PLAN · 2020-06-12 · PLAN - L’ANTARCTIQUE DE NOS JOURS L’Antarctique, un continent unique … avec beaucoup de glace Le climat de l’Antarctique - DANS LE PASSÉ L’Antarctique,

PLAN

- L’ANTARCTIQUE DE NOS JOURSL’Antarctique, un continent unique… avec beaucoup de glaceLe climat de l’Antarctique

- DANS LE PASSÉL’Antarctique, maître d’œuvre du basculement dans l’ère glaciaire actuelle

Les oscillations climatiques depuis 3 Ma : les précieuses données de l’Antarctique

- CLIMAT ACTUEL/FUTUR ET ANTARCTIQUEAu niveau global, sur Terre : le changement climatiqueLe réchauffement de l’AntarctiqueLa fonte de la calotteL’instabilité des calottes marinesL’Antarctique et la montée du niveau marin

Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1

Richard Brydges Beechey, 1842, Antarctic expedition : Gale in the Pack (1863).



Continents : HN : 20°N jusqu‘à 80N jusqu‘à 80NHS : depuis 66S jusqu’au pôle

Vue depuis : le pôle Sud le pôle Nord

→ Situation polaire

Aucun entre 55°N jusqu‘à 80S et 66°N jusqu‘à 80S : que de l’océan !

→ Isolement géographique


Le continent antarctique

L’Océan austral

Où les calottes peuvent-elles se former : océan et/ou continent ?

Où se situe le continent le plus froid de la planète : basses et/ou hautes latitudes ?

Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1 - 2018

L’Antarctique et sa calotte de glace actuelle

Schéma des cellules atmosphériques (Hadley, Ferrel, polaire, dans chaque hémisphère).


HADLEYFERRELPOLAIRE

Les cellules de convexion hémisphérique dans la troposphère.



- Le système climatique antarctique

- Courants atmosphériques et océaniques

- … et une boucle de courant océanique qui fait le tour du globe


Courant antarctiquecircum-polaire

Courant antarctique circum-polaire et bathymétrie de l’océan austral (jusqu’à 25°S).

Carte de l’océan arctique et des hautes latitudes Nord.

Hautes latitudes de l’hémisphère Sud = Aucun équivalent dans l’hémisphère Nord


→ Isolement thermiqueVents de surface zonaux (Ouest) + Courant océanique circum-polaire


- Température, précipitations et vents antarctiques

- Température : moyennes et extrêmes

Température la plus froide jamais enregistrée au niveau du sol :

- par mesure directe (thermomètre à 1,5 m/sol) : −89,2°C, Vostok, Juillet 1983

- par satellite : −93,2°C, Plateau Antarctique Est, Août 2010

En moyenne

- Sur le plateau antarctique intérieur : −55°N jusqu‘à 80C à Vostok

- Sur la côte : −10°N jusqu‘à 80C

Les extrêmes

Été : Pôle Sud −30°N jusqu‘à 80C, Pôle Nord −5°N jusqu‘à 80C

Hiver : Pôle Sud −55°N jusqu‘à 80C, Pôle Nord −35°N jusqu‘à 80C

Par comparaison

Surface temperature of Antarctica in winter and summer. (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)


En moyenne sur Terre

Moyenne des températures annuelles à la surface de la planète.(Mélières and Maréchal, 2020)

≈ +27°C

≈ −15°C

≈ −50°C

Équateur

Région polaire Nord

Région polaire Sud

Température moyenne : ≈ +15°C


→ Antarctique : climat le plus froid sur Terre


= L’Antarctique est un désert (froid)

En moyenne

17 cm/a (en équivalent eau liquide)

< 5 cm/a sur le plateau intérieur

40 cm/a sur les régions côtières

< 250 mm/a = « désert »

Carte des précipitations moyennes annuelles en Antarctique (en mm équivalent en eau liquide).


