TH2_ch2

TH2_ch2
L’évolution récente de l’atmosphère
et du climat.
Les informations apportées par les glaces anciennes.
Le premier forage a été exécuté en 1966
par les Américains dans la partie nordouest du Groenland (Camp Century). Une
carotte de glace de 1390 m a été
récupérée. On a évalué qu'elle représentait
100 000 années (100 Ka) d'histoire.
En 1988 , une équipe de huit pays européens a
entrepris un forage au centre du Groenland
(Summit), là où la glace est à son maximum
d'épaisseur. Quatre années plus tard, en 1992,
on a atteint le socle rocheux à 3000 m. Les
datations ont montré que cette carotte
représente 250 Ka d'histoire (presque deux fois
plus que la carotte soviétique de l'Antarctique),
donnant un taux moyen d'accumulation
semblable à celui de l'Antarctique, soit 1,2
cm/an.
Dès 1957, les Soviétiques avaient établi une station
pratiquement au centre de la calotte antarctique
(Vostok; on y a enregistré le record de la
température la plus basse sur terre, -89,7 C!). Ce
site est particulièrement intéressant, car les
précipitations sont faibles (2 cm/an en équivalent
eau), ce qui signifie qu'une carotte peut représenter
une longue histoire.
En 1978, les Français se sont installés au
sud de la station soviétique, bénéficiant du
support logistique des Américains (Dôme
C). Ils y ont extrait une carotte de 904 m
représentant 40 Ka d'histoire.
En 1982, un autre forage soviétique à
Vostok a atteint les 2000 m, pour un temps
établi à 150 Ka, ce qui donne un taux
moyen d'accumulation annuelle de glace
de 1,3 cm.
La poursuite du forage de Vostok par une
équipe franco-américano-Russe, a permis
en 1998 d'atteindre une profondeur de
3623 m représentant une période de 400
Ka.
1) Les glaces témoins de l’atmosphère du passé
Observation au microscope en lumière polarisée :
bulles d’air piégées dans la glace.
Leur analyse permet de connaitre l’évolution de la concentration en gaz atmosphériques
La concentration
des gaz à effet de
serre (C02,
méthane et
protoxyde d'azote)
montre, depuis
800 000 ans, des
variations
cycliques d'une
périodicité
d'environ 100000
ans ( de 7 à 8
phases)
Evolution actuelle de ces gaz
. À plus petite échelle de temps, on observe depuis 1850 une augmentation très
nette de la concentration de ces trois gaz : les valeurs atteintes actuellement sont
supérieures aux valeurs les plus élevées connues avant le début de l'ère
industrielle
Bilan activité 1
• Les bulles d’air emprisonnées dans les glaces polaires
permettent de mettre en évidence des variations
cycliques, de l’ordre de 100 000 ans, de la
concentration de certains gaz a effet de serre ; elles
montrent aussi que, depuis 150 ans, on observe une
augmentation inégalée depuis 800 000 ans des
concentrations en CO2, N2O et CH4.
• La précision des mesures et la réalisation de nombreux
forages permettent actuellement de suivre sur
quelques dizaines d’années, l’évolution de certains
polluants atmosphériques d’origine humaine.
2) Les glaces polaires et les
paléotempératures.
Plus la latitude augmente, plus la valeur du rapport O18/O16
diminue
O18
Composition isotopique de l’oxygène
delta 18O
Plus le delta 18O (ou le delta D) de la glace est faible, plus il faisait froid au
moment de sa formation
.
Une augmentation du delta 18O (ou le delta D) de la glace
correspond à une augmentation de la température.
Fonte
des
glaces
Une échelle de valeur le thermomètre isotopique.
•
•
•
Il est en effet possible de retrouver
les températures du passé grâce à un
thermomètre isotopique qui s'appuie
sur l'évolution de la concentration
des isotopes de l'oxygène ou de
l'hydrogène dans l'eau (et donc dans
la glace).
Ces rapports permettent d'estimer la
température atmosphérique au
moment de la formation de la glace.
En effet, actuellement, on constate
expérimentalement que le δ180 et le
δ D de la neige varient avec la
température atmosphérique au
moment de la précipitation : plus la
température est basse, plus le δ180 et
le δ D de la neige sont faibles.
La courbe traduisant les variations
de l'un ou l'autre de ces rapports en
fonction de la température est une
droite. La mesure du δ180 et le δ D de
la glace permet donc d'estimer la
température au moment de la chute
de neige correspondante.
Comparaison intéressante:
Les forages GISP, GRIP au Groenland et Vostok en Antarctique permettent :
– de préciser l’évolution des paléotempératures au cours des derniers 100 000 ans
– de comparer ces variations dans les deux régions polaires.
-12°c
• Le rapport (18O/16O) moyen de l’eau de l’océan
actuel sert de référence. Sa valeur est de 2.1O-3.
• Pour calculer le delta 18O de la neige qui tombe,
par exemple, au Groënland lorsqu’il fait –30°C, on
mesure son rapport (18O/16O). Sa valeur est de
1,93.10-3.
• En appliquant la formule vue précédemment :
• delta 18O = (1,93.10-3 – 2.10-3 )/ 2.10 -3
• On obtient delta 18O = -35‰
x 1000
Correction exercice
En période glaciaire, les
précipitations aux latitudes
moyennes sont abondantes.
