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Correction séance 2 Glaciologie

Introduction

Document photocopié «Une carotte de glace du Groenland révèle un rapide changement climatique »

Deux périodes de réchauffement rapide remontant à la fin de la dernière période glaciaire ont pu être identifiées grâce à l'analyse de carottes de glace du Groenland. En outre, ces analyses indiquent que les changements climatiques ont eu lieu dans d'autres régions du monde à la même période. Les résultats, publiés dans la revue Science, permettront aux scientifiques de perfectionner les modèles informatiques actuels afin de prévoir un changement climatique à l'avenir. Des analyses de la composition de la glace montrent que la température dans l'hémisphère nord a augmenté de près de 10 °C en une dizaine d'années à deux reprises. La première variation climatique s'est déroulée il y a de cela 14700 années, époque à laquelle la planète était encore en proie à la dernière ère glaciaire. La période chaude qui a suivi a duré moins de 20 00ans, avant que le climat ne se refroidisse. Le second réchauffement climatique s'est passé il y a 11700 années, marquant la fin de la dernière glaciation. A l’aide des documents proposés, montrez en quoi l’étude des glaces permet de reconstituer les paléoclimats et déterminez les caractéristiques des variations climatiques des 800 000 dernières années. On attend un texte rédigé s’appuyant sur des illustrations judicieusement choisies parmi les documents présentés (qui peuvent être modifiés pour favoriser leur compréhension).

I- Les glaces, archives climatiques

Logiciel Vostok Film « NEEM »

Les calottes polaires sont le résultat d’une accumulation de couches successives de neige qui se sont transformées progressivement en glace. En prélevant la glace à plusieurs profondeurs par forage, les différentes couches de glace peuvent être identifiées puis datées. Sur les carottes de glace prélevées, on analyse : - l’évolution des isotopes de l’oxygène qui permet de reconstituer les paléo-températures - la composition des bulles d’air piégées dans la glace qui donnent des indications sur la

composition de l’atmosphère régnant au moment des dépôts et en particulier pour les gaz à effet de serre (CO2, méthane).

1- L’évolution des isotopes de l’oxygène et la reconstitution des paléotempératures

Logiciel Oxygène

Les molécules d’eau sont issues de la combinaison à l’hydrogène de 16O et pour une faible partie de son isotope plus lourd, 18O. Au cours de l'évaporation, dans les régions plus proches de l'équateur, l'16O passe préférentiellement dans la phase gazeuse et 18O reste dans la phase liquide (l'eau de mer). Les masses d'air remontant aux pôles, elles se refroidissent et l'eau vapeur se condense et précipite : l'18O passe majoritairement dans la phase liquide (la pluie) et cela appauvrit d'autant plus le nuage restant en 18O. Au final, c'est donc une neige très enrichie en 16O qui précipite aux pôles : 18O/16O est très faible. L’abondance de l’18O dans la vapeur d’eau atmosphérique dépend de la température de l’air : plus le climat est froid, moins l’eau contient cet isotope de l’oxygène en arrivant au pôles.

En période chaude le rapport 18O/16O diminue dans les océans car la glace libère une grande quantité de 16O. Ce rapport augmente dans la glace.

En période glaciaire, le rapport 18O/16O des océans augmente car la glace piège le 16O. Il diminue dans la glace.

Les variations de ce rapport 18O/16O sont données par une formule plus complexe qui permet de comparer le rapport à un rapport de référence et à prendre en compte la faible teneur en isotopes lourds. La valeur donnée par l’utilisation de cette formule est appelé δ18O.

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Ce lien entre variations du δ18O dans les glaces et variation de la température peut être retrouvé par l’utilisation du fichier Halley_ annuel.

Ce fichier permet de montrer l’évolution par des mesures actuelles du δ18O dans les glaces en fonction de la température. Le δ18O suit le rapport 18O/16O donc il augmente quand la température augmente et il diminue quand la température diminue.

