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

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

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

6 CaSiO 3 + 2H 2 CO 3 Ca HCO SiO 2 +H 2 O Dissolution des silicates continentaux: Précipitations des carbonates Ca HCO 3 - CaCO 3 + H 2 CO 3 Bilan altération des silicates: CaSiO 3 + 2H 2 CO 3 CaCO 3 + H 2 CO 3 Walker, Hays et Kasting, 1981 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: lérosion des silicates : Fmorb + Fvol = Fsw

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

8 Volcanisme CO 2 atmosphérique Effet de Serre Température Précipitations Ruissellement Altération des silicates Rétroaction négative altération silicate-climat

9 F sw = A bas k bas f(CO 2 ) = 8 A bas k gra f(CO 2 ) F sw = (A cont -A bas ) k gra f(CO 2 ) F sw = A cont k gra f(CO 2 ) F vol = A cont k gra f(CO 2 ) F vol = 8 A bas k gra f(CO 2 ) + (A cont -A bas ) k gra f(CO 2 ) F vol = (A cont +7 A bas ) k gra f(CO 2 ) F vol = A cont k gra f(CO 2 ) Effet de la mise en place dune province basaltique

10 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 km 2 (étendue des traps). Traps de Sibérie : 5 M de km 2 Traps du CAMP (Central Atlantique Magmatic Province) = 7 M de km 2

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12 Module géochimique Altération zonale, … EBM T dans 18 bandes CO2 Connection climat-CO 2 dans les modèles géochimiques: Utilisation du modèle Géochimie-Climat COMBINE pour tester Limpact du trap Laurentien

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14 1 - Mise en place dune surface basaltique de 6.2 M de km 2 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 pCO 2 Modern-LGM) 4 – 50 Ma après les traps > SBE

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

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 dapproche à léquilibre: Modèle 0D GEOCARB (Berner,94) Version 0: F vol = F sw F vol = k Runoff PCO exp[(T )/17.7)] T = ln(PCO 2 ) Runoff = [ (T )] F vol = k [ (6.5 ln (PCO 2 ))] PCO exp[6.5 ln (PCO 2 )/17.7] K= area x fe x … gymnospermes Angiospermes fefe area

18 Royer et al, 2001 Indice de dégazage Résultats

19 Complexité BLAG, GEOCARB (Berner, Lasaga, Garrels, 1983 Berner, 1991,1994 Berner, Kothavala, 2001) T=T0 + ln (PCO 2 ) – Ws (T/570) GCCM (François and Walker, 1992 COMBINE 1 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 Connection climat-CO 2 dans les modèles géochimiques Variabilité globaleVariabilité zonale

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

21 Les premiers résultats … 1 – A 800 Ma Le modèle séquilibre à un pCO2 denviron 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 séquilibre à un pCO2 denviron 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 dune glaciation importante

23 Les premiers résultats … En rouge (noir), Runoff et T pour lexpérience à 750 (800) Ma et pour une pCO2 de 1800 ppm Fvol 800 Ma =Fsw 800Ma (1800ppm) Fsw 800 Ma-1800 << Fsw 750Ma-1800 comme T et R + grd - de CO2 = R et T diminuent afin datteindre Fsw 800 Ma (1800ppm) = Fsw 750Ma (500ppm)

24 Sensibilité au flux de dégazage

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26 Conclusions / Discussions Quen 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.)


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