Le climat de la Terre a toujours varié, à toutes les échelles de temps. Les archives naturelles (glaces polaires, sédiments, fossiles, pollens, roches) permettent de reconstituer ces variations et d’en comprendre les causes. Ces connaissances aident à situer le réchauffement actuel.
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Objectifs
- Utiliser des indices géologiques et biologiques pour reconstituer un climat passé
- Interpréter les variations du rapport isotopique de l’oxygène (δ¹⁸O)
- Expliquer l’alternance glaciaire-interglaciaire du Quaternaire
- Relier des climats anciens au CO₂ atmosphérique et à la géodynamique
1. Les indices des climats passés
| Indice | Ce qu’il indique |
|---|---|
| Moraines, blocs erratiques, roches striées | Extension passée des glaciers |
| Pollens conservés dans les sédiments (tourbières, lacs) | Végétation passée, donc température et humidité (principe d’actualisme) |
| Bulles d’air piégées dans les glaces polaires | Composition de l’atmosphère passée (CO₂, CH₄) |
| Isotopes de l’oxygène des glaces et des coquilles de foraminifères | Température et volume des glaces |
| Roches sédimentaires (charbons, évaporites, tillites) | Climats anciens (humide, aride, glaciaire) |
2. Le thermomètre isotopique
L’oxygène existe sous deux isotopes stables principaux, ¹⁶O et ¹⁸O. On mesure l’écart du rapport ¹⁸O/¹⁶O d’un échantillon à celui d’un standard : c’est le δ¹⁸O. L’eau contenant ¹⁶O, plus légère, s’évapore plus facilement, et les précipitations s’appauvrissent en ¹⁸O d’autant plus qu’il fait froid.
| Archive | Période froide (glaciaire) | Période chaude |
|---|---|---|
| Glace polaire | δ¹⁸O plus faible | δ¹⁸O plus élevé |
| Coquilles de foraminifères marins | δ¹⁸O plus élevé (l’océan, privé du ¹⁶O stocké dans les calottes, s’enrichit en ¹⁸O) | δ¹⁸O plus faible |
3. Les glaciations du Quaternaire
Depuis environ 2,6 millions d’années, des périodes glaciaires alternent avec des interglaciaires plus courts. Depuis environ 800 000 ans, cette alternance suit un rythme d’environ 100 000 ans. Le dernier maximum glaciaire date d’environ 20 000 ans : de vastes calottes couvraient le nord de l’Europe et de l’Amérique, et le niveau marin était plus bas d’environ 120 m.
- Cause initiale : les variations de l’orbite et de l’inclinaison de la Terre (paramètres de Milankovitch : excentricité, obliquité, précession) modifient la répartition de l’énergie solaire reçue, notamment en été aux hautes latitudes.
- Amplification par des rétroactions positives : extension des glaces → albédo plus fort → refroidissement ; baisse du CO₂ atmosphérique (davantage dissous dans un océan froid) → effet de serre réduit.
Dans les carottes de glace de l’Antarctique, la température et la teneur en CO₂ varient de façon étroitement corrélée au cours des derniers cycles (environ 180 à 280 ppm de CO₂ entre glaciaire et interglaciaire).
4. Les climats plus anciens
- Au Crétacé, le climat était globalement chaud, sans calottes polaires durables : la teneur en CO₂ était élevée, en lien avec une intense activité volcanique (dorsales actives, grands épanchements basaltiques).
- À la fin du Carbonifère et au début du Permien, une glaciation importante est associée à une forte baisse du CO₂ : enfouissement massif de matière organique (formation du charbon) et altération des silicates des reliefs, qui consomme du CO₂.
Aux échelles de dizaines de millions d’années, la tectonique des plaques influence le climat : position des continents, ouverture ou fermeture de passages océaniques, formation de reliefs dont l’altération piège du CO₂.
À retenir
- Les climats passés se reconstituent grâce aux moraines, pollens, glaces polaires, sédiments et isotopes.
- δ¹⁸O des glaces : plus faible en période froide ; δ¹⁸O des foraminifères : plus élevé en période froide.
- Les cycles glaciaires du Quaternaire sont déclenchés par les paramètres orbitaux et amplifiés par l’albédo et le CO₂.
- Aux grandes échelles de temps, le CO₂ est contrôlé par le volcanisme, le stockage de matière organique et l’altération des silicates.
Et maintenant, à toi !
Vérifie que tu as compris avec les exercices, puis révise avec la fiche.