TD 6 : LES OSCILATIONS CLIMATIQUES DU QUATERNAIRE

1. TD 6 : LES OSCILATIONS CLIMATIQUES DU QUATERNAIRE www.u-picardie.fr/~beaucham/Paleoclim/32-O18.jpg

2. A. Rappels sur les isotopes stables de l’oxygène • Pour une augmentation de δ18Ocarbonate de 1‰ on a une diminution de la température de 3,8 K. • Pour une augmentation de δ18Ocarbonate de 1 ‰ on a une augmentation de 1 ‰ de δ18Oeau.

3. B. Relation entre composition isotopique des calottes de glaces et de l’eau de mer • Fractionnement isotopique • Quand l’eau des océans s’évapore le 18O reste dans l’eau liquide (isotopes lourds) et on a un appauvrissement de la vapeur d’eau en δ18O par rapport à l’océan qui s’enrichit en δ18O . • Les nuages formés se déplacent vers les hautes latitudes en s’appauvrissant de plus en plus en δ18O, car les isotopes lourds vont principalement dans les eaux précipitantes. • Les précipitations aux pôles sont donc très appauvries en δ18O et vont donc former des glaces également très appauvries en δ18O par rapport aux océans. http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/objets/Images/delta-temperature/delta-temperature-fig01.jpg

4. B. Relation entre composition isotopique des calottes de glaces et de l’eau de mer Glace pauvre en 18O δ18O = -36 ‰ Appauvrissement de la glace en 18O δ18O < -36 ‰ Teneur en 18O augmente δ18O > -36 ‰ http://acces.inrp.fr/acces/terre/paleo/variations/paleoclimats/images/calotte.gif

5. C. Glaciation et niveau de la mer • En période glaciaire le niveau de la mer est très bas (-227 m par rapport au niveau de la mer en période non glaciaire). • Dans le cas d’un réchauffement climatique : • Précipitations vont augmenter et peuvent engendrer l’augmentation des volumes des calottes glaciaires. • Dilatation de l’eau des océans qui va faire augmenter le niveau de la mer. • Fonte des glaces qui va s’additionner à l’effet de l’augmentation du niveau de la mer. • Exemple de réchauffement climatique: Si le réchauffement climatique se stabilise à une température de +5°C/+6°C au-dessus du Groenland, des modèles prévoient la fonte des glaces du Groenland de moitié ou en totalité au bout de 5 siècles, soit une augmentation du niveau de la mer de 6 m.

6. D. Variations de la composition isotopique des foraminifères Figure 1 : Evolution au cours du temps du d18O des coquilles de foraminifères benthiques, exprimé en ‰ par rapport au PDB.

7. D. Variations de la composition isotopique des foraminifères • Foraminifères : espèces unicellulaires (protozoaires) qui permettent la synthèse du calcaire en milieu océanique. 2 types de foraminifères existent : • Foraminifères planctoniques qui vivent dans la zone photique de l’océan (jusqu’à -200m) • Foraminifères benthiques qui vivent en profondeur ou directement sur le plancher océanique.

8. D. Variations de la composition isotopique des foraminifères • La composition isotopique des tests calcaires des foraminifères dépendent de la température de l’eau et de la composition isotopique en 18O de l’eau. • Seulement à grande profondeur les variations de température de l’eau sont très faibles. • Les δ18Ocarbonate mesurés sur des coquilles de foraminifères benthiques nous fournissent alors une information sur les changements de composition des eaux de fond. • Quand les calottes polaires fondent les eaux océaniques sont pauvres en δ18O, donc les tests carbonatés le seront aussi. • Les variations de δ18O entre périodes glaciaire et interglaciaire sont de 3‰ environ (entre -2 ‰ et +1 ‰).

9. D. Variations de la composition isotopique des foraminifères • Sur le graphique, les valeurs faibles de δ18O dans les carbonates désignent des périodes où les glaciers ont fondu, dons plutôt des périodes interglaciaires ou non glaciaires. • Les valeurs élevées de δ18O dans les carbonates vont correspondre aux périodes où les eaux sont riches en δ18O, ce qui signifie pendant les périodes glaciaires. • On observe les maximum de δ18O tous les 100 000 ans. Cette périodicité correspond à la périodicité de l’excentricité (paramètre de Milankovitch). • On peut également observer un autre cycle de 40 000 ans qui correspond au cycle de l’obliquité. • On remarque aussi que les glaciations s’installent de façon beaucoup plus lentes que les réchauffements. En résumé : Les variations isotopiques des foraminifères montrent les variations des stocks de glace au niveau des calottes polaires.

10. D. Variations de la composition isotopique des foraminifères Figure 2 : Evolution de la composition isotopique de foraminifères planctoniques (a) et benthique (b) en fonction de la profondeur à laquelle ils ont été extraits dans une carotte marine.

11. D. Variations de la composition isotopique des foraminifères • Composition isotopique des foraminifères planctoniques = variations de la température de l’eau + variations du volume des glaces. • Composition isotopique des foraminifères benthiques = variations du volume des glaces. → Composition isotopique des foraminifères planctoniques - composition isotopique des foraminifères benthiques = variations de la température de l’eau.

12. D. Variations de la composition isotopique des foraminifères

13. E. Variations de la température dans les glaces du Groenland t2 t1 t3 Figure 4 : Variation de la teneur en d18O des glaces au Groenland (site GRIP). En haut : pour les derniers 70000 ans BP, en bas : pour l’événement de Heinrich 6.

14. D. Variations de la composition isotopique des foraminifères

15. D. Variations de la composition isotopique des foraminifères

16. D. Variations de la composition isotopique des foraminifères

17. D. Variations de la composition isotopique des foraminifères • De – 360 000 ans jusqu’à l’actuel, le climat a changé à plusieurs reprises. Des périodes tempérées ou chaudes attestées par les faunes de mammifères ont alterné avec des périodes froides. • Entre – 100 000 et – 10 000, l’avancée des glaciers et la présence de mammifères de climats froids témoignent d’une période glaciaire. • De – 10  000 jusqu’à l’actuel, le climat s’est progressivement réchauffé comme le montrent les faunes et les pollens, ces derniers indicateurs permettant de préciser que la période la plus chaude s’est produite de – 5 800 à – 2 000 ans avant que ne s’installe le climat actuel.

18. G. Comparaison entre teneur atmosphérique en CO2 et composition isotopique des glaces