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La paléoclimatologie est la science qui étudie les climats passés et leurs variations Elle tente d établir les condition
Paléoclimat
La paléoclimatologie est la science qui étudie les climats passés et leurs variations. Elle tente d'établir les conditions environnementales caractéristiques de chaque période géoclimatique, notamment en termes de paléotempératures de l'atmosphère, des océans et des continents.
Cet article ne cite pas suffisamment ses sources ().
| Partie de | |
|---|---|
| Pratiqué par | Paléoclimatologue (d) |
| Objet | Paléoclimat (d) |
Ces reconstitutions des variations climatiques passées, et éventuellement de leurs causes, apportent des données (en partie empiriques) sur l'évolution du climat actuel et futur.
Historiographie
Louis Agassiz en 1837 est le premier à émettre l'hypothèse d'une grande glaciation. Sa théorie est dite mono-glacialiste car elle affirmait qu'une seule glaciation avait eu lieu à la surface de la terre. Ses observations se basaient sur le déplacement de grands blocs erratiques loin de leurs substrats initiaux, sous l'action de la glace.
Albrecht Penck et Edouard Brückner, de 1901 à 1909, ont infirmé l'hypothèse mono-glacialiste pour émettre une hypothèse pluri-glacialiste. Ils décrivent et nomment les grandes glaciations alpines d'après les affluents du Danube, soit Günz, Mindel, Riss et Würm. Si elle a longtemps été employée comme référence pour l'hémisphère nord, il est désormais admis que cette classification n'est valable qu'à l'échelle régionale de l'arc alpin. Le développement des méthodes de datation basées sur la radioactivité et celui de la stratigraphie a permis de prouver scientifiquement que plusieurs glaciations s'étaient succédé au Pléistocène.
L'astrophysicien Milutin Milanković va pousser plus loin les théories sur les glaciations en publiant sa théorie astronomique des paléoclimats, qui ne sera admise qu'en 1976. Cette théorie affirme que les grandes glaciations sont enclenchées par des paramètres orbitaux et que la quantité de flux solaire qui frappe l'hémisphère nord est déterminante dans le développement d'inlandsis. La validité de sa théorie a été prouvée par la stratigraphie et les datations radiométriques, lesquelles ont montré que les variations d'excentricité déclenchent cycliquement des glaciations.
Vocabulaire et concepts
Le terme « paléoclimat » désigne un climat ancien, par opposition au climat actuel, sans référence à une échelle de temps.
La paléoclimatologie un des éléments de la paléoécologie, et de la climatologie.
Méthodes
L'étude des flores et des faunes fossiles en tant que paléoformes est à l'origine de la paléoclimatologie, et en reste la base principale. La géochimie et les analyses isotopiques y jouent aussi un rôle croissant, de même que la modélisation informatique.
Différents paramètres, d'origine externe au système climatique, sont à l'origine des variations climatiques (notion de forçage (forçage radiatif) ajoutant ses effets à ceux du forçage volcanique et à ceux ayant pour origine l'expansion et l'évolution de la vie (production d'oxygène, albédo modifiée par la couverture végétale, etc.).
Les variations d'insolation liées aux paramètres de l'orbite de la Terre (théorie astronomique des paléoclimats) sont l'un des forçages que les modèles doivent prendre en compte (pouvant être facilement reliées à des observations géologiques).
Dominique Genty, chercheur au CNRS, a également introduit l'analyse des spéléothèmes comme source de données. Les doublets de calcite fournissent dans les meilleurs cas une précision saisonnière pour suivre l’évolution de l’environnement et même les traces des activités humaines.
Datations radiométriques
Les méthodes de datation radiométrique utilisent la décroissance régulière de la radioactivité de certains isotopes dont la période radioactive est connue. Ces méthodes ne permettent pas d'accéder directement à des informations sur les climats mais elles constituent des sources d'information fondamentales dans la reconstitution historique des paléoclimats.
