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Les méthodes d'observation du climat passé

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Grandes ères climatiques de la Terre

  • À l’échelle des temps géologiques, le climat varie entre ères froides, dites « glaciaires » et ères chaudes sans calotte glaciaire.
  • Sur l’iconographie du cours, on note la succession de cinq ères glaciaires (dont la glaciation actuelle).
  • Depuis près de 2 millions2\ \text{millions} d’années, nous vivons dans l’ère quaternaire, caractérisée par une alternance de périodes glaciaires interglaciaires.
  • Au cours du Paléocène et de l’Éocène notre planète a connu des épisodes hyperthermiques, caractérisés par une augmentation de température de 3°C3\degree\,\text{C}, tous les 100 000100\ 000 à 400 000400\ 000 ans.
  • Grâce aux sédiments prélevés le long des côtes, on pense que ces épisodes furent provoqués par les changements d'inclinaison de l'axe de la Terre.
  • Le Quaternaire est caractérisé par des cycles climatiques rapides et de grandes amplitudes liés aux paramètres de Milankovitch.
  • Ces cycles sont associés à une variation du volume des glaces polaires et donc à une variation du niveau de la mer.
  • Pour reconstituer le climat du passé, il faut étudier les paramètres climatiques (températures, mouvements des fluide) à partir de plusieurs indices, notamment les fossiles, afin de savoir comment la chaleur était transportée.
  • On appelle la science qui permet de reconstituer les conditions climatiques passées et leur évolution la paléoclimatologie.

Paléoclimatologie

  • Plusieurs méthodes d’analyse des indicateurs paléoclimatiques permettent de reconstituer les paléoenvironnements des périodes géologiques.
  • Les études de carottes de glace par les glaciologues fournissent des informations en ce sens.
  • Au cours de leur formation, les glaces emprisonnent des bulles d’air, des sédiments, des roches et certaines substances radioactives.
  • Toutes ces particules, conservées intactes dans la glace, reflètent les caractéristiques atmosphériques et environnementales de la période à laquelle elles ont été piégées.
  • La glace des pôles est une archive des climats passés de notre planète.
  • Les fossiles trouvés dans les sédiments contiennent des pollens.
  • Ainsi, il est possible de reconstituer le spectre pollinique d’un biome par le dénombrement et l’identification des traces de pollen retrouvées dans une carotte.
  • Cette caractérisation permet d’identifier une population végétale et donc son environnement climatique.
  • On peut aussi suivre la distribution spatiale des espèces animales en milieux marins et continentaux (moins précis que la paléopalynologie).
  • Enfin, l’étude des roches sédimentaires d’une zone donnée est intéressante : certains minéraux ne se forment que dans des conditions de température bien particulières.
  • Grâce aux moraines, on peut étudier l’avancée ou le recul des glaciers au cours du temps.
  • Lorsqu’une carotte glaciaire est prélevée, plusieurs éléments sont analysés :
  • les stries annuelles ;
  • les bulles d’air piégées par la glace qui révèlent la teneur en CO2\text{CO}2 et CH4\text{CH}4 de l’atmosphère au moment du dépôt ;
  • et les rapports isotopiques de l’oxygène et de l’hydrogène qui varient en fonction de la température atmosphérique.
  • L'eau est constituée essentiellement à partir de l'isotope 1616 de l'oxygène qui est le plus répandu : le rapport H218O/H216O\text{H}2^{18}\text{O}/\text{H}2^{16}\text{O} dans l'eau est de l'ordre de 1/5001/500.
  • Un refroidissement a deux conséquences au niveau des rapports isotopiques :
  • la diminution du δ18O\delta^{18}\text{O} des glaces ;
  • l’augmentation du δ18O\delta^{18}\text{O} des sédiments.
  • On peut donc en déduire qu’une glace pauvre en 18O^{18}\text{O} provient d’une période de climat froid et inversement.