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Le rôle de la tectonique des plaques sur le climat Leçon d’option –Secteur C – agrégation Proposition de plan par : Mathieu Rodriguez, Agrégé préparateur, Ens [email protected] Introduction : L’idée de liens entre climat et tectonique émerge dès les prémices de la théorie de la dérive des continents, dans une publication par Wegener et Köppen dès 1924. La théorie de la tectonique des plaques a pour objet les mouvements horizontaux et verticaux des plaques lithosphériques, sous l’effet des forces aux limites de plaques et des forces de volume. La mobilité des plaques est la conséquence de la gravité (traction du slab au niveau des zones de subduction, forces de volume) et de la dissipation du flux de chaleur interne. Le terme climat dérive du mot grec signifiant incliné. L’inclinaison de l’axe de rotation de la terre par rapport au plan de l’écliptique, de l’ordre de 23°, influe sur l’insolation et ainsi sur la quantité d’énergie reçue en fonction de la latitude. En météorologie, le climat est défini par l’évolution annuelle des précipitations et de la température sur une région donnée (diagramme ombrothermique). Les grandes ceintures climatiques actuelles correspondent aux grands biomes (climat tempéré, continental, océanique, aride…). La distribution de la végétation reflète le climat. Une caractéristique du climat actuel est la présence de glaciers aux deux pôles. Il s’agit d’une situation irrégulière dans l’histoire de la Terre, seules 5 grandes époques glaciaires ayant été reconnues (Huronienne, ~2.3 Ga ; ‘terre boule de neige’ entre 600 et 900 Ma ; glaciation ordovicienne, glaciation Permo-Carbonifère, et Cénozoïque-Quaternaire). La présence de calottes résulterait de la conjonction de conditions climatiques et tectoniques particulières, qu’il s’agit de déterminer. La Terre est actuellement le siège de changements climatiques (augmentation de l’effet de serre, et de la température globale au cours de l’ère industrielle ; augmentation générale du niveau eustatique…). Il n’existe pas de corrélation entre les changements climatiques initiés au cours des derniers siècles et le mouvement instantané des plaques, tel que mesuré par le GPS. Les montagnes agissent à la façon de barrières topographiques sur la circulation atmosphérique, et contrôlent la distribution des précipitations (système Himalaya-Mousson ; Andes-El Nino). De façon transitoire, une éruption volcanique peut influencer le climat sur quelques mois/années, les aérosols libérés dans l’atmosphère lors des éruptions volcaniques affectant l’effet de serre et le bilan radiatif de la Terre (ex. Laki, Islande, 1786 ; Krakatau, Indonésie, 1883). Les changements climatiques au cours du dernier cycle glaciaire- interglaciaire ont eu lieu sans qu’aucun changement cinématique significatif n’ait été détecté. L’histoire récente de la Terre (~derniers 100 000 ans), telle que nous la connaissons, ne semble pas indiquer de relation claire et durable entre la dynamique de la terre solide et la

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  • Le rle de la tectonique des plaques sur le climat

    Leon doption Secteur C agrgation

    Proposition de plan par : Mathieu Rodriguez, Agrg prparateur, Ens

    [email protected]

    Introduction :

    Lide de liens entre climat et tectonique merge ds les prmices de la thorie de la drive

    des continents, dans une publication par Wegener et Kppen ds 1924.

    La thorie de la tectonique des plaques a pour objet les mouvements horizontaux et verticaux

    des plaques lithosphriques, sous leffet des forces aux limites de plaques et des forces de

    volume. La mobilit des plaques est la consquence de la gravit (traction du slab au niveau

    des zones de subduction, forces de volume) et de la dissipation du flux de chaleur interne.

    Le terme climat drive du mot grec signifiant inclin. Linclinaison de laxe de rotation de la

    terre par rapport au plan de lcliptique, de lordre de 23, influe sur linsolation et ainsi sur la

    quantit dnergie reue en fonction de la latitude. En mtorologie, le climat est dfini par

    lvolution annuelle des prcipitations et de la temprature sur une rgion donne

    (diagramme ombrothermique).

    Les grandes ceintures climatiques actuelles correspondent aux grands biomes (climat tempr,

    continental, ocanique, aride). La distribution de la vgtation reflte le climat. Une

    caractristique du climat actuel est la prsence de glaciers aux deux ples. Il sagit dune

    situation irrgulire dans lhistoire de la Terre, seules 5 grandes poques glaciaires ayant t

    reconnues (Huronienne, ~2.3 Ga ; terre boule de neige entre 600 et 900 Ma ; glaciation

    ordovicienne, glaciation Permo-Carbonifre, et Cnozoque-Quaternaire). La prsence de

    calottes rsulterait de la conjonction de conditions climatiques et tectoniques particulires,

    quil sagit de dterminer.