→ Le plus grand désert au monde

Déserts Sahara + Arabie : 11,5 millions de km2

Désert Antarctique : 14 millions de km2


Représentation schématique de l’alternance de ceintures de pluie et de régions arides.(Mélières and Maréchal, 2015)

Précipitations moyennes : ≈ 1 m/a

Pluie

Pluie

Désert

Désert

Pluie

Désert

Désert

… 1 m/a

… 0,7 m/a

… 2 m/a

En moyenne sur Terre


→ Antarctique : climat parmi les plus secs sur la planète


Groenland : remonte le temps sur 130 000 ansAntarctique : - - - sur 800 000 ans != Actuellement !

… Probablement plus !!

→ Les plus vieilles archives de glace : mémoire des climats passés

1,5 million d’années visé par le programme européen « Beyond EPICA » (2019-2025)


- Vitesse des vents : moyennes et extrêmes

Vents les plus forts : les vents catabatiques

(katabatikos, grec- : « descendant la pente »)Vent gravitationnel produit par le poids d’une masse d’air froid dévalant un relief géographique

Vents catabatiques le long de la côte antarctique.

Ils soufflent du plateau intérieur (2500-3500 m) vers la côte

Vent catabatique en Antarctique.

→ Des vents particulièrement forts


(5) (4) (3) (2) (1) (i-ii)

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2.66525054512344.6

Age (Millions d’années)(Milliards d’années)

0

PrésentFormation de la Terre

(A) C

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Les grands climats sur Terre, depuis sa formation, selon une échelle temporelle logarithmique (! Zoom sur les temps récents !). Maréchal et Sommier (in prep)

Eres glaciaires : 15% du temps cumulé

(5) La glaciation oligocène-… (Cénozoïque) : depuis 35 Ma BP actuelle

(i) Cycles « glaciaires-interglaciaires » fin Pliocène-Holocène : depuis ≈ 3 Ma BP

Évolution de la température océanique profonde depuis 65 MaBeerling et Royer (2011)

De 50 Ma BP à l’actuel : T ≈ −12°C

T 12°C


Image d’éléments détritiques grossiers (grains de quartz) ou IRD (Ice Rafted Debris)

Formation des IRD dans les sédiments océaniques.

Apparition d’une calotte de glace en Antarctique de l’Est il y a 35 Ma

Développement de la calotte de glace en Antarctique de l’Ouest il y a 15 Ma


Évolution du signal isotopique 18O des tests de foraminifères benthiques depuis 65 MaZachos et al. (2001) – Billups et al. (2002), Bohaty et Zachos (2003), Lear et al. (2004)

≈ 35 Ma

Refroidissement progressif depuis ≈ 50 Ma

ponctué par 3 phases d’accélération du refroidissement :

≈ 15 Ma ≈ 3 Ma


- Début du refroidissement


Surrection de l’Himalaya (collision Inde-Asie il y a 50 Ma)

Diminution de l’expansion océanique ?

Évolution de la géographie

- Il y a 35 Ma

Englacement

Quelles sont les origines du refroidissement global ?

Fin Jurassique ≈ −150 Ma

Fin Crétacé ≈ −90 Ma

(i) passage en position polaire

Région la plus froide de la planète

(ii) puis isolement des autres continents

Début Paléocène ≈ −65 Ma

Quaternaire ≈ −2 Ma

→ Isolement thermique du continent

- l’Antarctique


Édification progressive d’une calotte de glace = blanc = réfléchit une partie de l’énergie solaire = + refroidissement sur Terre

- Il y a 3 Ma

Englacement se poursuit …

Une fois la calotte antarctique construite, où d’autres calottes peuvent-elles se développer ?

Répartition des masses continentales sur Terre.



L’épopée des enregistrements glaciaires

L’Antarctique (gauche) et le Groenland (droite) avec les stations scientifiques.


Coupe des forages de Vostok 3G à 5G (du troisième au cinquième forage), avec leurs dérivations suite aux carottiers coincés.


Station de Vostok.

Variation des compositions isotopiques de l’hydrogène et de l’oxygène dans la glace en fonction de la température locale en Antarctique et au Groënland.

