Fiche de révision : Climats du Quaternaire et du Phanérozoïque

📋 Plan du Cours

1. Notions et indices des paléoclimats
2. Cycles climatiques du Quaternaire
3. Causes et rétroactions climatiques
4. Climats du Phanérozoïque
5. Paléogéographie et climat
6. Tectonique et bilan du CO₂
7. Ginkgo comme indicateur climatique
8. Indices du climat éémien

📖 1. Notions et indices des paléoclimats

🔑 Notions clés & Définitions

• Climatologie : Étude des températures et des différences de pression atmosphérique sur une longue période, d’au moins 30 ans.
• Albédo : Capacité d’un sol à réfléchir les rayons du Soleil ; plus le sol est clair, plus son albédo est élevé.
• Actualisme : Consiste à attribuer à un mécanisme passé les effets observés aujourd’hui lorsque ces effets sont similaires.
• Palynologie : Étude des pollens anciens afin d’identifier les espèces végétales et d’en déduire les climats régionaux passés.
• δ¹⁸O : Indicateur de la proportion de l’isotope oxygène 18 par rapport à l’oxygène 16, qui renseigne sur les températures et le climat passé.
• Quaternaire : Dernière période de l’histoire de la Terre, commencée il y a 2,58 millions d’années et marquée par le développement du genre Homo, apparu auparavant ; il appartient à l’ère cénozoïque.
• Effet de serre : Capacité de l’atmosphère à retenir une partie du rayonnement infrarouge (IR) émis par la surface terrestre.
• Diagramme pollinique : Représentation du pourcentage des espèces de pollens retrouvées en fonction du temps.
• Foraminifère : Organisme microscopique unicellulaire qui vit à la surface de l’eau de mer et fabrique une coquille appelée test à partir de cette eau.
• Bloc erratique : Gros bloc rocheux transporté par un glacier.

📝 Points essentiels

• Le δ¹⁸O est mesuré dans les carottes de glace et dans les tests calcaires fossiles des foraminifères, constitués de CaCO₃.

• Un glacier racle le support rocheux en se déplaçant, puis, lorsqu’il fond, les débris accumulés forment une moraine.

• Une vallée en U est caractéristique du déplacement d’un glacier.

📖 2. Cycles climatiques du Quaternaire

★ À maîtriser

• Le cycle climatique du dernier million d’années dure environ 100 000 ans et alterne une période glaciaire d’environ 80 000 ans et une période interglaciaire d’environ 20 000 ans.

• Depuis 2000, l’augmentation brutale du CO₂ atmosphérique est associée à une hausse de l’effet de serre et à un réchauffement climatique, principalement en lien avec l’augmentation de l’utilisation des énergies fossiles.

• Le réchauffement climatique récent présenté est 10 fois plus rapide que la valeur de comparaison.

Compléments

• Les mesures de Vostok, du dôme D et du dôme C montrent une variation cyclique des indicateurs climatiques, notamment du δD (δ²H), du CO₂ et du δ¹⁸O.

📐 Formule - Le taux de réchauffement calculé entre 1850 et 2019 est $N = \frac{0{,}8 - (-0{,}4)}{2019 - 1850} = \frac{1{,}2}{169} = 0{,}007\ \text{°C/an} = 7 \cdot 10^{-3}\ \text{°C/an}$, contre $6 \cdot 10^{-4}\ \text{°C/an}$ pour la valeur de comparaison.

💡 Astuce mémo

Glaciaire (≈ 80 000 ans) → interglaciaire (≈ 20 000 ans) → nouveau cycle

📖 3. Causes et rétroactions climatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Rétroaction : Réponse en retour d’un système à la modification d’un paramètre.
• Excentricité : Variation de l’orbite terrestre, qui passe d’une forme circulaire à une forme elliptique ; une orbite plus elliptique augmente le contraste climatique.
• Obliquité : Variation de l’angle de l’axe de rotation terrestre autour de 23° ; une obliquité plus élevée augmente le contraste climatique.
• Précession : Variation de la position des équinoxes et des solstices ; une position plus proche de l’aphélie augmente le contraste climatique.

★ À maîtriser

• Les cycles de Milankovitch comprennent :
  • l’excentricité
  • l’obliquité
  • la précession

📌 Une rétroaction positive amplifie le phénomène initial, tandis qu’une rétroaction négative l’atténue.

Compléments

• Les rétroactions climatiques peuvent intervenir par la cryosphère et l’albédo, la biosphère et la photosynthèse, ou l’hydrosphère et la solubilisation du CO₂.

• Une hausse de température réduit la calotte polaire, diminue l’albédo et entraîne une nouvelle hausse de température, formant une rétroaction positive.

• Une hausse de la photosynthèse diminue le CO₂ atmosphérique, réduit l’effet de serre et fait baisser la température, formant une rétroaction négative.

📖 4. Climats du Phanérozoïque

🔑 Notions clés & Définitions

• Indice stomatique : Rapport, exprimé en pourcentage, entre le nombre de stomates et le nombre total de cellules épidermiques d’une surface foliaire donnée.

★ À maîtriser

• Au cours du Cénozoïque, la hausse des valeurs de δ¹⁸O des tests de foraminifères et de l’indice stomatique des feuilles fossiles indique une tendance globale au refroidissement associée à une baisse du CO₂ atmosphérique.