La méthode de datation par l'uranium-thorium fournit des résultats avec des écarts-types importants, mais elle permet de dater des échantillons très anciens. À l'inverse, la datation par le carbone 14 est relativement précise mais elle ne peut concerner que des matériaux organiques relativement récents, pour les 45 000 dernières années. Comme le carbone 14 est présent dans le cycle du carbone notamment sous forme de CO2, son utilisation est très fréquente et peut renseigner sur la quantité de CO2 présente à une année donnée, ce qui est très pertinent dans l'analyse de l'histoire du climat.
Lacs varvés
Aux latitudes moyennes, les sédiments des lacs sont une source d'information, notamment dans les lacs dimictiques, c'est-à-dire qui se mélangent à deux reprises dans l'année. De simples carottages permettent d'y étudier les strates varvées (une varve est un « couplet » représentant un an de sédimentation). Au printemps, les sédiments sont pâles et proviennent des rivières qui se déversent dans le lac, alors qu'en hiver, des particules foncées et plus fines y décantent. Les variations d'épaisseur des varves indiquent ainsi par exemple des étés longs ou un hiver plus froid. Si la séquence varvée se dirige davantage vers une varve prédominante, c'est que le lac se dirige davantage vers un côté amictique, c'est-à-dire couvert de glace à l'année longue et un seul mélange des eaux annuel.
Stratigraphie
La succession des couches de substrats est un indicateur climatique relatif. Il offre par exemple (par les carottages) des indices de transition d'un milieu forestier vers un milieu plus aride ou plus froid. Imaginons un cours d'eau en perte de vitesse et en voie d'épuisement : en premier lieu, sa zone marécageuse s'étend et est colonisée par la forêt qui lui est subjacente. Ensuite, la zone marécageuse est de plus en plus colonisée par la forêt. Cependant, un assèchement du climat conduit la forêt à devenir plus arbustive et sous forme de lichen et à se transformer davantage en tourbière, lieu de décomposition des éléments végétaux. La coupe stratigraphique pourra illustrer cette transition. Au départ, on retrouve les argiles, témoins de la période plus chaude et humide. Ensuite, on retrouvera des alluvions de terrasses fluviales, avec des débris végétaux. Viendront ensuite le bois et la tourbe, témoins de la période plus froide, mélangés à du lichen.
Dans le cas, d'un lieu sous influence d'inlandsis, ces vestiges pourraient être recouverts de till, c'est-à-dire des roches arrachées, concassées en fines granules et très compactes, érigées sous l'action de la glace. Les moraines sont aussi des faciès qui se retrouvent au front des inlandsis et sont souvent composées de till. Cependant, l'érosion d'une couche mise à nu, sous l'action du vent ou de la glace peut biaiser les résultats. Il est aussi possible de dater les éléments végétaux comme le bois et la tourbe pour découvrir à quelle date les conditions ambiantes du climat étaient présentes. Il est également possible de comparer deux strates, d'obtenir des datations absolues pour chacune d'elles et de déterminer en combien de temps la transition s'est effectuée.
Carottage glaciaire et carottage marin
Les forages des grandes calottes de glace présentes aux pôles sont de très bonnes sources d'indications climatiques, puisque les inlandsis polaires sont en place depuis des milliers d'années. C'est donc une incroyable banque de données climatique qui se trouve piégée dans la glace. Les forages EPICA et Vostok en Antarctique ou au Groenland sont principalement effectués dans le but de reconstituer les paléoclimats. Il est aussi possible de faire du carottage océanique, pour comparer les résultats issus du carottage glaciaire et océanique.
