Ressources · Terminale · SVT (spécialité)

Climats anciens : Cénozoïque, Crétacé et glaciation permo-carbonifère

Climats anciens à l’échelle des millions d’années : amplitude et causes (bilan des sources et des puits de CO₂, position des continents), Crétacé chaud et activité des dorsales (isochrones et vitesses d’expansion, niveau marin), refroidissement du Cénozoïque (δ¹⁸O benthique, altération des reliefs du Tertiaire, circulation océanique), glaciation du Carbonifère-Permien reconstituée par les tillites et les paléolatitudes, et ses causes (altération de la chaîne hercynienne, enfouissement de matière organique).

À propos de cette page

Six problèmes sur documents : le bassin houiller de Montceau-les-Mines, les tillites du Gondwana replacées à leur paléolatitude, l’altération des silicates dans un bassin himalayen, le Crétacé sans calottes, le refroidissement du Cénozoïque et la glaciation de la fin du Paléozoïque.

6 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».

Résoudre un problème : la méthode

Je relève dans chaque document la grandeur, son unité et sa date ; je replace toute roche ancienne à sa paléolatitude.
Je calcule ce qui est demandé (rapport, écart, vitesse) en gardant les unités, et je vérifie l’ordre de grandeur.
Je relie la variation du climat à un flux de CO₂ (source ou puits) ou à la position des continents.
Je vérifie la chronologie : la cause doit précéder l’effet ; une coïncidence ne prouve rien.
Je conclus en nommant le mécanisme et ses limites (indicateurs indirects, plusieurs causes).

Problème 1 · Montceau-les-Mines, une forêt houillère en Bourgogne★★★Facile

Document 1 — Le gisement. Montceau-les-Mines (Saône-et-Loire, 46,7° N) est un bassin houiller formé au cœur de la chaîne hercynienne, au Carbonifère supérieur (vers −300 Ma). Ses fossiles : lycopsides arborescents, prêles géantes (sphénopsides), fougères, ptéridospermes, cordaïtes, et une faune d’eau douce.

Document 2 — Paléogéographie. D’après les reconstitutions, le site se trouvait vers −300 Ma à des latitudes équatoriales. Au même moment, la tillite de Dwyka se déposait en Afrique australe, alors vers 60° S (valeur arrondie).

Document 3 — Aujourd’hui. Les grandes forêts marécageuses (Amazonie, bassin du Congo, Indonésie) se trouvent surtout dans la ceinture équatoriale, chaude et humide toute l’année.

1. Un géologue qui raisonnerait à la latitude actuelle de Montceau attendrait un climat .
Tempéré : à 46,7° N aujourd’hui. C’est l’erreur à éviter : une roche de 300 Ma s’interprète à sa paléolatitude.
2. D’après le document 3, les forêts marécageuses actuelles comparables à celle de Montceau se trouvent surtout dans la ceinture .
La ceinture équatoriale : par actualisme, la flore de Montceau indique un climat chaud et humide toute l’année.
3. La flore et la paléolatitude sont des indices (convergents ou contradictoires).
Convergents : deux indices indépendants (paléontologique et paléomagnétique) donnent le même climat équatorial.
4. Écart de latitude entre Montceau et le lieu de dépôt de la tillite de Dwyka vers −300 Ma : environ degrés.
De l’équateur à 60° S : environ 60°.
5. Charbons équatoriaux et tillites de haute latitude du même âge montrent un fort contraste de température entre l’équateur et le .
Le pôle : la Terre du Carbonifère supérieur avait des ceintures climatiques très marquées, avec une calotte au sud du Gondwana.

Problème 2 · Les tillites du Gondwana replacées à leur paléolatitude★★★Moyen

Document 1 — Dépôts d’âge carbonifère-permien de six régions (valeurs simplifiées).

Site	Latitude actuelle	Paléolatitude vers −300 Ma	Dépôt
A — Afrique australe	29° S	65° S	tillite épaisse, roches striées
B — Inde centrale	22° N	50° S	tillite
C — Australie orientale	32° S	58° S	tillite, blocs erratiques
D — Brésil méridional	25° S	48° S	tillite
E — Antarctique	80° S	75° S	tillite
F — un site du même continent	25° N	30° S	grès sans dépôt glaciaire

Document 2 — On prend 1° de latitude ≈ 111 km. Une calotte s’étend autour d’un pôle tant qu’elle repose sur un continent.

