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Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de.

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1 Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène

2 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène 1 : Quest-ce quun isotope ? Des isotopes sont des atomes du même élément chimique qui ne diffèrent que par le nombre de neutrons de leur noyau Deux isotopes nont pas la même masse atomique Des isotopes possèdent les mêmes propriétés chimiques mais des propriétés physiques différentes Loxygène O possède 3 isotopes différents : O 16 O 18 O 17 + léger 98.7 % du total + lourd 0.2 % du total

3 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène 2 : Rapport isotopique Le rapport O 18 /O 16 actuel moyen de leau de mer H 2 O est de 1/500 soit On constate que, dans les glaces des calottes polaires, ce rapport est systématiquement légèrement plus faible (O 18 /O 16 ) glace = 1, Cela signifie quil existe un processus naturel qui conduit à un fractionnement de ce rapport Cela est lié à une différence de propriétés physiques entre ces 2 isotopes de loxygène

4 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène (O 18 /O 16 ) eau > (O 18 /O 16 ) glace Evaporation-dépôt 60° N Océan Calotte 90° N : Lors de lévaporation, la vapeur deau concentre plus dO 16 léger dans lair 2 : Les précipitations entraînent prioritairement lO 18 lourd qui retourne alors dans locéan 3 : Le dépôt de neige au pôle concentre plus dO 16 léger dans la glace Cellule de convection

5 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène Dans les périodes froides, on va globalement favoriser le dépôt de neige et sa compaction en glace, que ce soit aux pôles ou dans les glaciers de montagne On va alors appauvrir le réservoir deau océanique en O 16 en stockant de plus en plus cet isotope dans les neiges et les glaces polaires Pour traduire ces variations, on va étudier les glaces, en remontant le temps à mesure que lon regarde profondément, en forant des carottes dans les calottes polaires ans en Antarctique ans au Groenland

6 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène 3 : Etude du rapport isotopique de loxygène dans les glaces On ne compare pas directement entre eux les rapports isotopiques des différentes carottes, car les variations observées ne pourraient pas être généralisées ; elles seraient uniquement valables entre les carottes étudiées Le standard est leau de mer actuelle SMOW : Standard Mean Oceanic Water On observe leurs variations relativement à un standard, auquel on peut comparer nimporte quelle carotte

7 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène La variation du rapport isotopique dun échantillon de glace quelconque est O 18 : Exemple : Quel est le O 18 dun échantillon de glace de lAntarctique pour lequel (O 18 /O 16 ) glace = 1, ? Avec (O 18 /O 16 ) SMOW =

8 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène Solution :

9 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène O 18 de la glace varie en fonction de la température et donc, pour un temps donné, de la distance au pôle 60° N90° N T° diminue O 18 diminue Plus on se rapproche du pôle, plus la neige est concentrée en O 16 O 18 O 16 Cela est valable pour le passé : plus la température diminue, plus on concentre lair en O 16 vers les pôles et plus O 18 de la glace diminue vers les pôles Lorsque la température augmente, la tendance sinverse

10 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène Pour leau océanique, lévolution est inversée : Lorsque la température diminue O 16 est stocké aux pôles sous forme de glace La concentration en O 16 diminue dans leau O 18 augmente dans leau Lorsque la température augmente La glace fond On restitue de lO 16 donc la concentration en O 16 augmente dans leau O 18 diminue dans leau

11 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène Pour résumer : Océan Calotte 90° N O 16 Océan Calotte 90° N + O 16 dépôt - O 16 Océan Calotte 90° N - O 16 dépôt + O 16 Fusion T° diminue T° augmente

12 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène O 18 de la glace diminue quand la température diminue et augmente quand la température augmente O 18 de leau océanique augmente quand la température diminue et diminue quand la température augmente Létude des carottes de glace peut être corrélée à létude des sédiments océaniques

13 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène 4 : Le traçage des O 18 des eaux anciennes Le traçage par lanalyse de leau contenue dans les sédiments anciens est possible mais se heurte à des problèmes de mélanges dus aux échanges par percolation entre et à travers les pores Le SMOW est un standard basé sur le rapport isotopique de loxygène dans leau océanique actuelle Ce rapport isotopique a varié dans leau océanique au cours du temps Est-il possible de trouver la trace deaux océaniques anciennes pour mesurer directement le O 18 et en déduire la température à une époque donnée ?