    La Terre est actuellement le sige de changements climatiques (augmentation de leffet de

    serre, et de la temprature globale au cours de lre industrielle ; augmentation gnrale du

    niveau eustatique). Il nexiste pas de corrlation entre les changements climatiques initis

    au cours des derniers sicles et le mouvement instantan des plaques, tel que mesur par le

    GPS. Les montagnes agissent la faon de barrires topographiques sur la circulation

    atmosphrique, et contrlent la distribution des prcipitations (systme Himalaya-Mousson ;

    Andes-El Nino). De faon transitoire, une ruption volcanique peut influencer le climat sur

    quelques mois/annes, les arosols librs dans latmosphre lors des ruptions volcaniques

    affectant leffet de serre et le bilan radiatif de la Terre (ex. Laki, Islande, 1786 ; Krakatau,

    Indonsie, 1883). Les changements climatiques au cours du dernier cycle glaciaire-

    interglaciaire ont eu lieu sans quaucun changement cinmatique significatif nait t dtect.

    Lhistoire rcente de la Terre (~derniers 100 000 ans), telle que nous la connaissons, ne

    semble pas indiquer de relation claire et durable entre la dynamique de la terre solide et la

    mailto:[email protected]

  • dynamique atmosphrique/ocanique Mais quen est-il si on regarde au-del, sur une

    chelle de temps plus tendue, de lordre du million dannes?

    Les interactions entre tectonique et climat sont complexes. Il ne sagit pas ici dvoquer dans

    les dtails comment le climat (et les diffrents agents rosifs quil contrle) influence les

    processus tectoniques, mais de se concentrer exclusivement sur le rle des processus

    tectoniques sur lvolution climatique. Il est cependant difficile de discriminer dans certains

    cas si un changement climatique est lorigine dun changement tectonique, ou linverse.

    Discuter ces limites est un point important de la leon.

    Problmatique :

    Est-ce que les changements climatiques lchelle du million dannes sont contrls par la

    tectonique des plaques ? Comment la tectonique des plaques peut-elle influencer le climat

    (par quels processus ; influence directe de la tectonique sur le climat ; influence indirecte de la

    tectonique sur le climat) ? Nous limitons ici le sujet au Phanrozoque, avec une brve

    incursion la fin du Protrozoque pour discuter de lhypothse de la Terre Boule de Neige.

    Dmarche :

    Dans un premier temps nous identifierons les principaux changements climatiques qui se sont

    succd au cours du Phanrozoque, partir de quelques proxies clefs. Aprs avoir expliqu

    comment le palomagntisme permet dtablir des reconstructions palogographiques, nous

    chercherons identifier les phnomnes associs la tectonique des plaques, contemporains

    ou proches dans le temps des changements climatiques identifis au pralable. La

    contemporanit entre des processus tectoniques et climatiques majeurs suggre un lien de

    cause effet, quil faut cependant remettre systmatiquement en question, lenregistrement de

    tels pisodes gologiques autorisant bien souvent plusieurs interprtations.

    !!! Prendre garde toujours prciser lge des vnements mentionns, et la dure des effets

    de la tectonique sur le climat, surtout concernant le volcanisme !!!

    1. Reconstructions paloclimatiques et palogographiques : la recherche de

    relations temporelles entre tectonique et climat

    A- Reconstruction des climats passs, lchelle du Phanrozoque

    -Rappel du principe du 18O : le fractionnement des isotopes de lOxygne est fonction des

    variations de la temprature. Utilisation des foraminifres benthiques pour reconstructions

    paloclimatiques lchelle du Cnozoque/Msozoque. Laugmentation du 18O des

    benthiques correspond une diminution de la temprature.

    -Courbe de la variation du 18O au cours du Phanrozoque : Identification dun

    refroidissement global au cours du Cnozoque, ds 30-35 Ma, 18O des benthiques augmente

    de -1 5.

    En 65 MA: augmentation (alourdissement) de 5.8 du 18O:

    3.1 : refroidissement des eaux de fond

    1.2 : dveloppement inlandsis en Antarctique

  • 1.1 : dveloppement inlandsis dans lhmisphre nord

    Le refroidissement Cnozoque vu par les isotopes de loxygne et du carbone

    -Concentration en CO2 ; multitude de proxies : degr de saturation des alknones, indice

    stomatique, variations du 13C de la matire organique et des carbonates, modles GCM

    (Indice stomatique = nombre de stomates/nombre de cellules pidermiques : diminue avec

    laugm. du CO2 atm)

    -Identification dune chute du CO2 durant le Palozoque et durant le Cnozoque.

