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Mise en évidence des variations anciennes

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Objectif(s)
Les climats ont énormément varié au fil des années et il est possible actuellement de déterminer ces changements climatiques en remontant dans un passé très ancien. Les roches demeurent les seuls indices de ces modifications.
Quelles sont ces traces laissées par les roches ?
Comment expliquer ces changements climatiques ?
1. Les indices liés au temps
Les seules traces pouvant donner des indications sur les climats passés sont les couches de sédiments qui se sont accumulées au fil du temps.
a. Traces de périodes chaudes
Les climats tropicaux humides altèrent de façon intensive les roches sédimentaires du fait de l'alternance de saisons sèches et humides. Cela se traduit par une hydrolyse des minéraux silicatés : de nombreux éléments issus de cette hydrolyse sont emportés par les eaux de ruissellement.

Seuls persistent des argiles et une accumulation d'oxydes et d'hydroxydes de fer (ceux-ci donnent une couleur rouge). Ainsi, la présence de bauxites ou de latérites témoigne de ce type de climat.
Dans le milieu marin, ce sont les coraux qui sont significatifs d'un tel climat. En effet, ils ne se développent que dans des eaux pures, très oxygénées, peu profondes et chaudes.

Sous un climat chaud et aride, le taux d'évaporation est très élevé et on trouve des traces de sédimentation particulière : les évaporites. Ces roches sont des associations complexes de chlorure, de sulfates et de carbonates qui sont précipitées à partir d'eaux soumises à une évaporation intense. Les dépôts de gypse (CaSO4), de sel gemme et de potasse ont une telle origine et sont le témoignage de ce type de climat.

La présence de charbon est, quant à elle, significative d'une végétation luxuriante et de conditions climatiques de type équatorial.
b. Traces de périodes froides
La présence de glaciers est décelable au niveau du paysage : ils ont poli les roches, sculpté les vallées. Ce sont des agents d'érosion très puissants. Ils ont transporté et déposé de grandes quantités de matériaux qui forment les moraines.
Celles-ci peuvent être transportées sur de grandes distances et peuvent laisser des dépôts glaciaires qui, en se consolidant, forment des tillites.

Ont également existé des périodes périglaciaires avec des alternances de périodes de gel et de dégel, de vents violents.
En périodes très froides, le sol gèle très profondément et ne dégèle à la belle saison que dans sa partie superficielle, les zones profondes restant gelées. Cette partie gelée en permanence (le pergélisol) est soumise à de nombreuses contraintes dues aux alternances gel-dégel ; elle se déforme, ce qui se traduit en surface par l'apparition de motifs caractéristiques.
Au voisinage des régions couvertes de glace, on trouve très souvent ces plaines désertiques balayées par des vents pouvant être très violents. Des parties provenant de l'altération des pergélisols peuvent être facilement arrachées et emportées à grande distance. Ces dépôts éoliens peuvent ainsi se retrouver sur de grandes distances, entassés sur plusieurs mètres de hauteur.

Les paléontologues disposent donc de différentes roches indicatrices de conditions climatiques particulières. En partant du principe que leur mode de formation n'a pas changé au fil des années, ils peuvent obtenir des indications sur les climats passés.
2. Les changements de climat
Les scientifiques disposent de différentes données pour tenter d'expliquer les variations climatiques.

Les continents n'ont pas toujours occupé leur position actuelle. Ainsi, leur taux d'ensoleillement et leur climat ont évolué.

Exemples :


• Le Sahara actuel était pendant l'ère primaire, à l'Ordovicien, localisé au pôle sud et recouvert d'une calotte glaciaire.

Ceci explique la présence de tillites âgées de plus de 450 millions d'années en plein Sahara. D'autres traces de tillites datées du Carbonifère (-300 millions d'années) ont été repérées en Afrique de l'Ouest, en Australie, en Inde et au Brésil. Ces tillites sont associées à des roches polies dont les stries et rainures sont les témoins de l'érosion et ont permis d'établir le sens d'écoulement de la glace et l'étendue de la calotte glaciaire.

• De même, toujours à l'ère primaire, au Carbonifère, il y a 300 millions d'années, l'Europe était située en zone équatoriale, des forêts de fougères existaient, ce qui explique la présence abondante de charbon dans certaines régions françaises (Lorraine, Nord).

À l'ère primaire les continents sont regroupés et situés vers des latitudes sud
. Les terrains carbonifères qu'on trouve en France contiennent des traces qui attestent d'un climat tropical (quand la France se situait près de l'équateur), tandis que d'autres indices telles les moraines et les stries glaciaires montrent qu'à la même période une calotte glaciaire imposante recouvrait l'Amérique du Sud, l'Inde, l'Australie, etc.

Mais toutes les modifications climatiques ne peuvent s'expliquer par la disposition des continents. Ainsi, des changements climatiques ont pu affecter l'ensemble de la planète.

De cette façon, on peut relier l'abondance de la végétation au carbonifère et la présence d'une imposante calotte glaciaire. La végétation luxuriante consomme énormément de CO2 et la formation de charbon piège ce carbone qui ne retourne pas à l'atmosphère. Donc l'effet de serre diminue, le climat devient plus froid, les dépôts neigeux persistent et la calotte glaciaire se met en place.

La Terre a également connu une période chaude au Crétacé après la glaciation décrite précédemment. Pendant cette période, la Terre est dépourvue de glace. Alaska et Groenland sont peuplés de palmiers et d'arbres à pain, les coraux se développent à des latitudes inhabituelles. Ce réchauffement est à mettre en relation avec un effet de serre plus important lié à des taux en CO2 élevés. Le volcanisme enrichit l'atmosphère en CO2 et contribue à l'augmentation de la température.
L'essentiel
L'analyse de la nature des roches sédimentaires et de leur contenu en fossiles montre des variations de climat à de plus grandes échelles de temps. Les scientifiques expliquent ces variations climatiques en prenant en compte la dérive des continents et leur position changeante au cours du temps, ainsi que le climat à l'échelle mondiale.

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