La proportion des deux isotopes naturels de l'oxygène 16O et 18O est également très intéressante. L'oxygène 16 représente 99,76 % de l'oxygène terrestre, tandis que l'oxygène 18 en représente 0,2 %. Durant une glaciation, le rapport 18O/16O (nommé δ18O) est plus faible dans les glaciers et plus élevé dans les océans. L'isotope 16O est prisonnier dans la glace et s'évapore des océans, étant le plus léger. Comme l'eau des précipitations est immobilisée sous forme de glace au cours d'une période glaciaire, le niveau des mers baisse et les inlandsis augmentent leur volume. Lors d'un réchauffement du climat, le processus s'inverse. Les glaciers fondent et l'oxygène 16, plus léger que le 18, s'écoule vers l'océan faisant augmenter le rapport 18O/16O. Dans l'océan l'effet y est inverse, l'ajout d'oxygène 16 dû à la fonte des glaciers, fait diminuer le rapport 18O/16O et fait augmenter le niveau marin.
La teneur en méthane et en dioxyde de carbone de l'océan et des glaciers est également intéressante. Lors d'une glaciation, la teneur en CO2 est faible dans l'atmosphère et dans les glaciers. Cependant, l'eau froide incorpore des tonnes de CO2, par sa et par la pompe biologique. La teneur en CO2 est donc très élevée dans l'océan. Dans le cas d'un réchauffement, l'eau libère du CO2 vers l'atmosphère, faisant baisser la teneur océanique mais augmenter la teneur atmosphérique. L'eau est alors moins productive et moins riche en sels minéraux. L'activité du méthane est semblable : lorsqu'il fait plus chaud, la teneur en méthane est très élevée dans l'atmosphère, vu la plus forte décomposition. Dans l'océan, c'est l'inverse : comme la biomasse y est plus élevée durant une période glaciaire, la décomposition y est plus intense aussi.
Il est possible de faire des datations isotopiques dans une strate de glace ou dans une carotte océanique. Les bulles d'air présentes à l'intérieur de la glace peuvent être datées par l'utilisation des isotopes. Même chose, dans les océans les organismes planctoniques, comme les foraminifères à coquille calcaire et les diatomées à coquille de silice peuvent être datés.
Enjeux
Mieux comprendre les climats passés et leurs impacts et rétroactions avec les écosystèmes et l'évolution est l'un des objectifs de la paléoclimatologie. Il s'agit notamment de mieux comprendre les crises écologiques et climatiques, et les phénomènes d'extinction d'espèces qui se sont produits à au moins cinq reprises sur terre.
Cela est utile ou nécessaire pour mieux envisager et préparer l'avenir, dont la lutte contre le réchauffement climatique et l'adaptation aux changements climatiques.
Il existe aussi des enjeux sanitaires avec la compréhension des liens entre climats et épidémies, ou entre climat et certaines formes de pollution (pluies de mercure par exemple).
Variations de températures globales
Les variations de la composition isotopique de l'oxygène (par exemple dans des tests de foraminifères) constitue un indicateur climatique (« proxy ») qui signe les variations de la température des océans et la quantité de glace (inlandsis).
Elles ont permis de reconstituer les variations globales de température depuis 550 millions d'années.
Ces données sont en accord avec les épisodes glaciaires relevés dans les roches sédimentaires (tillites), ainsi que les données paléobotaniques, et de concentration de carbone dans l'atmosphère. Aujourd'hui, le climat global se situe dans une période tempérée interglaciaire.
Des études paléontologiques ont montré que pendant de longues périodes (Crétacé, Paléocène, Éocène, Miocène moyen...), le climat global était plus chaud qu'actuellement, et alors que les continents étaient positionnés différemment (cf. dérive des continents).
Notes et références
Voir aussi
Bibliographie
- Jean-Claude Duplessy et Gilles Ramstein, Paléoclimatologie. Enquête sur les climats anciens, CNRS éditions, (ISBN 978-2-271-07599-4).
- Jean-François Deconinck, Paléoclimats. L'enregistrement des variations climatiques, Vuibert, , 240 p. (ISBN 978-2-311-40188-2, lire en ligne).
- Pascal Acot, Histoire du climat, Paris, Perrin, , 309 p. (ISBN 2-262-01903-7).