    Augmentation du CO2 durant le Crtac suprieur. A la fin du Crtac, la valeur du CO2 atm

    tait de 5000 ppm ; la valeur actuelle est de ~400 ppm (280 ppm avant industrialisation).

    Au tableau : courbes simplifies de lvolution du 18O et du CO2 au cours du Phanrozoque

  • Evolution du CO2 atm au Cnozoque et au Phanrozoque. Chutes du CO2 contemporaines

    des orognes.

    B- Reconstructions palogographiques : le palomagntisme.

    - Le principe de l'interprtation des anomalies magntiques a t tabli partir de mesures

    ralises au niveau de la dorsale de Carlsberg par Vine et Matthews. Il est le suivant : les

    basaltes sont mis au niveau de l'axe de la dorsale, se solidifient et cristallisent rapidement au

    contact de leau et acquirent une aimantation (lie leurs minraux ferro-magnsiens), qui

    enregistre la polarit du champ magntique terrestre au moment de leur formation. Le

    plancher ocanique est ensuite repouss de part et dautre de la dorsale quand du nouveau

    magma arrive en surface, laxe de la dorsale. Le champ magntique terrestre subit des

    inversions de faon irrgulire au cours du temps. Ces inversions sont fossilises par le

    plancher ocanique, et induisent des anomalies du champ magntique par rapport au champ

    actuel. Les inversions de polarit ont t dates par des forages (tude de lge des sdiments

    recouvrant le plancher) et des datations radio-chronologiques des basaltes et fournissent un

    calendrier de louverture des ocans. Les profils d'anomalies magntiques et les cartes des

    fonds ocaniques permettent ainsi de reconstituer la gomtrie des dorsales un moment

    donn, et de dduire certains paramtres du mouvement relatif entre deux plaques (migration

    du ple de rotation, taux d'ouverture ocaniques et asymtrie de l'accrtion).

    -Les tudes de palomagntisme des roches permettent aussi de retrouver les anciennes

    latitudes d'un continent, avec cependant de plus fortes incertitudes par rapport aux anomalies

    magntiques du plancher ocanique. Au-del de 180 Ma, le palomagntisme est la seule

    mthode pour contraindre la position des continents. Les sdiments dtritiques contiennent

    eux aussi des minraux ferro-magnsiens capables de fossiliser le champ magntique au

    moment de leur formation. La mesure de linclinaison du champ magntique fossile permet

    davoir accs la palolatitude du milieu de dpt, selon la relation tan (inclinaison) = 2 tan

    (latitude). En revanche, il est difficile de contraindre les palo-longitudes. Les incertitudes

    dans les estimations des palo-latitudes varient de 1 plusieurs dizaines de degr de latitude,

  • selon la qualit de lenregistrement palomagntique. Ainsi, il existe une incertitude de 500

    1000 km sur la position de lInde avant sa collision avec lEurasie, ce qui a de fortes

    implications sur les scnarios de convergence Inde-Eurasie, et le timing prcis de la collision

    en particulier.

    -Au cours du Phanrozoque, 2 cycles de Wilson majeurs (i.e. ouverture, fermeture ocan,

    orogne sur ~500 Ma) ; correspondant la fragmentation du supercontinent Rodinia pour le

    Palozoque, et la fragmentation de la Pange pour le Msozoque et le Tertiaire. Episodes de

    formation de chanes de montagnes autour de 300-400 Ma ; et au Cnozoque, avec la

    fermeture de la Neotthys et de ses branches.

    Au tableau : indiquer priodes douverture des ocans et priodes dorogense, avec un code

    de couleur diffrent

    C- Datations des provinces magmatiques gantes

    -Principe de la radiochronologie (K/Ar ; Rb/ Sr) : la dsintgration des lments radioactifs

    depuis la fermeture du systme considr est fonction du temps.

    -Identification de plusieurs pisodes de volcanisme intense : trapps de Sibrie, Deccan,

    Provinces magmatiques gantes du Parana/ Etendeka ; Otong-Java Episodes Crtac

    essentiellement, forte dissipation du flux de chaleur.

    Au tableau : indiquer les pisodes magmatiques principaux

  • Ages des principales provinces magmatiques gantes (Large Igneous Provinces) partir de

    la fin du Palozoque

    D- Reconstitution des flux sdimentaires

    -Estimation des volumes de sdiments dans les bassins, par sismique rflexion, forages et

    calages stratigraphiques. Mais seule une fraction des sdiments rods arrive dans les ocans

    (50%), le reste est pig sur la plate forme continentale ou sur les terres merges. Limit

    des tudes rgionales.

