Fiche de révision : Variations climatiques du passé

📋 Plan du Cours

1. Glaciation du Carbonifère-Permien
2. Indices du réchauffement crétacé
3. Causes du réchauffement crétacé
4. Refroidissement global du Cénozoïque
5. Les indices des alternances quaternaires
6. Les causes des alternances climatiques
7. Le réchauffement climatique actuel

📖 1. Glaciation du Carbonifère-Permien

🔑 Notions clés & Définitions

• Tillites : Roches formées de débris glaciaires entourés d’argile et indiquant la présence de glaciers.
• Roches carbonées : Roches issues de végétaux rapidement enfouis avant leur décomposition et indiquant des climats chauds et humides.
• Bassin houiller : Formation géologique où des végétaux ensevelis par des sédiments, protégés de la décomposition, sont devenus des roches carbonées.
• Actualisme : Principe selon lequel les phénomènes qui se sont déroulés dans le passé s’exercent encore de nos jours.
• Effet de serre : Processus par lequel les gaz à effet de serre absorbent le rayonnement infrarouge émis par la surface terrestre, réchauffent l’atmosphère et renvoient une partie de cette énergie vers le sol.

★ À maîtriser

• La glaciation du Carbonifère-Permien s’étend de -320 à -270 millions d’années, à la fin du Paléozoïque.

• La fossilisation rapide de végétaux empêche leur décomposition et le retour du carbone dans l’atmosphère, stocke le carbone en profondeur et abaisse la concentration atmosphérique de CO₂.

• L’altération de minéraux par l’eau consomme du CO₂, libère des ions qui sont transportés vers les océans, puis la précipitation de carbonates en libère une partie, mais l’altération en consomme davantage qu’elle n’en libère.

• La neige et la glace ont respectivement des albédos de 0,8 et 0,6, ce qui réfléchit l’énergie solaire et amplifie le refroidissement.

• Au Carbonifère-Permien, les continents portant des roches carbonées étaient situés à l’équateur et ceux portant des tillites au pôle Sud, où leur position favorisait une calotte glaciaire.

Compléments

• Les roches carbonées sont principalement réparties en Amérique du Nord, en Europe et en Asie, tandis que des tillites sont présentes en Afrique du Sud, en Amérique du Sud, en Inde et en Australie.

• L’abondance de fossiles végétaux indique que des forêts tropicales denses existaient durant cette période, et les végétaux constituent des puits de carbone.

• La chaîne hercynienne se trouve aujourd’hui dans les régions suivantes :

  • Amérique du Nord
  • Europe
  • Afrique du Nord
  • Asie

📐 Formule - L’altération d’un feldspath calcique consomme 2 CO₂ : $\mathrm{CaAl_2Si_2O_8 + 3H_2O + 2CO_2 \rightarrow 2HCO_3^- + Ca^{2+} + Al_2Si_2O_5(OH)_4}$.

📐 Formule - L’altération d’un pyroxène calcique consomme 2 CO₂ : $\mathrm{CaSiO_3 + H_2O + 2CO_2 \rightarrow SiO_2 + Ca^{2+} + 2HCO_3^-}$.

📐 Formule - La précipitation de carbonate de calcium libère du CO₂ : $\mathrm{2HCO_3^- + Ca^{2+} \rightarrow CaCO_3 + CO_2 + H_2O}$.

💡 Astuce mémo

Enfouissement du carbone et altération des roches → baisse du CO₂ → refroidissement.

📖 2. Indices du réchauffement crétacé

★ À maîtriser

• Le Crétacé, dernière période du Mésozoïque, est marqué par un réchauffement climatique et par une activité tectonique importante.

• Des fossiles d’arbres à pain, typiques des climats tropicaux, ont été trouvés en Alaska et des fossiles de dinosaures ont été retrouvés en Sibérie.

Compléments

• Les dépôts de craie du Crétacé se sont formés sur des plateaux continentaux recouverts par la mer et sont constitués majoritairement de tests calcaires d’algues microscopiques.

• Le Crétacé comporte de grands épanchements volcaniques sous-marins et d’immenses empilements continentaux de lave, notamment les Trapps du Deccan en Inde, dont la hauteur atteint localement 2 400 mètres.

📖 3. Causes du réchauffement crétacé

★ À maîtriser

• L’activité intense des dorsales océaniques et le volcanisme continental témoignent d’une activité interne terrestre qui émet de grandes quantités de vapeur d’eau et de CO₂, renforçant l’effet de serre et augmentant la température globale.

• Lors de la formation des dépôts calcaires, des micro-organismes utilisent les ions Ca²⁺ et HCO₃⁻ pour produire des tests calcaires, et la précipitation des carbonates libère du CO₂ dans l’atmosphère.

Compléments

• L’importance des dépôts de craie du Crétacé témoigne d’une forte production et libération de CO₂, contribuant à l’augmentation de sa concentration atmosphérique et au réchauffement.