- Les signaux isotopiques 18O et D de la glace


Température antarctique

→ Thermomètre isotopique


Évolution du D de la glace sur près de 800 000 ans grâce au forage EPICA au centre de l’Antarctique (Dôme C), en parallèle avec celle des 18O des foraminifères benthiques. Jouvel et al. (2007)

La T°N jusqu‘à 80 moyenne à Dôme C lors du dernier stade glaciaire il y a 23 000 ans était de ≈ 10°N jusqu‘à 80C plus basse qu’actuellement

Temps

Variations de température antarctique double température moyenne globale

Extension des calottes glaciaires et de la banquise actuellement et au Dernier Maximum Glaciaire il y a 23 000 ans. Le niveau marin était alors 120 mètres plus bas que l’actuel.

Interglaciaire actuel Dernier Maximum Glaciaire


Entre périodes glaciaires et périodes interglaciaires, la variation de température moyenne globale est de ≈ 5°N jusqu‘à 80C

(sur les derniers 600 000 ans)

Une cinquantaine d’oscillations a eu lieu depuis 3 millions d’années

Neige récente

Piégeage de l’air récent

NévéL’air se diffuse entre les pores

Glace vieille de plusieurs centaines d’années (Groenland) à quelques milliers d’années (Antarctique)

0 m

10-25 m

Profondeur

100 m

- Les bulles d’air fossile dans la glace


Schéma de transformation de la neige en glace dans un glacier ou une calotte glaciaire.

Composition de l’air

Échantillons de glace À droite : glace antarctique prélevée à une centaine de mètres de profondeur



Lame de glace de 2 millimètres d'épaisseur en lumière polarisée, avec des bulles d'air piégées dans la glace.

Évolution du CO2 atmosphérique et de la température en Antarctique (reconstruite à partir des enregistrements D de la glace) sur les derniers 800 000 ans au forage EPICA au centre de l’Antarctique (Dôme C) et à Vostok. Données de Lüthi et al. (2008) et Jouzel et al. (2007)


Évolution du dioxyde de carbone CO2, du méthane CH4 et de l‘oxyde nitreux N2O

sur près de 800 000 ans grâce au forage EPICA au centre de l’Antarctique (Dôme C). Étoiles : valeurs ≈ actuelles. Jouzel et al. (2007)


→ Concentration des gaz à effet de serre


- De la calotte aux icebergs …



Instabilité des calottes marines, liée à la topographie du socle

Topographie de l’Antarctique. Fretwell et al. 2013

Pourquoi cela peut s’emballer …

À creuser !!

Le bloc de glace géant ne s'est pas encore complètement détaché de Larsen C, mais pourrait offrir un spectacle aussi désolant que celui de cet immense iceberg (64 km par 17 km, 1100 km2) qui s'était détaché en octobre 1999 de l’Antarctique, ici aperçu dérivant au sud du Cap Horn. Crédits : Reuters

Le démantèlement des grandes plateformes de glace (« arc-boutants ») déjà à l’œuvre


Déstabilisation de la calotte antarctique

Larsen C : aperçu aérien de la brèche datant du

10 novembre 2016. NASA


EM GMSL without TOPEX A drift correction (black curve), sum of EM components (red curve), and individual EM components over January 1993 to December 2015.

Shaded areas represent one standard error. Dieng et al. (2017)

= Expansion thermique


Quel est le rôle de l’Antarctique ?

Montée du niveau marin (2016) :

60-70% fonte des glaces

30-40% dilatation thermique des océans

(dont Antarctique 6%)


Contribution de l’Antarctique à l’élévation du niveau marin. Deconto et al., 2016.

- Les prévisions d’évolution future du niveau marin

Schéma montrant les différentes constantes de temps des réponses du système Terre à l’émission de gaz à effet de serre dans l’atmosphère.


Et après l’horizon 2100 ?

Le niveau de la mer continue à augmenter bien après la réduction des émissions de gaz à effet de serre…


Connaissez vous sur Terre un lac qui soit en pente … ?

Le lac sous-glaciaire de Vostok.


… les formations de yukimarimo ?

Yukimarimo proches de la base Concordia. Ces formations se rencontrent en Antarctique uniquement.

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