Articles connexes
- Climat
- Histoire du climat
- Théorie astronomique des paléoclimats
- Glaciologie
- Dendrochronologie
- Chronologie isotopique - Stades isotopiques de l'oxygène
- Maximum thermique du passage Paléocène-Eocène
- Optimum climatique de l'Éocène
- Dryas
- Prospective
- Écologie rétrospective
- Alcénone
- Institut des géosciences de l’environnement
- Histoire géologique de l'oxygène
- Proxy (climat)
Liens externes
- (fr) En vidéo sur Canal IRD : La paléoclimatologie à travers les coquilles de bénitiers
- (fr) [vidéo]Claire Waelbroeck, paléoclimatologue (12 minutes) par
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Auteur: www.NiNa.Az
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La paleoclimatologie est la science qui etudie les climats passes et leurs variations Elle tente d etablir les conditions environnementales caracteristiques de chaque periode geoclimatique notamment en termes de paleotemperatures de l atmosphere des oceans et des continents Si ce bandeau n est plus pertinent retirez le Cliquez ici pour en savoir plus Cet article ne cite pas suffisamment ses sources septembre 2022 PaleoclimatologieLa sedimentologie contribue a l etude des climats les echantillons de sediments marins precisement georeferences sont l une des sources majeures d information sur les climats passes 12 000 ans Partie deClimatologiePratique parPaleoclimatologue d ObjetPaleoclimat d modifier modifier le code modifier Wikidata Ces reconstitutions des variations climatiques passees et eventuellement de leurs causes apportent des donnees en partie empiriques sur l evolution du climat actuel et futur HistoriographieLouis Agassiz en 1837 est le premier a emettre l hypothese d une grande glaciation Sa theorie est dite mono glacialiste car elle affirmait qu une seule glaciation avait eu lieu a la surface de la terre Ses observations se basaient sur le deplacement de grands blocs erratiques loin de leurs substrats initiaux sous l action de la glace Albrecht Penck et Edouard Bruckner de 1901 a 1909 ont infirme l hypothese mono glacialiste pour emettre une hypothese pluri glacialiste Ils decrivent et nomment les grandes glaciations alpines d apres les affluents du Danube soit Gunz Mindel Riss et Wurm Si elle a longtemps ete employee comme reference pour l hemisphere nord il est desormais admis que cette classification n est valable qu a l echelle regionale de l arc alpin Le developpement des methodes de datation basees sur la radioactivite et celui de la stratigraphie a permis de prouver scientifiquement que plusieurs glaciations s etaient succede au Pleistocene L astrophysicien Milutin Milankovic va pousser plus loin les theories sur les glaciations en publiant sa theorie astronomique des paleoclimats qui ne sera admise qu en 1976 Cette theorie affirme que les grandes glaciations sont enclenchees par des parametres orbitaux et que la quantite de flux solaire qui frappe l hemisphere nord est determinante dans le developpement d inlandsis La validite de sa theorie a ete prouvee par la stratigraphie et les datations radiometriques lesquelles ont montre que les variations d excentricite declenchent cycliquement des glaciations Vocabulaire et conceptsTemperatures reconstituees depuis la fin de la derniere periode glaciaire Temperatures depuis 400 000 ansTemperatures depuis 5 millions d annees Temperatures depuis 65 millions d annees Variations du climat global depuis 540 millions d annees Le terme paleoclimat designe un climat ancien par opposition au climat actuel sans reference a une echelle de temps La paleoclimatologie un des elements de la paleoecologie et de la climatologie MethodesL etude des flores et des faunes fossiles en tant que paleoformes est a l origine de la paleoclimatologie et en reste la base principale La geochimie et les analyses isotopiques y jouent aussi un role croissant de meme que la modelisation informatique Differents parametres d origine externe au systeme climatique sont a l origine des variations climatiques notion de forcage forcage radiatif ajoutant ses effets a ceux du forcage volcanique et a ceux ayant pour origine l expansion et l evolution de la vie production d oxygene albedo modifiee par la couverture vegetale etc Les variations d insolation liees aux