Fiche de révision : Climats passés et variations climatiques

📋 Plan du Cours

1. Réchauffement actuel et cycle du carbone
2. Alternances climatiques du Quaternaire
3. Archives et indicateurs paléoclimatiques
4. Cycles orbitaux et rétroactions climatiques
5. Refroidissement global du Cénozoïque
6. Climat chaud du Crétacé
7. Glaciation du Carbonifère-Permien

📖 1. Réchauffement actuel et cycle du carbone

★ À maîtriser

• Le réchauffement climatique actuel correspond à une hausse de la température terrestre d’environ 1 °C en 150 ans.

• Les émissions humaines de gaz à effet de serre, notamment de CO₂, augmentent leur concentration atmosphérique, renforcent l’effet de serre et produisent un forçage radiatif positif.

Compléments

📌 Le stockage du CO₂ hors de l’atmosphère induit un refroidissement global, tandis que sa restitution à l’atmosphère induit un réchauffement global.

💡 Astuce mémo

Émissions de CO₂ → hausse des GES → effet de serre renforcé → réchauffement

📖 2. Alternances climatiques du Quaternaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Quaternaire : Période géologique la plus récente, commencée il y a environ 2,6 Ma.

★ À maîtriser

• L’Holocène a commencé il y a 11 000 ans et constitue une période plutôt chaude, dite interglaciaire.

📌 Au Pléistocène, les périodes glaciaires se caractérisent par une forte extension des glaces continentales, tandis que les périodes interglaciaires correspondent à leur retrait.

Compléments

• Le Quaternaire comprend le Pléistocène et l’Holocène, période actuelle.

• La dernière période glaciaire, le Würm, s’est étendue de 120 000 à 11 000 ans avant le présent.

• Environ huit alternances glaciaire-interglaciaire ont eu lieu au cours des 800 000 dernières années.

💡 Astuce mémo

Glaciaire : extension des glaces ; interglaciaire : retrait

📖 3. Archives et indicateurs paléoclimatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Principe d’actualisme : Principe affirmant que les lois régissant les phénomènes géologiques actuels étaient également valables dans le passé.

★ À maîtriser

• Les thermomètres isotopiques étudient le rapport entre les concentrations d’O18 et d’O16 dans les glaces polaires ou les carbonates de sédiments marins issus de tests calcaires planctoniques.

📌 Dans les glaces polaires, un δO18 élevé indique une période chaude et un δO18 faible une période froide.

📌 Dans les tests carbonatés des organismes marins, le δO18 est opposé à celui des glaces polaires : il est faible en période chaude et fort en période froide.

Compléments

• La palynologie étudie les pollens et utilise le principe d’actualisme pour déduire les conditions écologiques et climatiques anciennes, notamment au moyen de diagrammes polliniques.

• Les foraminifères et les coccolithophoridés forment leur test à partir de l’eau de mer, dont le δO18 est enregistré dans le test.

• Les traces glaciaires comprennent :

  • les moraines
  • les blocs erratiques
  • les vallées en auge
  • les lacs d’origine glaciaire
  • les roches moutonnées
  • les roches striées

• Certaines espèces fossiles indiquent un climat donné selon le principe d’actualisme, et leur représentation dans l’art pariétal apporte des informations sur les paléoclimats.

📖 4. Cycles orbitaux et rétroactions climatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Albédo : Rapport entre l’énergie solaire reçue par un corps et l’énergie qu’il réfléchit ; plus une surface est claire, plus son albédo est fort.
• Excentricité : Degré d’aplatissement plus ou moins prononcé de l’orbite terrestre autour du Soleil.
• Obliquité : Inclinaison plus ou moins grande de l’axe de rotation terrestre.
• Précession des équinoxes : Mouvement de rotation de l’axe terrestre, comparable à celui d’une toupie.

★ À maîtriser

• La diminution des surfaces englacées réduit l’albédo global, augmente l’absorption d’énergie et renforce le réchauffement, ce qui réduit encore les glaces dans une rétroaction positive.

• L’eau froide dissout davantage de CO₂ que l’eau chaude, permettant aux océans froids de contenir davantage de CO₂ diffusé depuis l’atmosphère.

• Quand l’eau se réchauffe, le CO₂ devient moins soluble, sa concentration atmosphérique augmente, l’effet de serre se renforce et la température augmente encore dans une rétroaction positive.

Compléments

• Les alternances glaciaires et interglaciaires du Quaternaire sont cycliques et sont mises en évidence par les mesures de δO18 dans les carottes glaciaires antarctiques et les foraminifères sur les 800 000 dernières années.

• Les cycles d’excentricité ont des périodes de 400 000 ans et de 100 000 ans.

