p. 1
CHAPITRE 4
VARIATIONS CLIMATIQUES ET ATMOSPHERIQUES A L’ECHELLE DES TEMPS GEOLOGIQUES
Sur les grandes durées (par exemple pendant le dernier milliard d'années), les traces de variations climatiques importantes sont enregistrées dans les roches sédimentaires. Des conditions climatiques très éloignées de celles de l'époque actuelle ont existé. Quels sont les principaux paramètres de cette complexe équation du climat ?
Quelques vidéos intéressantes :
La tectonique des plaques et le climat : https://youtu.be/vqbcdfgochY
Variations climatiques aux grandes échelles du temps : https://youtu.be/sFlXZJB4USw Le crétacé, une période chaude : https://youtu.be/R8z93DwHnrg
Problèmatique : En quoi les roches sédimentaires sont-elles les témoins des conditions climatiques passées ? Quel était le climat au temps des dinosaures ? Comment la géodynamique peut-elle influer certaines variations climatiques ?
TD6 : origine des variations climatiques (noté)
I/ Les roches sédimentaires témoins des conditions climatiques passées
Le Crétacé est la période de la craie, une roche sédimentaire formée de l’accumulation des squelettes d'algues microscopiques marines, les coccolithophoridés. Que sait-on du climat qui régnait sur Terre à cette époque et quels arguments permettent de répondre à cette question ?
a) La nature des roches du crétacé
On reconstitue les climats des époques très anciennes en étudiant la répartition en latitude de certaines roches sédimentaires qui se forment dans des conditions climatiques précises (charbons, évaporites, bauxites). On applique ainsi le principe de l’actualisme : on postule que les conditions de formation d’une roche donnée sont restées les mêmes au cours des temps géologiques. Les fossiles permettent de reconstituer les environnements passés, ce sont aussi des indicateurs climatiques.
p. 2
Les dépôts de bauxite, l’imposante mer de la craie (= Crétacé), les plate-formes carbonatées (principalement du calcaire), caractérisent la période du Crétacé.
(Voir animation en cours sur transgression et régression)
Une avancée de la mer au-delà de ses limites antérieures est une transgression. Dans une succession sédimentaire, elle est caractérisée par des dépôts marins surmontant des dépôts continentaux.
Un retrait de la mer en deçà de ses limites antérieures est une régression. Dans une succession sédimentaire, elle est caractérisée par des dépôts continentaux surmontant des dépôts marins.
p. 3
Les célèbres falaises du pays de Caux se sont formées au cours du Crétacé. Il, s'agit d'une série sédimentaire de près de 500m d'épaisseur, en partie érodée à son sommet et principalement constituée par des craies. Ces craies contiennent une certaine proportion d'argile (sédiment d'origine détritique provenant de l'altération des roches du continent). Du bas vers le haut de la série, les craies contiennent de moins en moins d'argile. Les falaises du pays de Caux montrent donc un approfondissement progressif du bassin de sédimentation entre l'Aptien et le Coniacien : le niveau de la mer a donc monté pendant toute cette période.
Plus au sud de la France
La discordance du Crétacé sur le Jurassique indique une lacune sédimentaire entre ces deux périodes : les terrains émergés à la fin du Jurassique ont été érodés avant d'être recouverts par une mer qui a permis la sédimentation des terrains du Crétacé.
Le Crétacé se caractérise donc par une transgression généralisée : on estime que le niveau des océans était 200 à 300 m plus haut qu’actuellement ! Or nous savons qu'un réchauffement global peut expliquer une élévation du niveau marin (fonte des glaces continentales, dilatation thermique des océans...). Un accident tectonique a toutefois émergé une partie de la Provence au milieu du Crétacé : c'est l'isthme Durancien. Les calcaires glauconieux ont alors subi une érosion sous climat chaud et humide comme en témoignent les gisements de bauxite issues d'altérites alumineuses.
b) Les rapports isotopiques de l'oxygène
p. 4
Les rudistes sont des mollusques bivalves qui peuplaient les mers chaudes du Secondaire.