parametres de l orbite de la Terre theorie astronomique des paleoclimats sont l un des forcages que les modeles doivent prendre en compte pouvant etre facilement reliees a des observations geologiques Dominique Genty chercheur au CNRS a egalement introduit l analyse des speleothemes comme source de donnees Les doublets de calcite fournissent dans les meilleurs cas une precision saisonniere pour suivre l evolution de l environnement et 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du climat Lacs varves Aux latitudes moyennes les sediments des lacs sont une source d information notamment dans les lacs dimictiques c est a dire qui se melangent a deux reprises dans l annee De simples carottages permettent d y etudier les strates varvees une varve est un couplet representant un an de sedimentation Au printemps les sediments sont pales et proviennent des rivieres qui se deversent dans le lac alors qu en hiver des particules foncees et plus fines y decantent Les variations d epaisseur des varves indiquent ainsi par exemple des etes longs ou un hiver plus froid Si la sequence varvee se dirige davantage vers une varve predominante c est que le lac se dirige davantage vers un cote amictique c est a dire couvert de glace a l annee longue et un seul melange des eaux annuel Stratigraphie La succession des couches de substrats est un indicateur climatique relatif Il offre par exemple par les carottages des indices de transition d un milieu forestier vers un milieu plus aride ou plus froid Imaginons un cours d eau en perte de vitesse et en voie d epuisement en premier lieu sa zone marecageuse s etend et est colonisee par la foret qui lui est subjacente Ensuite la zone marecageuse est de plus en plus colonisee par la foret Cependant un assechement du climat conduit la foret a devenir plus arbustive et sous forme de lichen et a se transformer davantage en tourbiere lieu de decomposition des elements vegetaux La coupe stratigraphique pourra illustrer cette transition Au depart on retrouve les argiles temoins de la periode plus chaude et humide Ensuite on retrouvera des alluvions de terrasses fluviales avec des debris vegetaux Viendront ensuite le bois et la tourbe temoins de la periode plus froide melanges a du lichen Dans le cas d un lieu sous influence d inlandsis ces vestiges pourraient etre recouverts de till c est a dire des roches arrachees concassees en fines granules et tres compactes erigees sous l action de la glace Les moraines sont aussi des facies qui se retrouvent au front des inlandsis et sont souvent composees de till Cependant l erosion d une couche mise a nu sous l action du vent ou de la glace peut biaiser les resultats Il est aussi possible de dater les elements vegetaux comme le bois et la tourbe pour decouvrir a quelle date les conditions ambiantes du climat etaient presentes Il est egalement possible de comparer deux strates d obtenir des datations absolues pour chacune d elles et de determiner en combien de temps la transition s est effectuee Carottage glaciaire et carottage marin Articles detailles Carotte de glace Stades isotopiques de l oxygene et Chronologie isotopique Les forages des grandes calottes de glace presentes aux poles sont de tres bonnes sources d indications climatiques puisque les inlandsis polaires sont en place depuis des milliers d annees C est donc une incroyable banque de donnees climatique qui se trouve piegee dans la glace Les forages EPICA et Vostok en Antarctique ou au Groenland sont principalement effectues dans le but de reconstituer les paleoclimats Il est aussi possible de faire du carottage oceanique pour comparer les resultats issus du carottage glaciaire et oceanique La proportion des deux isotopes naturels de l oxygene 16O et 18O est egalement tres interessante L oxygene 16 represente 99 76 de l oxygene terrestre tandis que l oxygene 18 en represente 0 2 Durant une glaciation le rapport 18O 16O nomme d18O est plus faible dans les glaciers et plus eleve dans les oceans L isotope 16O est prisonnier dans la glace et s evapore des oceans etant le plus leger Comme l eau des precipitations est immobilisee sous forme de glace au cours d une periode glaciaire le niveau des mers baisse et les inlandsis augmentent leur volume Lors d un rechauffement