Fiche de révision : Les méthodes d'observation du climat passé

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 $2\ \text{millions}$ 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 $3\degree\,\text{C}$, tous les $100\ 000$ à $400\ 000$ 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 $\text{CO}_2$ et $\text{CH}_4$ 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 $16$ de l'oxygène qui est le plus répandu : le rapport $\text{H}_2^{18}\text{O}/\text{H}_2^{16}\text{O}$ dans l'eau est de l'ordre de $1/500$.
• Un refroidissement a deux conséquences au niveau des rapports isotopiques :
• la diminution du $\delta^{18}\text{O}$ des glaces ;
• l’augmentation du $\delta^{18}\text{O}$ des sédiments.
• On peut donc en déduire qu’une glace pauvre en $^{18}\text{O}$ provient d’une période de climat froid et inversement.