Aux variations climatiques des 800 000 dernières années, qui montrent des alternances de périodes glaciaires et interglaciaires selon une périodicité d’environ 100 000 ans, s’ajoutent des changements climatiques de plus grande ampleur.

  TP3 : Indice stomatique + correction

Les marqueurs climatiques utilisés pour le Quaternaire sont souvent inapplicables aux climats plus anciens (pas de peintures rupestres, difficultés à trouver des pollens ou calottes glaciaires anciennes …). D’autres indices climatiques sont donc utilisés (toujours en appliquant le principe d’actualisme) :

  • Etude de la répartition des roches: La présence d’évaporites indique un climat chaud, alors que la présence de tillites ou de moraines indique un climat froid
  • Etude des fossiles: La présence de fossiles de coraux indique un climat chaud.
  • Etude de l’indice stomatique des feuilles de végétaux fossilisées: L’indice stomatique représente le rapport entre le nombre de tomates et le nombre de cellules épidermiques d’une feuille. Chez plusieurs espèces actuelles (dont le gingko biloba, une plante proche de certaines plantes anciennes dont on retrouve des fossiles), un fort nombre de stomate indique une faible quantité de CO2 atmosphérique et donc un faible effet de Serre, donc un climat plutôt froid. Inversement un faible indice stomatique indique un climat plutôt chaud.

I-  Le climat du Cénozoïque : Une température froide.

Le Cénozoïque est la période s’étendant de -65 Ma à Aujourd’hui.
L’étude de différents indices disponibles pour le Cénozoïque (∂O18 des tests de foraminifères, étude des sédiments, indice stomatique des feuilles fossiles …) montre que c’est une période de refroidissement des températures moyennes de la Terre.
On identifie 2 causes majeures à ce refroidissement :

A-     L’altération des chaînes de collision

Au début du Cénozoïque, le mouvement des plaques lithosphérique a entrainé la formation de chaines de montagnes (formées notamment de granites) qui ont ensuite été érodées.

Or, les minéraux des granites réagissent avec le CO2 dissous dans l’eau de mer pour former des ions Ca2+ et HCO3-  (réaction (1))  qui précipiteront ensuite sous forme de carbonates CaCO3 (soit sous forme de roches sédimentaires carbonatées soit sous forme de tests carbonatés d’organismes marins) (réaction (2))

  • (1) CaSiO3 + 2CO2 + H2O              SiO2 + Ca2+ + 2HCO3–
  • (2) Ca2+   + 2HCO3            CaCO3 + CO2 + H2O

Le bilan de ces réactions consomme du CO2. Il y a donc une diminution de la [CO2] océanique
La diminution de la [CO2] océanique entraine un équilibrage avec la [CO2] atmosphérique qui diminue également, faisant diminuer l’effet de serre et donc faisant diminuer les températures.

B-     La modification des courants océaniques

TP4 : Tectonique et climats anciens + Correction

La position des continents a varié au cours du Cénozoïque (en raison du mouvement des plaques lithosphériques), ce qui a modifié la circulation des eaux océaniques et a permis la mise en place de courants océaniques refroidissant globalement le climat.

La mise en place du courant circumpolaire Antarctique serait responsable de la mise en place de calotte glaciaire importante sur l’Antarctique augmentant ainsi l’albédo et son effet rétroactif sur les températures

C’est donc l’activité interne de la Terre, par l’intermédiaire du mouvement des plaques lithosphériques qui explique les baisses de température du Cénozoïque

 

II-   Le climat du Crétacé : Une période chaude.

Le Crétacé est la période qui s’étends de -135 Ma à – 65Ma. Le Crétacé appartient à l’ère Mésozoïque

Les différents indices (nombreux végétaux fossiles, indice stomatique des feuilles, roches sédimentaires de climats chauds (bauxite, argile rouge …) datant du Crétacé, indiquent que c’est une période de réchauffement.

Ce réchauffement s’explique notamment par l’importance activité des dorsales océaniques * qui rejettent du CO2. En effet, les dorsales sont des zones volcaniques où des laves sont émises (et formeront la croute océanique) et qui rejettent des gaz à effet de serre.
Ainsi, c’est l’activité interne de la Terre, par l’intermédiaire des dorsales qui explique les hausses de température du Crétacé.

* On peut démontrer cela par un calcul cartographique de la vitesse de fonctionnement des dorsales, basé sur l’âge des sédiments de part et d’autre de la dorsale. Mesure de la distance d recouverte par les sédiments d’un âge t puis application de la formule v=d/t pour avoir la vitesse de la dorsale sur la période étudiée

III-             Le climat du Paléozoïque : Une période chaude suivie d’une glaciation.

Le Paléozoïque est une longue période (-350 Ma à – 250 Ma), regroupant de Carbonifère (-350 Ma à -300 Ma) et le Permien (-300 Ma à -250 Ma)

Le Carbonifère (-350 à -300 Ma) était une période globalement chaude au cours de laquelle d’importantes forêts se sont mises en place, comme en témoignent les nombreux fossiles végétaux retrouvés de cette époque.
Du carbone atmosphérique a donc été piégé dans la matière organique végétale par photosynthèse.

Or, à la fin du Carbonifère et au Permien (-300 à -250 Ma) cette matière organique s’est retrouvée piégée sous des sédiments et s’est transformée en combustibles fossiles (charbons, pétroles …). Le carbone contenu dans la matière organique n’est donc pas retourné dans l’atmosphère, il a été piégé dans les charbons et pétroles.

Tout ceci a provoqué une diminution de la quantité de CO2 atmosphérique et donc une diminution de l’effet de Serre entrainant une baisse des températures.

Les sédiments qui ont permis la carbonification de la matière organique provenaient de l’érosion de la chaine de montagne Hercynienne : sous le climat chaud et humide du Carbonifère, cette chaine de montagne a subi un démantèlement (= érosion).
Cette érosion a également provoqué une modification du cycle biogéochimique du carbone (car comme vu précédemment l’altération des roches associée à la précipitation des carbonates entraine une diminution de la
[CO2] atmo à l’origine d’une diminution de l’effet de serre.

Ainsi, la formation de gisement de roches carbonées et l’érosion de la chaine hercynienne, ont diminué la
[CO2] atmo et entrainé une glaciation au Permien.

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