du climat le processus s inverse Les glaciers fondent et l oxygene 16 plus leger que le 18 s ecoule vers l ocean faisant augmenter le rapport 18O 16O Dans l ocean l effet y est inverse l ajout d oxygene 16 du a la fonte des glaciers fait diminuer le rapport 18O 16O et fait augmenter le niveau marin La teneur en methane et en dioxyde de carbone de l ocean et des glaciers est egalement interessante Lors d une glaciation la teneur en CO2 est faible dans l atmosphere et dans les glaciers Cependant l eau froide incorpore des tonnes de CO2 par sa et par la pompe biologique La teneur en CO2 est donc tres elevee dans l ocean Dans le cas d un rechauffement l eau libere du CO2 vers l atmosphere faisant baisser la teneur oceanique mais augmenter la teneur atmospherique L eau est alors moins productive et moins riche en sels mineraux L activite du methane est semblable lorsqu il fait plus chaud la teneur en methane est tres elevee dans l atmosphere vu la plus forte decomposition Dans l ocean c est l inverse comme la biomasse y est plus elevee durant une periode glaciaire la decomposition y est plus intense aussi Il est possible de faire des datations isotopiques dans une strate de glace ou dans une carotte oceanique Les bulles d air presentes a l interieur de la glace peuvent etre datees par l utilisation des isotopes Meme chose dans les oceans les organismes planctoniques comme les foraminiferes a coquille calcaire et les diatomees a coquille de silice peuvent etre dates EnjeuxMieux comprendre les climats passes et leurs impacts et retroactions avec les ecosystemes et l evolution est l un des objectifs de la paleoclimatologie Il s agit notamment de mieux comprendre les crises ecologiques et climatiques et les phenomenes d extinction d especes qui se sont produits a au moins cinq reprises sur terre Cela est utile ou necessaire pour mieux envisager et preparer l avenir dont la lutte contre le rechauffement climatique et l adaptation aux changements climatiques Il existe aussi des enjeux sanitaires avec la comprehension des liens entre climats et epidemies ou entre climat et certaines formes de pollution pluies de mercure par exemple Variations de temperatures globalesLes variations de la composition isotopique de l oxygene par exemple dans des tests de foraminiferes constitue un indicateur climatique proxy qui signe les variations de la temperature des oceans et la quantite de glace inlandsis Elles ont permis de reconstituer les variations globales de temperature depuis 550 millions d annees Ces donnees sont en accord avec les episodes glaciaires releves dans les roches sedimentaires tillites ainsi que les donnees paleobotaniques et de concentration de carbone dans l atmosphere Aujourd hui le climat global se situe dans une periode temperee interglaciaire Des etudes paleontologiques ont montre que pendant de longues periodes Cretace Paleocene Eocene Miocene moyen le climat global etait plus chaud qu actuellement et alors que les continents etaient positionnes differemment cf derive des continents Notes et referencesAcot 2003 p 9 Dominique Genty Speleothemes Archives du climat Hartpon 20 octobre 2022 196 p ISBN 979 10 95208 32 7 a et b Acot 2003 p 13 14 Acot 2003 p 20 Acot 2003 p 13 19 20 Voir aussiBibliographie Jean Claude Duplessy et Gilles Ramstein Paleoclimatologie Enquete sur les climats anciens CNRS editions 2013 ISBN 978 2 271 07599 4 Jean Francois Deconinck Paleoclimats L enregistrement des variations climatiques Vuibert 2015 240 p ISBN 978 2 311 40188 2 lire en ligne Pascal Acot Histoire du climat Paris Perrin 2003 309 p ISBN 2 262 01903 7 Articles connexes Climat Histoire du climat Theorie astronomique des paleoclimats Glaciologie Dendrochronologie Chronologie isotopique Stades isotopiques de l oxygene Maximum thermique du passage Paleocene Eocene Optimum climatique de l Eocene Dryas Prospective Ecologie retrospective Alcenone Institut des geosciences de l environnement Histoire geologique de l oxygene Proxy climat Liens externes fr En video sur Canal IRD La paleoclimatologie a travers les coquilles de benitiers fr video Claire Waelbroeck paleoclimatologue 12 minutes par Portail des sciences de la Terre et de l Univers Portail de l 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