14 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène Un traçage plus fiable est celui des carbonates qui précipitent dans leau de mer en fossilisant la composition isotopique en oxygène de cette eau Sil ny a pas par la suite de dissolution des carbonates, le rapport isotopique de leau au moment de la précipitation est conservé de manière fiable ion dissous solide gaz dissous liquide On utilise préférentiellement lanalyse de restes danimaux marins qui construisent leurs coquilles en CaCO 3

15 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène Les animaux les plus souvent utilisés pour ce genre détudes sont les foraminifères Ce sont des protozoaires (animaux unicellulaires) marins, souvent microscopiques, dont la cellule est entourée dune capsule calcaire, le test, perforée de minuscules orifices à travers lesquels les pseudopodes peuvent sortir pour se fixer ou se déplacer Test 200 µm Pseudopodes

16 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène Lintérêt de sintéresser aux foraminifères est double : Le principe de la méthode est basé sur lanalyse du rapport O 18 /O 16 des tests de foraminifères à différentes profondeurs de sédiments océaniques forés le long dune carotte Les foraminifères sont très abondants dans toutes les mers du monde, que ce soit dans les eaux de surface (pelagos) ou au fond de leau (benthos) La probabilité den trouver dans un forage océanique est donc grande Les foraminifères sont très diversifiés et possèdent des lignées évolutives très bien identifiées par les paléontologues Ce sont donc dexcellents chronomètres car à chaque époque correspond un type de foraminifères

17 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène 5 : Exemple de la carotte V prélevée dans le Pacifique Létude de cette carotte est très riche en enseignements ! Léchelle de O 18 est inversée On remonte dans le temps en descendant le long de la carotte

18 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène On remarque que les foraminifères actuels ont un O 18 négatif Normalement, O 18 des foraminifères actuels devrait être nul car on devrait avoir (O 18 /O 16 ) foraminifères = Si O 18 est négatif, cela signifie que la cristallisation de CaCO 3 pour former le test calcaire des foraminifères concentre du O 16 au dépend du O 18 Processus de fractionnement ! O 18 des foraminifères est plus faible que celui de la mer La tendance dévolution du O 18 des foraminifères va suivre celle de la mer

19 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène On remarque que O 18 des foraminifères varie en remontant dans le temps Cela signifie que la température a considérablement varié (baissé puis remonté) sur le dernier 1 Ma On observe un certain nombre de cycles à 100 ka, en particulier 5 dans les derniers 500 ka Ici identifiés sur une carotte de sédiments marins du Pacifique, ils correspondent aux grandes périodes glaciaires identifiées en Europe Centrale et dans les Alpes autrichiennes (Donau, Günz, Mindell, Riss, Würm)

20 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène On remarque que les minima de O 18 des foraminifères (pics les plus faibles) tendent à diminuer quand on remonte les derniers 900 ka de –2 à –2,5 Cela signifie que, depuis 900 ka, le stock global de glace ne cesse de diminuer (ou quil nest pas suffisamment renouvelé après chaque épisode glaciaire) La température globale de la planète ne cesse daugmenter depuis 900 ka Contribution de leffet de serre à courte période ??!!

21 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène 6 : Calcul des paléotempératures En plus des tendances de locéan global (et donc lenregistrement des volumes de glace polaire), le O 18 des foraminifères planctoniques (pélagiques) permet aussi de calculer les variations de la température des eaux de surface (dépendante de la température de lair) de leur environnement de vie, même loin des pôles (Pacifique, Caraïbes…) Pour cela, on utilise la formule empirique suivante :

22 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène Pour déterminer les variations du O 18 de leau, on utilise le O 18 des foraminifères benthiques En effet, ceux-ci vivent au fond des océans qui est très peu sensible aux variations de température de la surface Le fond des océans reste à une température comprise entre 4°C et 5°C Ainsi, entre un interglaciaire (chaud) et une période glaciaire (froide), la plage de variation du O 18 des foraminifères benthiques est de 0,4

23 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène 7 : Exemple de la carotte V12-22 prélevée dans les Caraïbes Exemple : Quelle est la température des eaux de surface dans les Caraïbes en période interglaciaire, comme actuellement ? O 18 foraminifères = -2,1 O 18 eau = 0

24 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène Exemple : Quelle était la température des eaux de surface dans les Caraïbes en période glaciaire ? O 18 foraminifères = -0,6 O 18 eau = 0,4 Solution :

25 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène On constate donc une chute denviron 5°C de la température des eaux de surface des Caraïbes entre les périodes interglaciaires et les périodes glaciaires Solution :

26 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène 8 : Les périodes de variations climatiques Sur les carottes du Pacifique, on a constaté une périodicité de lordre de 100 ka Sur les carottes des Caraïbes, on remarque également des périodes de lordre de 40 à 50 ka

27 Planète bleue 2 : Enregistrement des variations climatiques par les isotopes de loxygène Sur les carottes de lAntarctique, on remonte sur des périodes de temps plus limitées On constate une période de lordre de 20 ka, avec en particulier une forte remontée du O 18 glace sur les derniers 20 ka Ainsi, malgré les discours alarmistes sur les conséquences de leffet de serre liées à lactivité anthropique, la planète est dans un cycle de réchauffement et donc de remontée du niveau marin depuis environ ans…


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