Climats anciens : Cénozoïque, Crétacé et glaciation permo-carbonifère

1. a)Indices : fossiles de végétaux et de reptiles à hautes latitudes, forêt pluviale près de 82° S en Antarctique vers −90 Ma, absence de tillites, eaux profondes tièdes, eaux tropicales vers 33-35 °C. Cause : CO₂ plusieurs fois supérieur à la valeur préindustrielle. Origine : dislocation de la Pangée, expansion océanique rapide (dorsales longues et actives, mesurées par l’écart entre isochrones sur la carte géologique du monde) ; la fusion partielle du manteau libère du CO₂ ; grandes provinces magmatiques (Ontong Java vers −120 Ma). Sources > puits → CO₂ en hausse → effet de serre renforcé → climat chaud. Nuance : l’altération, accélérée par la chaleur, freine la hausse sans l’annuler. Schéma : dorsales rapides → dégazage ↑ → CO₂ ↑ → effet de serre ↑ → réchauffement, avec la flèche de rétroaction négative de l’altération. (3)
2. b)Deux causes : l’absence de calottes (la fonte des glaces actuelles n’élèverait la mer que d’environ 65 m) et surtout le volume des dorsales jeunes et chaudes, moins denses, qui réduit la capacité des bassins : l’eau envahit les continents (plus d’une centaine de mètres au-dessus de l’actuel). Le même moteur, l’activité des dorsales, élève le CO₂ et le niveau marin. Roches : craie des mers qui recouvrent le Bassin parisien ; absence de tillites ; bauxites et latérites des continents chauds et humides ; évaporites des ceintures subtropicales. (3)

Piège — Expliquer la mer haute du Crétacé par la seule fonte des glaces : elle n’en explique qu’une petite partie.

1. a)Le δ¹⁸O benthique augmente de 0,0 à 3,2 ‰ : eaux profondes plus froides et/ou glaces plus étendues, donc refroidissement par paliers depuis l’optimum de l’Éocène. Entre −35 et −33 Ma, le saut vaut 2,6 − 1,4 = 1,2 ‰ en 2 Ma, très rapide : c’est l’installation de la calotte antarctique. Part due à la température : 1,2 − 0,7 = 0,5 ‰, soit 0,5 ÷ 0,25 = 2 °C de refroidissement des eaux profondes ; le reste traduit le volume des glaces. (1,5)
2. b)La collision Inde-Asie forme l’Himalaya et le Tibet : érosion mécanique, roches fraîches exposées, mousson renforcée → altération des silicates accrue ; le calcium gagne l’océan où précipitent des carbonates : CaSiO₃ + CO₂ → CaCO₃ + SiO₂. Le puits augmente, le CO₂ baisse, l’effet de serre s’affaiblit. La hausse du ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, qui suit la collision, témoigne d’une altération continentale plus intense. Limite : une partie du ⁸⁷Sr vient de carbonates, dont l’altération ne piège pas de CO₂ ; l’indice peut surestimer l’altération des silicates. (1,5)
3. c)Le passage de Tasmanie s’ouvre vers −34 Ma, en même temps que la calotte : le courant circumpolaire qui en résulte isole thermiquement l’Antarctique, mais la coïncidence ne prouve pas la cause. Le passage de Drake s’ouvre vers −30 Ma, après l’installation de la calotte : il n’a pas pu la déclencher, seulement renforcer l’isolement. La baisse du CO₂ jusqu’à un seuil est le facteur principal d’après les modèles ; la circulation océanique et l’albédo de la calotte amplifient. (1,5)
4. d)Altération des reliefs et ouverture des passages agissent sur des millions d’années, des dizaines de fois la durée d’un cycle de 100 000 ans. Ces causes expliquent la tendance au refroidissement qui rend possibles les glaciations ; le rythme de 100 000 ans relève des paramètres orbitaux amplifiés par des rétroactions. (1,5)

Méthode — Une cause doit précéder son effet : vérifier les dates avant de conclure.

1. a)La tillite la plus éloignée du pôle est en Australie, à 44° S : la calotte atteignait au moins 90 − 44 = 46° de latitude du pôle, soit 46 × 111 = 5 106 km. Le site à 26° S, sans dépôt glaciaire, montre que les glaces s’arrêtaient avant cette latitude : limite entre 44° S et 26° S. Ces régions, dispersées aujourd’hui, formaient le sud du Gondwana autour du pôle Sud : une même calotte. (2)
2. b)Pôle : tillites (calotte). Subtropiques : gypse et grès éoliens à 26° S → évaporation forte, vents, climat aride, comme sous les déserts tropicaux actuels. Équateur : à Montceau, charbon et flore luxuriante de marécage → climat chaud et humide, comme les forêts équatoriales actuelles ; la paléolatitude équatoriale converge avec la flore. Piège : à sa latitude actuelle (46,7° N), on attendrait un climat tempéré. (2)
3. c)1 600 ÷ 400 = 4 : le CO₂ est divisé par 4. Deux puits : altération intense des silicates de la chaîne hercynienne équatoriale (reliefs, chaleur, pluie ; bilan CaSiO₃ + CO₂ → CaCO₃ + SiO₂) et enfouissement de la matière organique des forêts marécageuses, riche en lignine, qui échappe à la décomposition et devient du charbon (photosynthèse : 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂). Le Gondwana polaire porte la calotte ; son albédo renforce le froid. (2)
4. d)1 000 ÷ 400 = 2,5 : le CO₂ est multiplié par 2,5. La chaîne hercynienne s’arase (moins de relief, moins d’altération), l’intérieur de la Pangée devient aride (moins d’eau, moins de marécages et de charbon) : les puits faiblissent alors que le dégazage volcanique continue. Le CO₂ remonte, l’effet de serre se renforce, la glaciation prend fin. (2)

Piège — Interpréter une tillite ou un charbon à leur latitude actuelle au lieu de leur paléolatitude.