Contrairement aux ammonites, leur disparition fut progressive et avait commencé bien avant 65 Ma, très probablement à cause d'un refroidissement global des eaux de surface comme en témoignent les rapports isotopiques de l'oxygène (18O/16O) et du carbone (13C/12C).
Des études paléoclimatiques ont permis de connaître les climats anciens et de préciser les limites des principales zones climatiques à une époque donnée. Grâce au paléomagnétisme, on a pu reconstituer la position des continents au cours du temps.
On peut ainsi établir des cartes climatiques du globe à différentes périodes de son histoire.
Les valeurs du delta O18 obtenu à partir des carbonates sont
particulièrement basses au Crétacé : cela correspond à une température moyenne de l'eau
tropicale aux alentours de 29-30 °C. Au Jurassique (150 Ma), cette température était de 20°C et à l'Eocène (50 Ma), elle n'était plus que de 15°C. Le Crétacé est donc bien une période chaude qui a permis la construction de grandes barrières récifales.
p. 5
II/ Les facteurs du réchauffement Crétacé
Problématique : peut-on expliquer ce réchauffement global de la planète au Crétacé ? a) L’indice stomatique : une première piste
Ces fossiles collectés présentent des empreintes de feuilles, notamment d’une feuille de ginkgo. Le Ginkgo biloba est aujourd'hui un arbre indigène de Chine. Plus largement distribués, ses parents primitifs poussaient au temps des dinosaures il y a 200 Ma.
Indice stomatique = (nombre de stomates / nombre totale de cellules épidermiques) x 100 L’analyse de l’indice stomatique des feuilles fossiles indique que le taux de CO2 atmosphérique du Crétacé était cinq fois supérieur au taux actuel. L’effet de serre de la planète était donc bien plus élevé, ce qui explique son climat globalement plus chaud. Les mesures de δ18O dans les carbonates révèlent une température des eaux tropicales de 7 à 8 °C plus élevée qu’aujourd’hui.
p. 6
b) Le contexte géodynamique
Source Lethiers, d'après l'article de E.G.
Kaufman et M.B. Hart, 1996, Cretaceous bio- events in O.H. Walliser ed., Global events and events stratigraphy, Springer, Berlin, 285-312.
p. 7
La présence accrue de CO2 dans l’atmosphère est liée au contexte géodynamique du Crétacé. L’intense activité magmatique (NB : tephras = fragments de roche solide expulsés dans l’air pendant l’éruption d’un volcan) des dorsales et des points chauds s’accompagne d’une forte libération de CO2 .
Tous ces phénomènes ont produit une énorme quantité de CO2 qui a diffusé de l’eau vers l’atmosphère et réchauffé le climat en augmentant l’effet de serre.
CONCLUSION :
Sur les grandes durées (par exemple pendant le dernier milliard d’années), les traces des variations climatiques importantes sont enregistrées dans les roches sédimentaires. Des conditions climatiques très éloignées de celles de l’époque actuelle ont existé.
La fragmentation de la Pangée a commencé fin-Trias/début-Jurassique, mais c'est vers la fin du Jurassique, il y a 160 Ma, qu'elle a individualisé les masses continentales que nous connaissons aujourd'hui par l'ouverture de grands domaines océaniques (atlantique nord puis atlantique sud). Les vitesses d'expansion océanique étaient comparables à celles mesurées actuellement dans le Pacifique. De gros volumes de laves ont été émis durant cette période, ce qui a diminué d'autant le volume libre des océans : l'eau a alors débordé sur les continents, expliquant les grandes transgressions à l'origine de la craie.
L’intense activité magmatique des dorsales et des points chauds peut expliquer les forts taux de CO2 à l'origine d'un effet de serre plus important au Crétacé.