De part la différence de masse des
isotopes, les précipitations à ces
latitudes sont formées H218Odonc le
nuage s’appauvrit en 18O et s’enrichit
en 16O.
Les précipitations neigeuses aux
hautes latitudes sont donc
proportionnellement plus riches en
16O, le 18O/16O diminue ainsi que ð
18O.
En période interglaciaire, la faiblesse
des précipitations aux latitudes
tempérées inverse le processus.
Bilan
• L’utilisation d’un thermomètre isotopique fondée
sur le rapport concentration d’isotopes (18O et
16O d’une part, 1H et 2H d’autre part), calibré à la
zone d’extraction des carottes glaciaires, permet
de mettre en évidence une succession de
périodes glaciaires et interglaciaires d’une
amplitude globale de 10 à 15 °C et dont l’origine
est naturelle et non anthropique.
• Les mesures réalisées aux pôles montrent que les
températures ont connu des cycles d’à peu près
100000 ans pendant lesquels elles ont varié de 8
à 12°C: ce sont les cycles glaciaires-interglaciaires
3)Les variations de températures à différentes
échelles.
• Les derniers 800000 ans correspondent à plusieurs
cycles climatiques glaciaires/interglaciaires complets
(100000 ans). Dans ces cycles, d’autrent variations
existent, d’une périodicité de 41000 ans et 22000 ans
en moyenne.
• Les derniers 10000 ans (holocène), le climat est resté
celui d’une période interglaciaire ( proche du notre
actuellement); le dernier maximum glaciaire
remonte à -20000 ans.
Les derniers 1000 ans
Une phase
chaude de
l’an 900
Une phase plus froide
entre 1300 et 1850
4) L’APPORT DE LA PALYNOLOGIE
TP 4
Le pollen (équivalent du gamète mâle chez
les végétaux supérieurs) possède une
enveloppe extérieure, l'exine, qui résiste à
la plupart des dégradations chimiques et
biologiques
Cette enveloppe permet au pollen d'être dispersé dans
l'environnement sans être abîmé et d'être fossilisé dans
les sédiments. L'observation d'un pollen permet
d'identifier l'espèce émettrice car la taille, la forme,
l'ornementation de l'exine sont différentes d'une espèce
(ou d'un groupe d'espèces) à l'autre.
Le spectre
pollinique
-Un lieu
-Un temps donné
-Un groupe d’espèces
recensés.
-Reconstitution d’une
association végétale
présente à cette
époque et indicatrice
d'un climat particulier
(températureprécipitations)
• Les principales
associations
végétales (forêt
tropicale dense,
savane, steppe,
forêt tempérée
ou encore
toundra) sont
appelées des
biomes.
Les biomes
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
Etude des foraminifères.
Les foraminifères sont des
organismes unicellulaires
(protozoaires) aquatiques qui
fabriquent une sorte de « coquille »
calcaire appelée test.
Après leur mort le test se retrouve
piégé dans les sédiments.
Evolution globale du climat.
2 méthodes utilisées:
- mesurant le δ180 des carbonates des foraminifères (plus le δ180 est faible, plus la
paléotempérature de l'eau est élevée, à l'inverse de ce qui a été constaté dans les glaces) ;
- en faisant une étude statistique des espèces de foraminifères présents dans les
sédiments (en effet, certaines espèces ont des exigences climatiques précises et leur
présence fournit des informations sur la température de l'eau de mer).
Glaces polaires et évolution
récente du climat.
La surveillance
satellitaire de
l’Arctique (inlandsis
et banquise) de 1979
à 2011 montre une
surface en réduction
d’environ 1 % par an,
en particulier au
niveau de la
banquise.
Débâcles d’icebergs géants tel l’iceberg B15-A, détaché
de la barrière de glace de Ross en l’an 2000, le plus grand
iceberg dont l’existence ait jamais été enregistrée.
Glacier de
Pasterze
(Autriche)
Le recul des glaciers alpins
« Le gros caillou », Lyon
Bloc erratique transporté par les glaciers alpins (
140000ans).
Mise en évidence d’épisodes glaciaires au cours du
quaternaire.
Bilan activité 1 TP 5
• L’ évolution récente du climat appréhendée a travers les
mesures de superficie et d’épaisseur des glaces polaires
est marquée par un changement des températures
estivales et hivernales entrainant, en particulier en
Arctique, une diminution des glaciers et de la banquise.
• L’étude des glaciers continentaux vérifie les autres
données (pollens, 18O des carottes glaciaires, mesures
par satellite du volume des glaces polaires) et donne
une image locale des changements climatiques globaux
ayant affecte le globe depuis 20 000 ans.
Conclusion du chapitre
• L’étude des gaz piégés dans les glaces
• L’étude du rapport isotopique ð18O dans la glace ou les tests
de foraminifères
• L’étude statistique des pollens fossilisés dans les sédiments
• L’étude statistique des foraminifères dans les sédiments
océaniques
• La surveillance satellites des zones polaires
• Le recul des glaciers continentaux
L’ensemble de ces données nous démontre que nous sommes
dans une phase interglaciaire ayant présentée quelques
fluctuations ( optimum médiéval, petit âge glaciaire).
Les données actuelles montrent une augmentation importante
et rapide de la T° depuis le fin du XIXe siècle.
Variations- annexe au cours
Voir
aussi:http://bibliotheque.clermontuniversite.fr/sites/files/portail/docum
ents/mercrediscience/Flossman2.pdf