  • Flux terrigne au cours des 30 derniers MA Plusieurs interprtations possibles :

    augmentation exponentielle du flux terrigne ou problme de probabilit de prservation des

    sdiments ?

    -Traceurs gochimiques :

    -Le traceur gochimique qui permet de retracer les variations du flux sdimentaire plus

    grande chelle de temps est le rapport 87Sr/86Sr dans les carbonates ocaniques (ex. test des

    foraminifres). Le Sr est issu de la dsintgration du Rb. Les ions Sr2+ dans locan

    proviennent soit de laltration des continents, soit de laltration du plancher ocanique au

    niveau des dorsales. Les ions Sr2+ sinsrent en substitution du Ca2+ dans les carbonates, et

    sont donc bien prservs lchelle des temps gologiques. Le temps de rsidence du Sr est

    de lordre de 3 5 Ma, ce qui permet de mettre en vidence des variations de laltration

    grande chelle de temps. Les variations du rapport 87Sr/86Sr dans les ocans peut tre

    interprt de 2 faons. Les roches plutoniques, formes lentement et en profondeur, ont un

    fort rapport 87Sr/86Sr, le 87Rb ayant tout le temps de se dsintgrer en 87Sr. Une augmentation

    du 87Sr/86Sr ocanique correspond donc une augmentation de laltration continentale ; suite

    la surrection de relief et lexhumation de roches plutoniques, ou suite un changement

    climatique. Les roches volcaniques, comme les basaltes ocaniques, cristallisent rapidement,

    et ont par consquent un 87Sr/86Sr faible. Une chute du 87Sr/86Sr ocanique correspondrait

    donc aux pisodes de formation des dorsales ocaniques. Linterprtation de ce signal doit

    donc tre couple aux reconstructions palogographiques.

    -10Be : isotope cosmognique; permet dtudier les flux sdimentaires sur les 10 derniers Ma

    seulement, mais avec une meilleure rsolution.

    Au tableau : une courbe simplifie des variations du 87Sr/86Sr lchelle du Phanrozoque ;

    courbe des flux sdimentaires du Cnozoque

  • Evolution du rapport 87Sr/86Sr au cours du Phanrozoque

    Corolaire - Relations temporelles, synchronicit entre certains pisodes

    volcaniques/tectoniques et des changements climatiques majeurs : simples concidences ou

    relations de causes effet ?

    Etudier les variations climatiques lchelle du cycle de Wilson/ effet de louverture-

    fermeture des ocans ? de la formation des chanes de montagne ? du volcanisme ?

    (Je prfre commencer par le rle des chanes de montagnes car cest plus compliqu mais

    on peut commencer aussi bien par louverture des ocans.)

    2. Orogenses et climat

    Hypothse dun lien orogne-climat du fait de la concidence temporelle entre les priodes de

    diminution du CO2 atm, les priodes de refroidissement global sur plusieurs dizaines de

    millions dannes et cycles orogniques Hercynien-Alpin.

    A- Laltration des chanes de montagne : un pige CO2 atmosphrique ?

    Comment la formation dune chane de montagne peut-elle entraner pigeage du CO2 ?

    -Un mcanisme propos est laltration des silicates, qui selon lquation chimique

    suivante, permet de piger 2 molcules de CO2 par molcule de silicate altre :

  • Altration des silicates:

    2CO2 + H2O + CaSiO3 = Ca 2+ + 2HCO3

    - + SiO2

    Les produits de laltration sont ensuite transports vers les ocans, o ils vont prcipiter sous

    la forme de carbonate :

    Prcipitations des carbonates:

    Ca2+ + 2HCO3- = CaCO3 + CO2 + H2O

    Le bilan final est de 1 molcule de CO2 pige pour une molcule de Silicate altre.

    CO2 + CaSiO3 = CaCO3 + SiO2

    Dans le cas de laltration des carbonates, le bilan est neutre.

    Laltration chimique est module par dautres facteurs, troitement lis au climat :

    -la temprature : une augmentation de la temprature de 10 double la vitesse

    daltration des silicates.

    -le rgime de prcipitations, et ltendue des glaciers.

    -Une premire faon de voir le problme est de considrer quune augmentation du taux

    daltration continentale aurait pour consquence la consommation de CO2 atm, et ainsi une

    diminution de leffet de serre et un pisode de refroidissement climatique. La surrection

    dimportants reliefs (formation de chanes de montagnes) entranerait une altration accrue

    des continents, et favoriserait le pigeage du CO2 atm.