• Les tillites et les dropstones caractérisent la présence d’un glacier et donc un climat froid.

• Le Permo-Carbonifère, de −320 à −280 Ma, correspond à une période froide avec glaciation, tandis que le Crétacé supérieur, de −100 à −65 Ma, correspond à une période chaude sans glaciation.

Compléments

• Des calottes polaires, notamment en Antarctique, se sont formées au cours du Cénozoïque.

• Les évaporites, comme l’halite et le gypse, caractérisent un climat aride.

• Les latérites, formées par de fortes précipitations sous une forte chaleur, caractérisent un climat équatorial ou tropical.

• La composition des fossiles et la répartition des indices géologiques, confrontées à la paléogéographie, permettent de reconstituer les paléoclimats à l’échelle globale.

💡 Astuce mémo

Crétacé chaud sans glaciation, Permo-Carbonifère froid avec glaciation

📖 5. Paléogéographie et climat

🔑 Notions clés & Définitions

• Orogenèse : Mécanisme de formation d’une chaîne de montagnes lors de mouvements tectoniques de convergence.

★ À maîtriser

• La disposition des continents et des reliefs modifie le climat en agissant sur la circulation océanique, qui régule les températures de surface, et sur la présence de calottes polaires.

📌 Un continent situé en position polaire favorise la formation d’une calotte glaciaire, dont l’effet est amplifié par l’albédo.

• Dans les environnements côtiers peu profonds situés en zone équatoriale, le phytoplancton et les végétaux transforment le CO₂ en matière organique, qui est piégée dans les sédiments ; la teneur atmosphérique en CO₂ et l’effet de serre diminuent, ce qui favorise une baisse des températures globales.

Compléments

• Au Cénozoïque, la mise en place du courant circumpolaire a maintenu des eaux froides au pôle Sud et amplifié le phénomène de calotte glaciaire.

💡 Astuce mémo

Continent au pôle → calotte glaciaire ; albédo renforcé → refroidissement.

📖 6. Tectonique et bilan du CO₂

★ À maîtriser

• En zone de convergence, l’érosion des chaînes de montagnes consomme du CO₂ atmosphérique ; lors des grandes orogenèses, la diminution de l’effet de serre favorise l’installation d’un climat plus froid.

• En zone de divergence, le volcanisme des dorsales océaniques libère du CO₂ dans l’atmosphère, augmente l’effet de serre et favorise un climat plus chaud.

Compléments

• L’orogenèse hercynienne, notamment dans le Massif central, est associée à un refroidissement climatique.

• L’ouverture de l’océan Atlantique est associée à un réchauffement climatique.

💡 Astuce mémo

Convergence : érosion consommatrice de CO₂ ; divergence : volcanisme émetteur de CO₂.

📖 7. Ginkgo comme indicateur climatique

🔑 Notions clés & Définitions

• Indice stomatique : L’indice stomatique est le nombre de stomates multiplié par 100 et divisé par le nombre de cellules épidermiques sur une surface donnée.

★ À maîtriser

• Chez de nombreuses espèces végétales, le nombre de stomates est corrélé à la concentration atmosphérique en CO₂.

• L’indice stomatique indiqué pour les feuilles fossiles du Crétacé est de 6,5 %, et la concentration atmosphérique en CO₂ correspondante est de 780 à 800 ppm.

• Pour les feuilles actuelles du tableau de résultats, l’indice stomatique est de 7,5 % et la concentration atmosphérique en CO₂ correspondante est de 400 à 460 ppm.

Compléments

• Pour estimer la concentration atmosphérique en CO₂ à partir de feuilles de Ginkgo, on réalise une empreinte de la face inférieure d’une feuille actuelle, on capture l’observation, on compte les stomates et les cellules épidermiques avec Mesurim, puis on calcule l’indice stomatique.

• Le Ginkgo biloba est apparu il y a 270 Ma et ses feuilles fossilisées sont retrouvées dans des roches du Mésozoïque ou du Cénozoïque.

• Entre le Crétacé et l’actuel, les données de l’indice stomatique indiquent une diminution de la concentration atmosphérique en CO₂, tandis que la conclusion fournie associe cette évolution à un refroidissement climatique.

• Entre le Pliocène et aujourd’hui, un réchauffement est indiqué, ce qui montre que l’évolution du climat n’est pas constante.

📖 8. Indices du climat éémien

🔑 Notions clés & Définitions

• Climatogramme : Classification d’animaux selon leur affinité climatique et écologique, représentée en pourcentage selon un ordre allant des environnements froids aux environnements tempérés.

📝 Points essentiels

• L’Éémien est une période géologique datant de −130 000 à −120 000 ans.

• L’extension des glaciers des Alpes durant l’Éémien, entre −130 000 et −120 000 ans, est présentée comme semblable à l’extension actuelle.

• Les climatogrammes distinguent les groupes écologiques suivants :

  • Le groupe arctique
  • Le groupe de montagne
  • Le groupe des espaces découverts en plaine
  • Le groupe forestier à large distribution
  • Le groupe forestier thermophile

• Le δ¹⁸O mesuré dans le carbonate de calcium des coquilles de mollusques marins varie en fonction de la température de l’eau.

📊 Tableaux de synthèse

Indices géologiques et climats associés