Étude des interactions Géochimie-Climat dans le contexte extrême des glaciations type ‘Snowball Earth’ Laboratoires et personnes impliqués : G. Ramstein.

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1 Étude des interactions Géochimie-Climat dans le contexte extrême des glaciations type ‘Snowball Earth’ Laboratoires et personnes impliqués : G. Ramstein & Y. Donnadieu, Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE-CEA) Y. Godderis, A. Nedelec & B. Dupré, Laboratoire de Modélisation des Transferts en Géologie (LMTG) J. Meert, Department of Geological Sciences, University of Florida Travail présenté par Gilles Ramstein, issu de la thèse de Yannick Donnadieu

2 Autour de 750 Ma, Sturtienne
Deux phases de glaciations caractérisées par des dépôts glaciaires formés à des latitudes tropicales et à basses altitudes 1 Autour de 750 Ma, Sturtienne 2 Autour de 600 Ma,Varangienne GE Williams (1975), forte obliquité (>60°) = pôles + chaud que l’équateur Cap Carbonates à texture inhabituelle J. Kirschvink (1992), P. Hoffman (1998), théorie de la Snowball Earth = Terre totalement englacée (rôle des gaz à effets de serre, pas de variation d’obliquité) 13C des carbonates marins = -5 %o Dépôts de fer rubanés

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4 À glaciations extrêmes, causes extrêmes ?
Inconsistant avec la répartition des dépôts glaciaires 1 - Forçage orbital 2 - Forçage géochimique Études pratiquement inexistantes Mécanismes à tester Mise en place de surface basaltique Fragmentation du supercontinent ‘Rodinia’

5 Cycle du carbone Océan-Atmosphère Manteau altération C réduit
Carbonates Subduction dépôts Cycle du carbone Océan-Atmosphère Recyclage Dégazage du manteau Manteau

6 Bilan altération des silicates:
Walker, Hays et Kasting, 1981 Dissolution des silicates continentaux: CaSiO3 + 2H2CO3 Ca2+ + 2HCO3- + SiO2 +H2O Précipitations des carbonates Ca HCO3- CaCO3 + H2CO3 Bilan altération des silicates: CaSiO3 + 2H2CO3 CaCO3 + H2CO3 A retenir: A des échelles temporelles de variations > 200 ka, variations de la teneur en carbone atmosphérique dépend uniquement de la source: le volcanisme et du puit: l’érosion des silicates : Fmorb + Fvol = Fsw

7 Oliva, Viers et Dupré, 2002 Dessert et al., 2002

8 Rétroaction négative altération silicate-climat
Volcanisme CO2 atmosphérique Effet de Serre Température Précipitations Ruissellement Altération des silicates

9 Effet de la mise en place d’une province basaltique
Fsw = Abas kbas f(CO2) = 8 Abas kgra f(CO2) Fsw = (Acont-Abas) kgra f(CO2) Fsw = Acont kgra f(CO2) Fvol = Acont kgra f(CO2) Fvol = 8 A bas kgra f(CO2) + (Acont-Abas) kgra f(CO2) Fvol = (Acont+7 Abas) kgra f(CO2) Fvol = Acont kgra f(CO2)

10 Traps de Sibérie : 5 M de km2
Test sur la taille des traps requise en fonction du niveau de CO2 pré-perturbation et de la bande latitudinale sur laquelle elle se trouve Solution la plus plausible: 0-10°N et 150 à 360 ppm = 0.9 à 7 M de km2 (étendue des traps). Traps de Sibérie : 5 M de km2 Traps du CAMP (Central Atlantique Magmatic Province) = 7 M de km2

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12 T dans 18 bandes Module géochimique Altération zonale, … EBM CO2
Connection climat-CO2 dans les modèles géochimiques: Utilisation du modèle Géochimie-Climat COMBINE pour tester L’impact du trap Laurentien EBM T dans 18 bandes Module géochimique Altération zonale, … CO2