1. La tillite qui affleure aujourd’hui le plus près de l’équateur est celle du site .
Le site B (Inde, 22° N) : une tillite dans l’hémisphère Nord, aujourd’hui loin de toute calotte.
2. Toutes les tillites du tableau se sont formées à au moins ° S de paléolatitude.
La plus éloignée du pôle est D, à 48° S.
3. La calotte s’étendait donc au moins jusqu’à degrés du pôle Sud.
90 − 48 = 42° de latitude.
4. Soit une distance d’au moins km du pôle.
42 × 111 = 4 662 km.
5. Le site F montre que les glaces n’atteignaient pas la latitude de ° S.
À 30° S, pas de dépôt glaciaire : la limite de la calotte se situait entre 48° S et 30° S.
6. Réunis autour du pôle Sud, les sites A à E portaient une calotte.
Une même calotte : séparés aujourd’hui par des océans, ces sites appartenaient au même continent, le Gondwana.
7. Raisonner sur les latitudes actuelles ferait croire à des glaciers jusque sous les .
Les tropiques (site B, en Inde, à 22° N) : c’est l’argument que la dérive des continents explique.

Problème 3 · L’altération des silicates dans un grand bassin himalayen★★★Moyen

Document 1 — Les réactions. Altération d’un silicate calcique, la wollastonite : (1) CaSiO₃ + 2 CO₂ + H₂O → Ca²⁺ + 2 HCO₃⁻ + SiO₂. Précipitation dans l’océan : (2) Ca²⁺ + 2 HCO₃⁻ → CaCO₃ + CO₂ + H₂O.

Document 2 — Les flux. Les rivières d’un grand bassin himalayen exportent chaque année (valeurs choisies) 3,7 × 10¹¹ mol d’ions Ca²⁺ issus de l’altération de silicates, et 2,5 × 10¹¹ mol d’ions Ca²⁺ issus de la dissolution de calcaires, qui reprécipitent dans l’océan. M(CO₂) = 44 g/mol.

Document 3 — Un indice discuté. Ces rivières sont très riches en ⁸⁷Sr ; une partie de ce strontium vient de carbonates transformés par le métamorphisme (Quade et al., Science, 1997).

1. Au bilan des réactions (1) et (2), une mole de silicate altéré piège durablement mol de CO₂.
L’altération consomme 2 CO₂, la précipitation en rend 1 : bilan CaSiO₃ + CO₂ → CaCO₃ + SiO₂, soit 1 mol.
2. Masse de CO₂ piégée chaque année par l’altération des silicates du bassin : millions de tonnes (à l’unité).
3,7 × 10¹¹ × 44 = 1,628 × 10¹³ g = 1,628 × 10⁷ t, soit environ 16 millions de tonnes.
3. Un élève qui oublie le CO₂ rendu par la précipitation trouve millions de tonnes (à l’unité).
2 × 16,28 ≈ 33 : il compte les 2 CO₂ consommés par l’altération, deux fois trop.
4. Le calcium issu des calcaires piège au bilan mol de CO₂.
0 : la dissolution du calcaire consomme 1 CO₂, que la reprécipitation rend. Seule l’altération des silicates est un puits durable.
5. La surrection accélère l’altération en exposant sans cesse, grâce à l’érosion, des surfaces de roche .
Des surfaces fraîches : l’érosion mécanique fragmente les roches et évacue les produits d’altération.
6. La mousson renforcée par le relief fournit l’ chargée de CO₂ qui attaque les silicates.
L’eau de pluie, abondante sur le versant sud de l’Himalaya.
7. D’après le document 3, la hausse du ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr de l’océan risque de l’altération des silicates (surestimer ou sous-estimer).
De la surestimer : une partie du ⁸⁷Sr vient de carbonates, dont l’altération ne piège rien. Cet indice ne mesure pas directement le puits de CO₂.

Problème 4 · Le Crétacé, un monde sans calottes★★★Difficile

Document 1 — Reconstitutions (valeurs arrondies) de la production de croûte océanique aux dorsales, du niveau marin par rapport à l’actuel et de la teneur en CO₂.