2- Un autre rapport isotopique caractéristique des températures, le δD

Document papier « informations sur l’utilisation des isotopes de l’oxygène et de l’hydrogène »

Le même raisonnement peut être appliqué au deutérium : aux pôles, la neige est enrichie en 1H et appauvrie en deutérium (D = 2H) donc le rapport D/1H est plus faible dans les glaces quand il fait plus froid. Plus il fait froid plus la masse d'air va se condenser rapidement au cours de son ascension vers les pôles et plus le deutérium est précipité : la chute des rapports est alors accentuée. C’est le même raisonnement que pour 18O/16O.

Le δD des glaces augmente quand la température augmente et diminue quand la température diminue.

3- L’étude des bulles de gaz contenues dans la glace

Logiciel Vostok

La composition des bulles d’air piégées dans la glace qui donnent des indications sur la composition de l’atmosphère régnant au moment des dépôts et en particulier pour les gaz à effet de serre (CO2, méthane). On sait qu’une accumulation de ces gaz entrainent une augmentation de la température terrestre. Remarque : on peut aussi dans les glaces trouver des traces d’activités volcaniques, de polluants qui peuvent intervenir sur le climat (voir logiciel simclimat)

-30

-20

-10

0

-40 -30 -20 -10 0

de

lta

18 O

(p

ou

r 10

00)

température °C delta18O en fonction de la température

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II- Les caractéristiques des variations climatiques des 800 000 dernières années (Quaternaire)

1- Les résultats de l’étude des isotopes à Vostok et Groenland

Fichiers vostok, dome C et grip associés au fichier Google Earth + site internet de l’université de Provence

Les mesures isotopiques réalisées sur les carottes de glaces de Vostok

Les résultats obtenus à Vostok pour les différentes analyses indiquent qu’au cours des 400 000 dernières années, il y a eu une grande instabilité du climat avec des périodes froides (ou δD diminue) et des périodes chaudes ( ou δD augmente) . Les périodes froides sont appelées périodes glaciaires et les périodes plus chaudes interglaciaires.

Ces périodes sont organisées en cycles glaciaires comprenant une période glaciaire et une période interglaciaire d’une durée d’environ 100 000 ans. A l’intérieur de ces cycles, il existe des micro-variations climatiques.

Ces variations se retrouvent dans d’autres stations aussi bien au nord qu’au sud. Ces variations sont mondiales.

2- les résultats de l’étude des bulles de gaz

-500

-450

-400

0 100000 200000 300000 400000 500000

de

lta

D p

ou

r1

000

âge de la glace

delta Deutérium (pour 1000) en fonction de l'âge de la glace

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Logiciel Vostok Le logiciel Vostok permet de comparer les variations de la concentration des gaz à effet de serre et de la température.

Les périodes glaciaires sont à corréler avec une diminution de la quantité de CO2 et CH4 dans l’atmosphère et les périodes interglaciaires à une augmentation de la quantité de CO2 et CH4 dans l’atmosphère. Il existe donc bien une corrélation entre la température et la composition en gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Remarque : il existe des mécanismes non anthropiques qui modifient la composition de l’atmosphère en gaz à effet de serre.

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III Apport de l’évolution des calottes polaires et des glaciers

Google earth Paleobiomes

Les glaciers laissent des traces dans le paysage (moraine) On peut à partir de ses traces reconstituer l’avancée des glaciers à différentes périodes. Plus récemment la surveillance par satellite de l’étendue des banquises arctiques et antarctiques permet également de suivre l’évolution globale du climat.

CONCLUSION

Les glaces apportent plusieurs types d’indices sur les climats passés : - Les bulles d’air qu’elles contiennent permettent d’étudier la composition de l’air durant les 800 000 dernières années, en

particulier la présence de gaz à effet de serre et les polluants. - La composition isotopique des glaces (pour l’oxygène ou l’hydrogène) permettent de retracer les évolutions climatiques au

cours de cette même période. Les résultats de ces études montrent des variations climatiques cycliques (100 000 ans) où alternent des périodes glaciaires et interglaciaires. Les périodes glaciaires correspondent à des périodes en moindre teneur en gaz à effet de serre et les périodes interglaciaires sont liés à des concentrations plus élevées en gaz à effet de serre.

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