• Le cycle d’obliquité a une période de 41 000 ans.

• Les cycles de précession ont des périodes de 19 000 ans et de 23 000 ans, et font alterner le solstice d’été d’un hémisphère entre une position proche et une position éloignée du Soleil tous les 11 000 ans.

• Les paramètres orbitaux ne font varier l’énergie solaire reçue que de quelques pourcents et les températures de quelques dixièmes de degré Celsius.

• L’albédo et la solubilité du CO₂ amplifient les changements climatiques et contribuent, avec les paramètres orbitaux, aux entrées et sorties de glaciations et aux fluctuations de plusieurs degrés Celsius entre périodes glaciaires et interglaciaires.

📖 5. Refroidissement global du Cénozoïque

★ À maîtriser

• Le Cénozoïque s’étend de 65 Ma à aujourd’hui et connaît une diminution globale des températures.

• L’érosion des chaînes alpines nouvellement formées altère les roches silicatées, ce qui consomme du CO₂ et contribue à la baisse de sa concentration atmosphérique au Cénozoïque.

• La séparation de l’Antarctique et de l’Australie a permis la circulation océanique circumpolaire, qui a isolé l’Antarctique des eaux plus chaudes et accompagné l’apparition de l’inlandsis antarctique vers 30 Ma.

Compléments

• Au cours du Cénozoïque, l’indice stomatique indique une diminution globale de la concentration atmosphérique en CO₂ jusqu’à des valeurs proches ou légèrement inférieures à l’actuelle.

• L’augmentation du δ18O des sédiments au Cénozoïque indique un refroidissement global.

• L’augmentation des surfaces englacées a amplifié le refroidissement cénozoïque par une rétroaction positive liée à l’albédo.

💡 Astuce mémo

Altération des silicates → consommation de CO₂ → refroidissement

📖 6. Climat chaud du Crétacé

★ À maîtriser

• Le Crétacé connaît un climat global chaud, y compris aux pôles.

• La transgression marine du Crétacé a déposé d’immenses formations de craie en milieu chaud et peu profond, notamment dans le Bassin parisien et aux falaises d’Étretat, sur plusieurs centaines de mètres.

• La hausse du niveau marin au Crétacé s’explique par : la dilatation thermique de l’eau, l’absence de glaces continentales, des dorsales mondiales plus rapides, qui relevaient le plancher océanique et réduisaient la capacité des océans

• Au Crétacé, un fort magmatisme lié aux dorsales et aux points chauds a dégazé de grandes quantités de CO₂, augmentant ainsi le CO₂ atmosphérique et l’effet de serre, tandis que l’altération des reliefs issus des orogenèses, alors actives, constituait un puits de CO₂.

Compléments

• Le Mésozoïque s’étend de 245 à 65 Ma et le Crétacé de 135 à 65 Ma.

• Les indices du climat chaud du Crétacé comprennent : des gisements de charbon et de pétrole, l’absence de tillites, des fossiles de climats chauds aux hautes latitudes, des gisements de bauxite formée en climat humide et chaud

• Le δ18O des tests de foraminifères témoigne d’eaux océaniques plus chaudes au Crétacé.

• La craie du Crétacé provient de l’accumulation de fragments d’algues unicellulaires appelées coccolithophoridés.

💡 Astuce mémo

Dégazage de CO₂ → effet de serre accru → températures élevées

📖 7. Glaciation du Carbonifère-Permien

★ À maîtriser

• La période Carbonifère-Permien est marquée par un climat global froid.

• Les tillites du Carbonifère, présentes sur plusieurs continents alors accolés et centrés sur le pôle Sud, témoignent d’une vaste calotte glaciaire continentale.

• L’altération intense des chaînes de montagnes formées par l’orogenèse hercynienne a consommé de grandes quantités de CO₂ et contribué au refroidissement du Carbonifère-Permien.

Compléments

• Le Paléozoïque s’étend de 540 à 245 Ma, et le Carbonifère et le Permien sont deux systèmes consécutifs compris entre 355 et 245 Ma.

• Les roches carbonées des bassins houillers d’Amérique du Nord, d’Europe et d’Asie indiquent des climats équatoriaux chauds et humides ainsi qu’un enfouissement rapide de la végétation morte, qui constitue un puits de carbone.

• L’intense fossilisation de la végétation a diminué le CO₂ atmosphérique en constituant un puits de carbone au Carbonifère-Permien.

• Le positionnement méridional des continents a favorisé la mise en place d’une calotte glaciaire au Carbonifère-Permien.

• La neige et la glace augmentent l’albédo et amplifient le refroidissement.

💡 Astuce mémo

Puits de carbone et continents australs → glaciation