESSION : mouvement très lent de rotation de l’axe d’un corps,
lui-même en rotation. La précession de l’axe de rotation de la Terre
évolue suivant des périodicités de 23 000 ans et 19 000 ans.
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