    -Cependant, un refroidissement climatique, dclench par un facteur indpendant de

    lvolution des chanes de montagnes, peut avoir pour consquence un rgime de

    prcipitations accru dans une rgion de chane de montagne. Au niveau de la chane de

    montagne, lexhumation des roches est entretenue par les phnomnes de compensation

    isostatique qui accompagnent lrosion, et laltration des reliefs pige le CO2 atm. Rappelons

    ici que 80% de la topographie des chanes des montagnes sont dus lrosion et la

    compensation isostatique : lrosion nest pas une rponse passive la formation des reliefs

    mais un acteur majeur de leur formation et volution. Il se met alors en place une boucle de

    rtroaction positive, le refroidissement climatique initial tant alors amplifi par le pigeage

    de CO2 atm par les processus daltration.

    -Nous pointons l le problme majeur des interactions tectonique-climat : qui du changement

    climatique ou tectonique a eu lieu en premier ? La rponse gologique (flux

    sdimentaire)/climatique tant au final identique Les incertitudes sur le timing des pisodes

    de collision et sur la mise en place des changements climatiques ne permettent pas toujours de

    rpondre cette question, et il est alors facile de senfermer dans des raisonnements

    circulaires (problme de poule et duf) du fait des boucles de rtroaction.

  • B- Signification des changements du flux sdimentaire

    -Les estimations du flux sdimentaires montrent des variations qui concident temporellement

    avec les pisodes de formation de chanes de montagne. Par ex., rapport 87Sr/86Sr augmente

    lors des pisodes de formation de chane de montagne des cycles alpin & hercynien.

    -Une augmentation du flux sdimentaire peut tre interprte soit comme le rsultat du

    changement climatique, soit comme la surrection dune montagne, ou les deux, lorsque le

    soulvement topographique est li la compensation isostatique qui fait suite un pisode

    rosif. Du fait des boucles de rtroaction positive gouvernant les interactions tectonique-

    climat, il est donc difficile de discriminer partir des seules variations du flux sdimentaire

    laction de la tectonique sur le climat, ou linverse.

    -Les estimations du volume total (i.e. global) de sdiments dlivr aux ocans au cours du

    Cnozoque semblent premire vue en accord avec ce modle. Le volume de sdiments

    terrigne augmente de faon exponentielle depuis 30 Ma environ, avec un pic au Plio-

    Plistocne. A premire vue, cela est cohrent avec le refroidissement initi il y a environ 30

    Ma lOligocne, correspondant au dveloppement dune calotte glaciaire au ple sud et la

    formation des principales chanes de montagne associes la fermeture de la Notthys, et

    avec lacclration du refroidissement global initi il y a 2.5-3 Ma par le dveloppement de la

    calotte du ple nord. Cependant, les variations du 10Be sur 10 Ma ne montrent pas

    laugmentation du flux espre au cours du Plio-Plistocne. Un problme important dans

    lestimation du flux sdimentaire est que les sdiments terrignes sont remobiliss au cours du

    temps. Plus un dpt est ancien, plus il a de chance dtre remobilis (i.e. sa probabilit dtre

    prserv dans lenregistrement sdimentaire baisse). Il existe un dbat pour savoir si

    laugmentation du flux sdimentaire au Cnozoque est relle, ou si elle reflte simplement la

    probabilit des sdiments dtre prserv.

    Si laugmentation exponentielle du flux terrigne au cours du Cnozoque venait tre

    rejete, cela impliquerait de reprendre entirement la problmatique de lorigine du

    refroidissement climatique entam lOligocne.

    C- Le rle de la formation dune chane de montagne sur le climat : la collision Inde-

    Eurasie et la mousson

    La plus clbre controverse relative cette leon est celle des interactions entre le

    soulvement de lHimalaya-Tibet, et les variations dintensit de la mousson indienne au

    cours du Cnozoque.

    Dans la situation actuelle, le rchauffement de la surface du Tibet influence le gradient de

    pression atmosphrique, et donc le climat. Quen tait-il par le pass ?

    Au dbut des annes 90, les datations disponibles faisaient tat dun pisode de soulvement

    majeur de lHimalaya autour de 8 Ma (+/- 1 Ma), marqu par lactivation du dtachement sud

    tibtain. En parallle, lenregistrement palontologique venait de rvler un changement

    cologique majeur lchelle du continent indien, marqu par le remplacement des plantes

    mtabolisme photosynthtique en C3 par les plantes en C4. Les mesures du 18O alors

  • disponibles indiquaient un appauvrissement autour de 8-10 Ma, interprt comme une

    intensification des prcipitations saisonnires associes la mousson. En mer dArabie, les

    sdiments plagiques de la Ride dOwen, une srie de rides bathymtriques longeant la limite

    de plaque Inde-Arabie, enregistrent 8-9 Ma une augmentation majeure des abondances en G.

    bulloides, le foraminifre qui, lchelle du Quaternaire, est considr comme le proxy clef

    pour retracer les variations dintensit de la mousson.

