View
54
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
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) - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
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
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 l’équateur
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)
Cap Carbonates à texture inhabituelle
13C des carbonates marins = -5 %o
Dépôts de fer rubanés
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
Dégazage du manteau
CarbonatesC
réduit
Océan-AtmosphèreSubduction
altération
Manteau
Cycle du carbone
Recyclage
dépôts
CaSiO3 + 2H2CO3 Ca2+ + 2HCO3- + SiO2 +H2O
Dissolution des silicates continentaux:
Précipitations des carbonatesCa2+ + 2 HCO3
- CaCO3 + H2CO3
Bilan altération des silicates:
CaSiO3 + 2H2CO3CaCO3 + H2CO3
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: l’érosion des
silicates : Fmorb + Fvol = Fsw
Oliva, Viers et Dupré, 2002
2981
)15.273(140600exp,
iiigra
graiw TR
arearunoffkF
Dessert et al., 2002
iibasi
basiw TrunoffareaF 0642.0exp4.3234,
Volcanisme
CO2 atmosphérique Effet de Serre
Température
PrécipitationsRuissellement
Altération des silicates
Rétroaction négative altération silicate-climat
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)
Effet de la mise en place d’une province basaltique
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
Module géochimiqueAltération zonale, …
EBM
T dans 18 bandes
CO2
Connection climat-CO2 dans les modèles géochimiques: Utilisation du modèle Géochimie-Climat COMBINE pour tester
L’impact du trap Laurentien
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)
3 - 145 ppm consommés
(1.8x pCO2 Modern-LGM)
4 – 50 Ma après les traps > SBE
Hypothèse des traps : un mécanisme nécessaire mais non suffisent …
Les conditions requises :
1 Écoulement des basaltes proche de
l’équateur
2 Un climat pré-perturbation froid (Tglob= 0.8°C)
Point fort de l’hypothèse :
Peut expliquer une réduction du dC13 de
l’eau de mer de 3.3 %o
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
Exemple d’approche à l’équilibre:Modèle 0D GEOCARB (Berner,94)
Version 0: Fvol = Fsw
Fvol = k Runoff PCO20.3 exp[(T-288.15)/17.7)]
T = 288.15 + 6.5 ln(PCO2) Runoff = [1 + 0.038 (T-288.15)]
Fvol = k [1+0.038 (6.5 ln (PCO2))] PCO20.3 exp[6.5 ln (PCO2)/17.7]
K= area x fe x …
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0.00E+001.00E+022.00E+023.00E+024.00E+025.00E+026.00E+02
gymnospermesAngiospermesfe
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
0100200300400500600
area
Royer et al, 2001
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
0100200300400500600
Age (Ma)
Indice de dégazage
Résultats
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
020406080100120140160180200
Com
plex
itéBLAG, GEOCARB (Berner, Lasaga, Garrels, 1983
Berner, 1991,1994 Berner, Kothavala, 2001)
T=T0 + ln (PCO2) – 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 latitudeRunoff reste une relation paramétriqueMAIS fonction de T et aire par bande de latitudeModification de la paléogéographie en moyenne zonale
Connection climat-CO2 dans les modèles géochimiques
Variabilité globale
Variabilité zonale
Apport d’une nouvelle dimension dans les modèles couplés climat-géochimie
Contraintes sur le choix du modèle
de climatClimber-2.3 couplé au
modèle COMBINE
Autres CAL : Fvol imposé, Cste Solaire –6%,
lithologie constante imposée
800 Ma
750 Ma
Application au Néoprotérozoique
:
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
Les premiers résultats … 1 – A 750 Ma
Le modèle s’équilibre à un pCO2 d’environ
500 ppmRéduction de 1300
ppm
Soit une température globale moyenne de
2°CRéduction de 8.2°C
Une configuration ou les continents sont plus petits et plus dispersés apparaît très favorable au
déclenchement d’une glaciation importante
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)
Sensibilité au flux de dégazage
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.)
Recommended