Mise en évidence des variations climatiques anciennes - Maxicours

Mise en évidence des variations climatiques anciennes

Objectifs
  • Rassembler et confronter une diversité d’indices pour restituer les variations climatiques passées.
  • Mettre en évidence la période et l’amplitude des variations climatiques étudiées à partir de la convergence de ces indices.
  • Comprendre les outils nécessaires pour appréhender les enjeux climatiques contemporains.
  • Utiliser les connaissances acquises sur la géodynamique interne et la tectonique des plaques pour comprendre leur rôle sur le climat et mettre en relation la nature des roches formées avec les paléoclimats du Crétacé.
  • Exploiter des bases de données pour reconstituer les paléo ceintures climatiques.
Points clés
  • Les paléo climatologues disposent de nombreux indices pour étudier les variations climatiques du passé.
  • Au Mésozoïque, les variations climatiques se manifestent par une hausse de température. Du fait de l’augmentation de l’activité des dorsales, la géodynamique terrestre interne semble être la principale responsable de ces variations.
  • Au Paléozoïque, les indices révèlent une importante glaciation au Carbonifère-Permien. La modification du cycle géochimique du carbone, l’altération des roches et la fossilisation importante de matière organique sont tenues pour responsables de cette glaciation.
Pour bien comprendre

Utiliser les indices de terrain et les données du laboratoire pour comprendre l’évolution du climat.

  • L'évolution d’un paysage sous l’action de l’eau (SVT 2nde)
  • La dynamique interne de la Terre (SVT 1re).
  • Les variations de la teneur en gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone peuvent affecter les températures de la Terre.
  • Le lien entre la teneur en CO2 de l'atmosphère et les variations de température à la surface de la Terre.

Le Mésozoïque, anciennement appelé « ère secondaire », est une ère géologique qui s'étend de −252,2 à −66 millions d’années. Elle comprend trois systèmes (ou périodes) : le Trias, le Jurassique et le Crétacé.

Le Paléozoïque, anciennement appelée « ère primaire »,  est une ère géologique qui s'étend de −541 à −252,2 millions d'années.

Quels événements et évolutions climatiques majeurs caractérisent ces périodes géologiques ?

1. Les indices des climats anciens

Les seules traces qui peuvent donner des indications sur les climats passés sont les couches de sédiments qui se sont accumulées au fil du temps.

a. Traces de climats chauds
Climats tropicaux humides
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.
 
bauxite Sols riches en oxydes de fer
Colorado provençal
Rustrel, Lubéron, France

Dans le milieu marin, ce sont les coraux qui sont  d'un tel climat. En effet, ils ne se développent que dans des eaux pures, très oxygénées, peu profondes et chaudes.

Climats chauds et arides

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.

Climats équatoriaux

La présence de charbon est, quant à elle, significative d'une végétation luxuriante et de conditions climatiques de type équatorial. 

 

Mine de charbon - Australie

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.

Les blocs peuvent être transportés sur de grandes distances et former 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 et des 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 restent 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 des 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.

En conclusion, 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. Étude climatique du Crétacé

Le Crétacé (de ≃ 145 à 66 Ma) est la période de la craie, une roche sédimentaire carbonatée contenant presque exclusivement du carbonate de calcium CaCO3. C’est le système le plus récent de l’ère du Mésozoïque.

a. Les indices climatiques au Crétacé
Indice stomatique

Le gingko biloba est une espèce d’arbre très ancienne qui a peu varié depuis l’ère primaire (200 Ma). Comme les autres plantes, le ginkgo possède à la surface de ses feuilles des stomates, qui sont des ouvertures de l’épiderme permettant les échanges gazeux (O2, CO2 et H2O) entre les cellules de la feuille et l’atmosphère.


Stomate de Gingko biloba

On fait pousser des ginkgos en laboratoire, sous atmosphère contrôlée en CO2, et on mesure leur indice stomatique.

Remarque
Indice stomatique = pourcentage de stomates sur la face inférieure des feuilles par rapport au nombre total de cellules épidermiques.

La détermination de l'indice stomatique peut se faire sur des feuilles fossiles et permet de retrouver les teneurs en CO2 atmosphérique de différentes époques.

Au Crétacé, l’indice stomatique était de 6,5 soit un taux de CO2 environ deux fois supérieur au taux actuel.

Répartition des roches sédimentaires

La répartition des roches sédimentaires, qui traduisent leurs conditions de formation, est également un indice du climat de cette époque.






On observe que la répartition des roches se formant en climats aride et tropical est mondiale. Les évaporites, tillites et bauxites datant de cette époque sont réparties uniformément sur toute la planète, y compris à altitudes élevées. Pendant cette période, la Terre est dépourvue de glace. L’Alaska et le Groenland sont peuplés de palmiers et d'arbres à pain ; les coraux se développent à des latitudes hautes.