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14 4 – 50 Ma après les traps > SBE
1 - Mise en place d’une surface basaltique de 6.2 M de km2 à 780 Ma avec un CO2 de 280 ppm 2 - Dérive vers le Sud à raison de 2 cm/a puis 8 cm/a après 750 Ma (ouverture du Proto-Pacifique) ppm consommés (1.8x DpCO2 Modern-LGM) 4 – 50 Ma après les traps > SBE

15 Hypothèse des traps : un mécanisme nécessaire mais non suffisent …
Peut expliquer une réduction du dC13 de l’eau de mer de 3.3 %o Point fort de l’hypothèse : 1 Écoulement des basaltes proche de l’équateur Les conditions requises : 2 Un climat pré-perturbation froid (Tglob= 0.8°C)

16 Mécanismes de refroidissement global à long terme:
1 – Apparition de traps successives 2 – Position à basses et moyennes des continents 3 - Fragmentation du supercontinent Rodinia

17 Exemple d’approche à l’équilibre: Modèle 0D GEOCARB (Berner,94)
Version 0: Fvol = Fsw Fvol = k Runoff PCO20.3 exp[(T )/17.7)] T = ln(PCO2) Runoff = [ (T )] Fvol = k [ (6.5 ln (PCO2))] PCO20.3 exp[6.5 ln (PCO2)/17.7] K= area x fe x … gymnospermes Angiospermes fe area

18 Résultats Indice de dégazage Royer et al, 2001

19 Connection climat-CO2 dans les modèles géochimiques
BLAG, GEOCARB (Berner, Lasaga, Garrels, 1983 Berner, 1991,1994 Berner, Kothavala, 2001) Variabilité globale T=T0 +  ln (PCO2) – Ws (T/570) Complexité GCCM (François and Walker, 1992 COMBINE François et al, 1993 Goddéris and François, 1995 Goddéris and Joachimski, 2002) Couplage géochimie-climat (EBM-1D) T dans 18 bandes de latitude Runoff reste une relation paramétrique MAIS fonction de T et aire par bande de latitude Modification de la paléogéographie en moyenne zonale Variabilité zonale

20 Climber-2.3 couplé au modèle COMBINE
Apport d’une nouvelle dimension dans les modèles couplés climat-géochimie Contraintes sur le choix du modèle de climat Climber-2.3 couplé au modèle COMBINE 800 Ma Application au Néoprotérozoique : 750 Ma Autres CAL : Fvol imposé, Cste Solaire –6%, lithologie constante imposée

21 Les premiers résultats …
1 – A 800 Ma Le modèle s’équilibre à un pCO2 d’environ 1800 ppm Soit une température globale moyenne de 10.2 °C Une position tropicale des continents ne semble pas être une condition suffisante à la formation de calotte de glaces continentale mais le climat est quand même relativement froid

22 Les premiers résultats …
1 – A 750 Ma Le modèle s’équilibre à un pCO2 d’environ 500 ppm Réduction de 1300 ppm Soit une température globale moyenne de 2°C Réduction de 8.2°C Une configuration ou les continents sont plus petits et plus dispersés apparaît très favorable au déclenchement d’une glaciation importante

23 Les premiers résultats …
En rouge (noir), Runoff et T pour l’expérience à 750 (800) Ma et pour une pCO2 de 1800 ppm Fvol800 Ma=Fsw800Ma (1800ppm) Fsw800 Ma-1800 << Fsw750Ma-1800 comme T et R + grd - de CO2 = R et T diminuent afin d’atteindre Fsw800 Ma (1800ppm) = Fsw750Ma (500ppm)

24 Sensibilité au flux de dégazage

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26 Conclusions / Discussions
Qu’en est-il des autres fragmentations de supercontinent ? Relation Constante Solaire / Forçage tectonique Paléoprotérozoique / SBE … Gondwana / pPCO2 diminue / Runoff augmente (Simulations GCM de Gibbs et al.)