Âge (Ma)	Production de croûte (km²/an)	Niveau marin (m)	CO₂ estimé (ppm)
140	3,3	+90	1 050
110	4,2	+180	1 500
95	4,6	+230	1 700
70	3,8	+140	900
Actuel	3,1	0	280 (préindustriel)

Document 2 — Vers −120 Ma se met en place dans le Pacifique le plateau d’Ontong Java, le plus vaste plateau volcanique océanique connu : plusieurs dizaines de millions de km³ de basalte émis en quelques millions d’années, loin de toute limite de plaque.

Document 3 — La fonte de toutes les glaces actuelles élèverait le niveau marin d’environ 65 m. Vers −94 Ma, la température des eaux de surface tropicales est estimée à 33-35 °C.

1. Les trois grandeurs du document 1 varient dans le même entre −140 et −70 Ma.
Le même sens : elles augmentent jusqu’à −95 Ma, puis diminuent : corrélation positive.
2. À −95 Ma, la production de croûte vaut fois l’actuelle (au dixième).
4,6 ÷ 3,1 ≈ 1,5.
3. À −95 Ma, le CO₂ vaut fois la valeur préindustrielle (au dixième).
1 700 ÷ 280 ≈ 6,1 : plus de dorsales, plus de dégazage ; si les puits ne compensent pas, le CO₂ s’élève et l’effet de serre renforcé explique des eaux tropicales à 33-35 °C.
4. Le plateau d’Ontong Java ajoute un volcanisme (de dorsale ou intraplaque).
Intraplaque : une grande province magmatique, loin des limites de plaques, qui émet d’énormes quantités de CO₂ en peu de temps.
5. Hauteur du niveau marin de −95 Ma que la fonte des glaces n’explique pas : m.
230 − 65 = 165 m.
6. La fonte des glaces n’explique qu’environ % de la hausse (à l’unité).
65 ÷ 230 ≈ 0,28, soit 28 %.
7. Le reste s’explique par le des dorsales jeunes et chaudes, qui réduit la capacité des bassins.
Le volume : la lithosphère jeune et chaude, moins dense, occupe plus de place ; l’eau déborde sur les continents. Le même moteur élève le CO₂ et le niveau marin, d’où leur corrélation.
8. Un élève affirme : « Avec un climat aussi chaud et humide, l’altération aurait dû faire chuter le CO₂. » L’altération freine la hausse du CO₂ sans l’.
Sans l’annuler : c’est une rétroaction négative, mais le dégazage est très élevé et la mer recouvre une partie des continents, ce qui réduit les surfaces à altérer. Le CO₂ se stabilise à un niveau élevé.

Problème 5 · Le refroidissement du Cénozoïque★★★Difficile

Document 1 — δ¹⁸O des foraminifères benthiques et teneur estimée en CO₂ (valeurs arrondies). Une hausse du δ¹⁸O benthique traduit un refroidissement des eaux profondes et/ou un accroissement du volume des glaces continentales.

Âge (Ma)	52	41	33	2,5
δ¹⁸O benthique (‰)	0,3	1,1	2,8	3,6
CO₂ estimé (ppm)	1 150	860	610	290

Document 2 — Le rapport ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr de l’eau de mer passe de 0,7077 vers −45 Ma à 0,7082 vers −30 Ma, puis à 0,7090 aujourd’hui. Il augmente lorsque l’altération des roches continentales, riches en ⁸⁷Sr, s’intensifie.

Document 3 — Repères tectoniques : collision de l’Inde avec l’Asie à partir de −50 Ma et surrection de l’Himalaya et du Tibet ; ouverture du passage de Tasmanie vers −34 Ma et du passage de Drake vers −30 Ma ; calotte antarctique permanente à partir de −34 Ma environ.