    Au dbut des annes 90, tout indiquait quun pisode de soulvement majeur de lHimalaya

    avait eu lieu en mme temps quune phase dintensification majeure de la mousson, au

    Miocne suprieur. Est-ce le soulvement de lHimalaya qui a boulevers la circulation

    atmosphrique et dclench une intensification de la mousson ? Ou est-ce lintensification de

    la mousson qui a provoqu lacclration du soulvement de lHimalaya ? Ce fut la premire

    fois que la notion de rtroaction positive entre processus atmosphriques et tectoniques fut

    propos.

    Depuis, de nombreuses observations sont venues remettre en cause le scnario expos ci-

    dessus, sans toutefois remettre en cause fondamentalement les mcanismes des interactions

    tectonique-climat et le concept de rtroaction positive entre les processus.

    Tout dabord, de nombreuses expditions de terrain ont permis de dater lactivation des

    diffrents accidents de lHimalaya. Si le dtachement sud tibtain se met bien en place au

    Miocne sup., de nombreuses failles se mettent en place au cours du Miocne et du Plio-

    Plistocne, refltant la construction progressive du prisme orognique. Les progrs de la

    thermochronologie et la densit des chantillons prlevs en diffrentes rgions ont permis de

    mettre en vidence que les pisodes majeurs dexhumation des roches au sein de lHimalaya

    et du Tibet avaient eu lieu autour de 35-40 Ma et de 15-20 Ma. Il reste difficile destimer les

    palo altitudes dune chane de montagne. La seule mthode peu prs valide est base sur le

    fait que le fractionnement de lOxygne est fonction de laltitude. Les mesures du 18O dans

    les lacs Eocne-Oligocne au sommet du plateau tibtain montrent que laltitude du plateau

    tait dj de lordre de 4000-5000 m il y a 35-40 Ma. Le soulvement topographique de

    lHimalaya et du Tibet a donc eu lieu bien avant lintensification de la mousson 8 Ma.

    Comment se fait-il quun tel dcalage temporel (au moins 10 Ma) existe entre le changement

    tectonique et le changement climatique?

    Plusieurs observations ont pos un doute sur la ralit dune intensification de la mousson

    autour de 8 Ma, de nombreux enregistrements sdimentaires tudis au cours des annes 2000

    montrant au contraire un affaiblissement de la mousson sur cette priode. De plus, le

    soulvement de la ride dOwen, o le pic en abondances de G. bulloides avait t observ, a

    t r-valu 8 Ma suite la collecte de nouveaux profils sismiques. Dans ce cas l, le pic de

    G. bulloides ne reflte pas une intensification de la mousson, mais simplement le soulvement

    de la ride dOwen au dessus de la CCD, impliquant une meilleure prservation des

    foraminifres Il semblerait donc quil ny ait pas eu dintensification de la mousson 8 Ma.

    Cependant, lorigine du changement cologique des plantes en C3 vers les plantes en C4

    lchelle de lInde reste encore mal explique

  • Le dbat mousson vs croissance de lHimalaya-Tibet : synthse des observations

    Les interprtations des observations lorigine du modle dinteraction tectonique-climat

    propos au dbut des annes 90 ne sont donc plus valides, pour lessentiel. Faut-il cependant

    rejeter les mcanismes proposs lpoque ? Des tudes rcentes montrent que la mousson se

  • serait initie il y a 35-40 Ma, lors des tous premiers stades de soulvement des reliefs. Le

    mcanisme de rtroaction positive entre tectonique et climat reste donc valide, mais transpos

    prs de 30 Ma auparavant !

    Les tudes cinmatiques les plus rcentes, bases sur les anomalies magntiques de lOcan

    indien, et la datation de certains vnements gologiques, suggrent que la collision Inde-

    Eurasie a eu lieu il y a 47 Ma. La croissance du relief aurait donc dbut peu aprs, en mme

    temps que linitiation de la proto-mousson.

    Il y a en revanche eu plusieurs variations dintensit de la mousson depuis 40 Ma, qui ne

    correspondent pas, de faon directe, des vnements tectoniques marqus, mais qui suivent

    au premier ordre le rythme du refroidissement global.

    Reconstruction de la convergence Inde-Eurasie, incertitudes lies la forme de la grande

    Inde avant la collision

    (-Autre exemple possible : le rift est africain, le dveloppement de la topographie associe, et

    le passage la savaneetc.)

