Aire 4 Aller plus loin -Travaux Diriges

Note : Ce TD comprend 5-6 documents, dont les légendes sont en annexe 1 de l’énoncé ci-dessous.

L’objectif de ce TD est de vous familiariser avec certains outils utilisés pour l’étude des variations climatiques passées. Il est basé sur une étude de document, et nécessite la connaissance du cours associé à ce thème.

Question 1 :

A partir du document 1 représentant les variations du rapport isotopique du deutérium dD dans les glaces du Groenland et d’Antarctique, établissez les relations entre le dD et la température pour ces deux régions.

Document 1

Question 2 :

A partir du document 2 représentant l’évolution de paramètres climatiques depuis 800 000 ans en Antarctique, calculez les variations de températures marquant les grandes transitions climatiques (numérotées). Quelles sont les caractéristiques communes de ces variations climatiques ?

Document 2

Question 3 :

Déterminez la variation de la température moyenne de l’air au site Dôme C entre aujourd’hui et il y a 20 000 ans.

Comment se nomme cette période ?

Question 4 :

Pourquoi l’insolation d’été à 65 N est elle utilisée comme référence ?

Question 5 :

Comment expliquez vous les variations des 2 courbes du document 3 ? Utilisez le document 4 pour appuyer votre raisonnement.

Document 3

Document 4

Datation d'une série marine :

Définition des cycles glaciaires-interglaciaires :

Des restes de moraines, des fossiles typiques des milieux froids, ont montré que la Terre a connu récemment des périodes plus froides, caractérisées par de grandes calottes de glace occupant la partie nord des continents américain et européen. Le stockage d'eau dans ces calottes a fait baisser le niveau de la mer. De plus, comme les précipitations formant ces calottes étaient appauvries en oxygène 18 par rapport à l'oxygène 16, ce stockage a aussi enrichi l'océan en oxygène 18 par rapport à l'oxygène 16. (document 4)

Cet enrichissement a été enregistré dans les carbonates marins, sédimentés au fond des océans et ramenés à la surface à l'aide de carottiers. La composition isotopique de ces carbonates varie aussi, lors de leur formation, avec la température : un réchauffement les appauvrit en oxygène 18 par rapport à l'oxygène 16, selon une relation approximative de 4°C pour 1‰ δ¹⁸O. La composition isotopique des carbonates permet donc de reconstruire les variations de température et de composition isotopique de l'océan.

Question 6 :

Décrire les variations observées dans les 3 enregistrements du document 5 depuis le sommet des carottes. Peut-on trouver des formes communes aux trois séries ? Si de telles formes existent, comment peut-on expliquer qu'elles n'apparaissent pas aux mêmes profondeurs dans les trois carottes ?

Question 7 :

Estimer le rapport entre les taux d'accumulation des trois carottes.

Question 8 :

Comment peut-on interpréter les variations du δ¹⁸O ? A quoi correspondent les maxima et minima ? Peut-on estimer les variations de températures associées ?

Dans les années 60, les scientifiques ont comparé des centaines de carottes issues de tous les océans et ont montré que les variations du document 5 sont globales.

Document 5

Question 9:

Comment prouver que les variations des séries du document 5 sont bien les mêmes d’une série à l’autre ?

Forçage astronomique et stabilité climatique (M. Roy-Barman et C. Jeandel)

Les isotopes de l’hydrogène mesurés sur les carottes de glace antarctiques montrent que depuis 10 000 ans , la Terre a connu une période interglaciaire au cours de laquelle le climat a été particulièrement stable par rapport aux interglaciaires précédents (document 2). Cela est dû à la faible excentricité de l’orbite terrestre qui entraine un faible forçage climatique par la précession des équinoxes.

Question 10 :

Selon vous, à quelle période doit-on retrouver un interglaciaire aussi stable ?

Le document 6 compare le dD des glaces antarctiques depuis 23 000 ans et entre 390 000 et 430 000 ans.

Document 6

Question 11 :

Pourquoi a-t-on choisi de comparer ces deux périodes ?

Question 12 :

Que peut on en déduire sur les perspectives de stabilité du climat dans le futur en supposant que l’on arrive à maîtriser les perturbations anthropiques ?

Annexe 1 : légendes des documents

Document 1 :

Evolution du d¹⁸O dans la neige du Groenland et du dD dans la neige de terre Adélie en focntion de la température. (Modifié d’après Jouzel et al 1997, extrait de M.Roy Barman et C. Jeandel 2011)

Document 2 :

Evolution des paramètres climatiques depuis 800 000 ans.

Courbe a : insolation en été à 65°N

Courbe b : dD analysé dans la glace du forage EPICA au site Dôme C en Antarctique

Courbe c : concentration en CO2 dans les bulles d’air piégées dans les glaces antarctiques.

Courbe e : Concentration en CH4 dans les bulles d’air piégées dans les glaces antarctiques.

Courbe f : flux de fer apporté par les poussières atmosphériques dans les glaces antarctiques

(Modifié d’après Barbante et Ficher 2010, extrait de M.Roy Barman et C. Jeandel 2011)

Document 3 :

Evolution du signal isotopique de l’oxygène (d¹⁸O ) de l’océan (courbe bleue) et du d¹⁸O des glaces de l’Antarctiques au cours des derniers 450 000 ans (courbe rouge).

Document 4 :

Schéma illustrant les mécanismes de fractionnement des isotopes de l’oxygene aux périodes glaciaire et interglaciaire.

Document 5 :

Séries temporelles : enregistrement des variations du d¹⁸O des foraminifères benthiques sur 2 sites pacifiques (ODP 677 et RC 13-110) et un site atlantique (RC 13-229) en fonction de la profondeur des carottes.

Document 6 :

dD analysé dans la glace du forage EPICA au site Dôme C en Antarctique durant deux interglaciaires.

Ligne pointillée : depuis 23 000 ans.

Ligne continue :entre 390 000 et 430 000 ans

(Modifié d’après Augustin 2004, extrait de M.Roy Barman et C. Jeandel 2011)