1. De −52 à −2,5 Ma, le δ¹⁸O benthique augmente de ‰.
3,6 − 0,3 = 3,3 ‰ : eaux profondes plus froides et glaces plus étendues. Le Cénozoïque est marqué par un refroidissement global.
2. Sur la même durée, le CO₂ est divisé par environ (au dixième).
1 150 ÷ 290 ≈ 4,0 : un effet de serre affaibli, cohérent avec le refroidissement.
3. D’après les documents 2 et 3, la baisse du CO₂ s’explique par l’intensification de l’ des silicates des reliefs himalayens.
L’altération : le ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr augmente peu après la collision Inde-Asie ; la surrection expose des silicates et renforce la mousson. Bilan : CaSiO₃ + CO₂ → CaCO₃ + SiO₂. Indice à nuancer : une partie du ⁸⁷Sr vient de carbonates.
4. Vitesse moyenne de hausse du δ¹⁸O entre −52 et −41 Ma : ‰ par Ma (au millième).
(1,1 − 0,3) ÷ (52 − 41) = 0,8 ÷ 11 ≈ 0,073 ‰ par Ma.
5. Vitesse moyenne entre −41 et −33 Ma : ‰ par Ma (au centième).
(2,8 − 1,1) ÷ (41 − 33) = 1,7 ÷ 8 ≈ 0,21 ‰ par Ma, environ 3 fois plus vite. Le CO₂, lui, baisse à un rythme comparable sur les deux intervalles (290 ppm en 11 Ma, puis 250 ppm en 8 Ma).
6. L’accélération vers −34 Ma s’explique en partie par l’effet du des glaces sur le δ¹⁸O, quand la calotte antarctique s’installe.
Le volume des glaces : la calotte stocke de l’eau riche en ¹⁶O. Le courant circumpolaire isole l’Antarctique, et l’albédo de la calotte accélère l’englacement une fois un seuil de CO₂ franchi.
7. Synthèse : le refroidissement cénozoïque résulte de la baisse du CO₂ et de la réorganisation, par la tectonique, de la océanique.
De la circulation océanique : depuis environ 50 Ma, l’altération des reliefs du Tertiaire piège le CO₂ ; vers −34 Ma, l’isolement de l’Antarctique par le courant circumpolaire, avec un CO₂ devenu assez bas, permet une calotte permanente dont l’albédo renforce le froid.

Problème 6 · La glaciation de la fin du Paléozoïque★★★Difficile

Document 1 — Teneur estimée en CO₂ et dépôts glaciaires (tillites) du Gondwana.

Âge (Ma)	390	340	300	265
CO₂ estimé (ppm)	2 100	780	350	970
Dépôts glaciaires	absents	locaux	très étendus	absents ou rares

Document 2 — Au Dévonien et au Carbonifère, les plantes vasculaires à bois, riches en lignine, forment les premières grandes forêts. Dans les marécages équatoriaux, leurs restes s’accumulent sans être entièrement décomposés et forment les charbons du Carbonifère. Photosynthèse : 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂.

Document 3 — La chaîne hercynienne naît de la collision entre le Gondwana et la Laurussia, entre −380 et −300 Ma environ. Elle s’étend le long de l’équateur, sous un climat chaud et humide. Vers −270 Ma, la Pangée est formée : son intérieur devient aride et la chaîne est largement arasée.

Document 4 — Vers −300 Ma, la partie sud du Gondwana (Afrique australe, Amérique du Sud, Inde, Australie et Antarctique actuelles) est centrée sur le pôle Sud.

1. Entre −390 et −300 Ma, le CO₂ est divisé par .
2 100 ÷ 350 = 6 : le CO₂ est divisé par 6 en 90 Ma.
2. Plus le CO₂ est bas, plus les dépôts glaciaires sont .
Étendus : la baisse de l’effet de serre accompagne la glaciation.
3. Le carbone fixé par la photosynthèse des forêts n’est soustrait durablement à l’atmosphère que grâce à son sans décomposition.
Son enfouissement : normalement, la décomposition rend le CO₂ ; dans les marécages, les restes riches en lignine s’accumulent et deviennent du charbon.
4. La chaîne hercynienne équatoriale constitue un second puits par l’altération des .
Des silicates : reliefs, chaleur et humidité réunis ; les ions gagnent l’océan, où précipitent des carbonates (bilan CaSiO₃ + CO₂ → CaCO₃ + SiO₂).
5. Une fois la calotte formée sur le Gondwana polaire, son renforce le refroidissement.
Son albédo élevé : la glace réfléchit le rayonnement solaire. La position polaire a fourni le support de la calotte ; le CO₂ bas, les conditions de froid.
6. Entre −300 et −265 Ma, le CO₂ est multiplié par environ (au dixième).
970 ÷ 350 ≈ 2,8.
7. Les deux puits faiblissent (chaîne arasée, marécages en recul) alors que la source continue : le volcanique.
Le dégazage volcanique : le CO₂ remonte, l’effet de serre se renforce, la glaciation prend fin. Le climat dépend de l’équilibre entre sources et puits, contrôlé par la tectonique et la biosphère.

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