  • 3. Cycle de vie dun ocan, volcanisme, et climat

    Dans cette partie, nous abordons comment les processus tectoniques qui affectent un ocan au

    cours de son histoire peuvent influencer le climat, de son ouverture sa fermeture. Nous

    nabordons ici que le volcanisme associ au cycle de vie de locan, les pisodes volcaniques

    lorigine des provinces magmatiques gantes tant discuts dans une partie ultrieure.

    A- Le volcanisme associ au cycle de vie dun ocan et les provinces magmatiques

    gantes (LIPs : Large Igneous Provinces)

    -Les fortes concentrations en CO2 atm du Crtac sont corrles aux forts taux de production de

    crote ocanique correspondant louverture de la Notthys et de lAtlantique, culminant

    lAlbo-Aptien ; et aux pisodes de formation des provinces magmatiques gantes du

    Msozoque. Le CO2 dgag au cours de ces pisodes volcaniques entrane une augmentation

    de leffet de serre.

    -De nombreux processus de dchirure continentale sont associs la formation de provinces

    magmatiques gantes. Par exemple, la mise en place des CFB (continental flood basalts) de

    lAtlantique central ds 200 Ma sur plus de 7.106 km a caus une augmentation de CO2 atm

    telle que les tempratures globales ont augment de +3-4C.

    -Le volcanisme intraplaque, type trapp, est aussi associ des changements climatiques,

    comme ce ft le cas lors de la formation des trapps du Deccan (65 Ma) et de Sibrie (250

    Ma).

    -Volcanisme de subduction : continu lchelle des temps gologiques, tant que la subduction

    perdure ; pas de grande variabilit compar aux LIPs etc

  • -Les pisodes de formation de provinces magmatiques gantes peuvent indirectement

    dclencher un changement climatique. Par exemple, la province Nord Atlantique mise en

    place autour de 55 Ma au niveau de la Norvge a induit un changement climatique et un

    rchauffement des eaux ocaniques, qui ont eu pour consquence la dstabilisation dhydrates

    de gaz pigs dans les sdiments. 1500 gigatonnes de C auraient ainsi t dlivres dans

    latmosphre suite au changement climatique initial, causant lpisode de rchauffement

    climatique Palocne. Laugmentation de temprature a t telle que laltration des

    continents aurait t amplifie, tout comme la pompe biologique, pompant ainsi lexcs de C

    dlivr dans latmosphre.

    -Les pisodes volcaniques jouent sur le climat diffrentes chelles de temps : la libration de

    sulfure et des cendres lors de lruption affecte linsolation lchelle de quelques

    mois/annes ; la libration de gaz effet de serre affecte le climat lchelle de 105-106

    annes. Dans le plus long terme, lrosion des produits du volcanisme joue le rle de pige

    CO2.

    Comment les ruptions volcaniques influencent le climat (diversit des interactions et

    processus impliqus)

    B- Les connections inter-ocaniques

    -La tectonique contrle louverture et la fermeture des connections entre ocans, et ainsi le

    circuit de la circulation ocanique, et le transfert de chaleur associ.

    -Actuellement, la circulation ocanique est gouverne par le systme de circulation

    thermohaline, qui contrle les transferts de chaleur entre les ples, sur une chelle de temps de

    lordre de 1000-1500 ans. Le plongement des eaux de surface au niveau de lAtlantique Nord

    constitue un puits de Carbone fondamental dans le systme climatique actuel.

  • -Cependant, la mise en place de la circulation thermohaline est un phnomne rcent

    lchelle de lhistoire de la Terre, et fait suite la fermeture de diffrents isthmes et

    connections entre les ocans, qui ont forc le dveloppement dune circulation N-S dans

    lAtlantique. La fermeture des diffrentes connections sopre au cours du Miocne et du

    Pliocne ; la circulation thermohaline actuelle nexiste que depuis le dbut du Plistocne

    (~2.5 Ma). Le dveloppement de la calotte Arctique favorise elle-mme lisolement des

    diffrents ocans, du fait de la chute drastique du niveau marin quelle a entran, et de

    lmersion des terres au niveau des diffrentes connexions

    Synthse des ges de fermeture des connections interocaniques

    -La fermeture de la Notthys a aussi caus la fermeture de nombreuses connections. Par

    exemple, la collision Arabie Eurasie entre 20 et 30 Ma a ferm la connexion entre la

    Mditerrane et lOcan Indien. La consquence est la mise en place de la circulation des

    Aiguilles au large de lAfrique du Sud ; entre les ocans Indien et Atlantique, enregistre par

    de vastes dpts contouritiques. Une mer picontinentale a persist au front du Zagros : la

    Paratthys, qui a continu dinfluencer le climat jusqu sa disparition autour de 10 Ma.