Ces indices attestent d’une hausse mondiale des températures au Crétacé, donc d’un climat tropical à aride à la fin de l’ère du Mésozoïque.

b. Géodynamique et climat au Crétacé

Les scientifiques disposent de différentes données pour tenter d'expliquer ces variations climatiques.

  • Les continents n'ont pas toujours occupé leur position actuelle. Ainsi, leur taux d'ensoleillement et leur climat ont évolué.
  • Au Crétacé, l’activité du manteau est à l’origine d’une géodynamique interne intense. L'expansion océanique atlantique aurait été deux fois supérieure au taux actuel.

Carte de l'âge des sédiments du plancher océanique atlantique

La longueur de la lithosphère océanique produite durant le Crétacé aurait été d’environ 1400 km, contre 1000 km pour une période géologique de durée équivalente plus récente.

L’activité volcanique de la dorsale atlantique qui en découle, entrainant une plus grande libération de dioxyde de carbone (gaz à effet de serre), et les variations du niveau de la mer, semblent principalement responsables des variations climatiques.

3. Étude climatique du Paléozoïque

Le Paléozoïque est découpé en trois « sous-ères » : le Paléozoïque inférieur (du Cambrien à l'Ordovicien), le Paléozoïque moyen (du Silurien au Dévonien) et le Paléozoïque supérieur (du Carbonifère débutant à −358,9 Ma au Permien se terminant à −252,2 Ma.)

a. Les indices climatiques à la fin du Paléozoïque

Les tillites sont associées à des roches polies, dont les stries et rainures sont les témoins de l'érosion et permettent d'établir le sens d'écoulement de la glace, et l'étendue de la calotte glaciaire celle de l’époque de leur formation.

Des 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 roches montrent qu'à l’époque, une calotte glaciaire imposante recouvrait ce qui deviendra l’Amérique du Sud, l'Inde et l'Australie. 

Cela atteste d’une importante glaciation au Carbonifère-Permien.

b. Géodynamique et climat à la fin du Paléozoïque
Disposition des continents

À la fin du Paléozoïque, les continents étaient regroupés en un supercontinent, la Pangée, située vers des latitudes sud, et un super océan, la Panthalassa.

La situation géographique de la Pangée explique qu’une calotte polaire en recouvrait la partie sud : l’ensoleillement est moins concentré aux basses latitudes.

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.

Cycle du carbone

Le carbone transite entre divers réservoirs, notamment l’atmosphère, les océans et la biosphère.
On peut retrouver l’évolution de la teneur en CO2 dans l’atmosphère. Le CO2 étant un gaz à effet de serre, l’évolution de sa teneur dans l’atmosphère est corrélée à l’évolution de la température globale.


L’observation de l’évolution du RCO2 (et donc du taux de CO2) atmosphérique depuis 600 000 ans montre une baisse progressive de la teneur en CO2 de l’atmosphère, entre −550 Ma et −300 Ma (entre le Carbonifère et le Permien).

Cette baisse s’explique par la présence à l’époque de grandes forêts luxuriantes.

En effet, la végétation luxuriante du carbonifère consomme énormément de dioxyde de carbone et la formation de charbon piège ce carbone qui ne retourne pas dans l'atmosphère.

Ce phénomène s’accompagne d’un refroidissement : le taux de CO2 atmosphérique chute, l’effet de serre diminue alors et la température baisse.

On peut ainsi relier au Carbonifère l'abondance de la végétation, la baisse de température globale et la présence d'une imposante calotte glaciaire.

Remarque
De la même manière, l’altération des roches et la fossilisation de matière organique empêchent le retour à l’atmosphère du CO2 incorporé par photosynthèse. Cela diminue l’effet de serre, le climat devient alors plus froid, les dépôts neigeux persistent et la calotte glaciaire se met en place.

 

Conclusion

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 géodynamique globale et son influence sur le cycle biogéochimique du carbone.

Vous avez déjà mis une note à ce cours.

Découvrez les autres cours offerts par Maxicours !

Découvrez Maxicours

Comment as-tu trouvé ce cours ?

Évalue ce cours !

 

Des profs en ligne

quote blanc icon

Découvrez Maxicours

Exerce toi en t’abonnant

Des profs en ligne

  • 6j/7 de 17 h à 20 h
  • Par chat, audio, vidéo
  • Sur les matières principales

Des ressources riches

  • Fiches, vidéos de cours
  • Exercices & corrigés
  • Modules de révisions Bac et Brevet

Des outils ludiques

  • Coach virtuel
  • Quiz interactifs
  • Planning de révision

Des tableaux de bord

  • Suivi de la progression
  • Score d’assiduité
  • Un compte Parent