• Aucune calotte polaire n’existait au Crétacé.

💡 Astuce mémo

Volcanisme et formation des carbonates → émissions de CO₂ → réchauffement.

📖 4. Refroidissement global du Cénozoïque

🔑 Notions clés & Définitions

• δ¹⁸O : Indicateur géochimique qui quantifie la quantité d’isotope ¹⁸O par rapport à l’isotope ¹⁶O dans un échantillon.

★ À maîtriser

• Au Cénozoïque, la température globale diminue, et l’érosion ainsi que la modification de la circulation océanique liée au déplacement des continents sont présentées comme des facteurs de ce refroidissement.

• Dans les glaces, un δ¹⁸O élevé indique un climat plus chaud, car l’évaporation intense laisse davantage de ¹⁸O dans les précipitations.

• Dans les sédiments océaniques, un δ¹⁸O élevé indique un climat plus froid, car moins de ¹⁸O précipite au fond des océans lorsque le climat est chaud.

• Au Cénozoïque, l’augmentation régulière du δ¹⁸O des sédiments indique un refroidissement global.

Compléments

• Les indices géochimiques des sédiments, notamment le δ¹⁸O, indiquent un refroidissement global de la planète au Cénozoïque.

💡 Astuce mémo

Dans la glace, δ¹⁸O élevé indique le chaud ; dans les sédiments, il indique le froid.

📖 5. Les indices des alternances quaternaires

★ À maîtriser

• Durant les derniers 800 000 ans, les rapports isotopiques de l’oxygène dans les glaces et les sédiments révèlent une alternance de périodes glaciaires et interglaciaires.

• Dans les sédiments, une hausse des rapports isotopiques de l’oxygène indique un refroidissement, tandis qu’une baisse indique un réchauffement.

Compléments

• Les périodes de refroidissement quaternaires durent plus longtemps que les périodes de réchauffement, et les températures interglaciaires se rapprochent des températures actuelles.

• Les pollens conservés dans les sédiments renseignent sur le climat des 100 000 dernières années ; les pollens de conifères indiquent une zone froide et ceux de feuillus une zone tempérée.

• À la grotte du Lazaret, la disparition des animaux arctiques et l’augmentation des animaux forestiers entre 130 000 et 120 000 ans indiquent un réchauffement climatique.

📖 6. Les causes des alternances climatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycles de Milankovitch : Variations cycliques de l’excentricité, de l’obliquité et de la précession, qui influent sur l’énergie solaire reçue par la Terre.

★ À maîtriser

• Les rétroactions positives, notamment celles liées à l’albédo et à la solubilité du CO₂ dans les océans, amplifient les variations climatiques et contribuent aux entrées et sorties de glaciation, tandis que les rétroactions négatives atténuent ces variations.

Compléments

• L’excentricité décrit la forme de l’orbite terrestre et suit une périodicité de 100 000 ans.

• L’obliquité est l’inclinaison de l’axe de rotation terrestre ; elle varie entre 22,1° et 24,5° avec une périodicité de 41 000 ans.

• La précession est le mouvement de l’axe de rotation terrestre, qui décrit un cercle en 23 000 ans.

• La fonte des glaces agit à court terme sur les rétroactions climatiques, tandis que les océans agissent à long terme en emmagasinant beaucoup d’énergie.

💡 Astuce mémo

Paramètres orbitaux → énergie solaire reçue → rétroactions → alternances glaciaires.

📖 7. Le réchauffement climatique actuel

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle du carbone : Ensemble des échanges de carbone entre l’atmosphère, l’hydrosphère, la biosphère et la géosphère.

★ À maîtriser

• En 150 ans, la température moyenne globale a augmenté de 1 °C.

• La réduction de la banquise et des glaciers, la hausse du niveau marin de 10 à 12 cm depuis 1900 et l’avancement des dates de vendanges sont des indices du réchauffement actuel.

• Les combustions d’énergies fossiles, la déforestation et l’agriculture augmentent la concentration atmosphérique de gaz à effet de serre et renforcent l’effet de serre.

Compléments

• L’extension vers le nord des territoires colonisés par les moustiques tigres témoigne de la progression de milieux favorables aux espèces de climats chauds.

• Avant 1900, le taux de CO₂ atmosphérique était stable, puis il a fortement et rapidement augmenté depuis environ un siècle, en même temps que la révolution industrielle.

• Durant la décennie 2000, les émissions de CO₂ liées aux combustions d’énergies fossiles étaient estimées à 7,8 Gt.

• Le méthane (CH₄), notamment libéré par les élevages de ruminants, est un gaz à effet de serre contenant du carbone qui perturbe le cycle du carbone.

💡 Astuce mémo

Émissions anthropiques de GES → effet de serre renforcé → hausse des températures.