  • Reconstructions palogographiques et palocanographiques : fermeture de la paratthys

    entre Arabie et Eurasie : dbut du dveloppement dune circulation N-S dans locan Indien

    -A contrario, louverture de connections peut aussi influencer le climat. Par exemple :

    -Louverture du dtroit de Gibraltar autour de 5.3 Ma a rtabli une connexion entre la

    Mditerrane et lAtlantique.

    -Louverture du passage de Drake entre lAntarctique et lAmrique du sud il y a

    environ 30 Ma aurait permis le dveloppement dune circulation circum-polaire, qui

    aurait isol thermiquement le continent antarctique, et aid la croissance de la calotte

    antarctique. Louverture du passage de Drake aurait donc pu initier le refroidissement

    Cnozoque ds 30 Ma, et les interactions tectonique-climat dtailles ci-

    dessusMais le timing de son ouverture est soumis controverses.

    -Lorsque lensemble des ocans tait connect, au Crtac, la circulation tait mridienne

    (direction E-W). LOcan mondial avait une T moyenne de 15C ; 10 aux ples, pas de

    glaces. Ainsi le gradient de temprature ple-quateur tait trs rduit au Crtac (p/r

    lactuel), le brassage des eaux quasi inexistant (pas de circulation thermohaline), entranant

    des conditions anoxiques et le pigeage de matire organique (sans grande consquence sur le

    climat au vu de leffet de serre qui rgnait lpoque). La situation au Crtac tait donc

    diffrente de celle du Plistocne, avec absence totale de circulation thermohaline, et

  • labsence de transfert de chaleur dun ple lautre. La connexion des ocans, contrle par la

    tectonique, est donc un facteur majeur dans lvolution des climats.

    -Les variations du niveau marin influencent aussi les connections ocaniques (favorises en

    priode de haut niveau). La hausse majeure du niveau marin au Crtac, en lien avec le

    dveloppement des dorsales, a eu pour consquence lextension des mers picontinentales et

    locanisation du climat. Ex. Mer de Craie du Crtac en Europe.

    -Au Palozoque, les variations du niveau marin contrles par la tectonique (fermeture du

    rhique) + glacioeustatisme ont permis lenfouissement des forts du Carbonifre et le

    pigeage de CO2 sous forme de charbon ( la limite du sujet, ne pas trop dvelopper).

    4. Cycles de Wilson, Latitude des masses continentales et climat

    Le palomagntisme, et ltude de la distribution des traces sdimentaires des glaciations

    passes, montrent que la plupart des glaciations se sont dveloppes lorsque des continents

    taient rassembls aux ples (Ordovicien, Permo-carbonifre, Cnozoque-Quaternaire).

    Cependant, la prsence de continents aux ples nest pas une rgle absolue pour quune

    priode glaciaire prenne place. Les tudes palomagntiques ont montr que les vestiges de la

    glaciation dil y a 600-900 Ma taient pour la plupart de basses latitudes, proches de

    lquateur, une poque o aucun continent ntait prsent aux ples. Cela signifie que la

    Terre tait lors de cette priode entirement recouverte de glace, on parle de Terre Boule de

    Neige.

    La prsence de lensemble des continents aux basses latitudes a probablement favoris une

    altration continentale accrue, et le pigeage de CO2. Des modles montrent que si les glaces

    atteignent des latitudes de 35, alors lalbdo est tel que la machinerie semballe, et le

    refroidissement permet le dveloppement de glace sur lensemble de la plante.

  • Conclusions : rle du climat sur la tectonique

    -Les mouvements tectoniques susceptibles dinfluencer le climat seffectuent sur plusieurs

    millions dannes. Difficult de dater et quantifier les mouvements tectoniques et les

    changements climatiques, fortes incertitudes associes la quantification des diffrents

    phnomnes. Etablir des relations de synchronicit entre vnements tectoniques et

    climatiques permet de poser la question dun lien de cause effet. Parfois difficile de dire qui

    de la tectonique qui du climat a contrl un changement environnemental, en particulier pour

    le rle des chanes de montagne.

    -Tectonique : cause directe des changements climatiques (ex. fermeture des isthmes), ou

    indirecte (volcanisme, et effets associs, ex. optimum climatique du palocne). Tectonique

    peut accentuer une tendance vers un changement climatique, qui a t dclench

    indpendamment de la tectonique. Ex. fermeture des connections inter ocaniques au Pliocne

    acclre le refroidissement global initi auparavant au dbut du Cnozoque.

    -Ouverture : rle du climat sur la tectonique, sur la formation des chanes de montagnes.

  • Ex. Schma bilan