Climats du Quaternaire : glaciations et paramètres orbitaux

Glaciations du Quaternaire et dernier maximum glaciaire, période et amplitude des cycles glaciaires-interglaciaires, paramètres orbitaux de Milankovitch et insolation d’été aux hautes latitudes de l’hémisphère Nord, rétroactions de l’albédo, du CO₂ océanique et de la vapeur d’eau, entrées et sorties de glaciation.

À propos de cette page

Cinq problèmes sur documents : neuf interglaciaires d’un sédiment marin, le passage des cycles de 41 000 ans aux cycles de 100 000 ans, l’interglaciaire actuel face à une entrée en glaciation, le déclencheur de la dernière déglaciation, et la place des calottes entre hémisphère Nord et hémisphère Sud.

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

Résoudre un problème : la méthode

Je lis chaque document : grandeur mesurée, unité, archive ou calcul d’origine, époque.
J’extrais et je calcule : période (intervalles, pas repères), écarts, insolation à l’aphélie ou au périhélie, puissance absorbée.
J’ordonne dans le temps : ce qui varie en premier sans dépendre du climat est le déclencheur ; ce qui suit la température est une rétroaction.
Je relie au cours : paramètre orbital de même période, configuration favorable (étés frais vers 65° N), rétroactions positives ou négatives.
Je conclus avec prudence : une période commune suggère un lien, un mécanisme le confirme ; une corrélation ne donne pas le sens de la causalité.

Problème 1 · Neuf interglaciaires dans un sédiment marin★★★Facile

Document 1 — Âges des maxima interglaciaires repérés sur le δ¹⁸O des foraminifères benthiques d’une carotte de l’Atlantique (situation choisie, âges arrondis, en milliers d’années) : 10 ; 125 ; 240 ; 330 ; 410 ; 505 ; 580 ; 695 ; 785.

Document 2 — CO₂ de l’air sur la même période (situation choisie) : valeur la plus basse 186 ppm, la plus haute 292 ppm.

Document 3 — Dans cette carotte, chaque interglaciaire dure de 10 000 à 30 000 ans.

1. Nombre d’intervalles entre ces maxima : .
9 maxima, donc 8 intervalles.
2. Durée moyenne d’un cycle : milliers d’années (à l’unité).
(785 − 10) ÷ 8 = 775 ÷ 8 ≈ 97 milliers d’années.
3. Le paramètre orbital de période voisine est l’.
L’excentricité (≈ 100 000 ans).
4. Amplitude des variations du CO₂ : ppm.
292 − 186 = 106 ppm, bas en période glaciaire, haut en interglaciaire.
5. Le maximum de 10 milliers d’années correspond à l’interglaciaire actuel, l’.
L’Holocène, commencé il y a 11 700 ans.
6. Avec la durée moyenne de cycle trouvée et un interglaciaire de 20 milliers d’années, la période glaciaire occupe % du cycle (à l’unité).
96,875 − 20 = 76,875 ; 76,875 ÷ 96,875 ≈ 0,79, soit 79 % (avec 97 : 77 ÷ 97 ≈ 0,79) : l’essentiel du cycle est glaciaire.

Problème 2 · Deux rythmes pour les glaciations★★★Moyen

Document 1 — Âges des maxima glaciaires dans deux portions d’un même enregistrement marin (situation choisie, en milliers d’années).

Portion	Âges des maxima glaciaires
A (ancienne)	1 598 ; 1 555 ; 1 516 ; 1 473 ; 1 434 ; 1 393
B (récente)	434 ; 342 ; 250 ; 136 ; 18

Document 2 — Les périodes des paramètres orbitaux sont restées les mêmes entre les portions A et B ; dans la portion B, les calottes de l’hémisphère Nord deviennent plus vastes et plus épaisses, et les écarts de température entre glaciaire et interglaciaire augmentent.

1. Portion A : période moyenne milliers d’années.
6 maxima, 5 intervalles : (1 598 − 1 393) ÷ 5 = 205 ÷ 5 = 41 milliers d’années.
2. Portion A : paramètre orbital correspondant : l’.
L’obliquité (≈ 41 000 ans).
3. Portion B : période moyenne milliers d’années.
5 maxima, 4 intervalles : (434 − 18) ÷ 4 = 416 ÷ 4 = 104 milliers d’années.
4. Portion B : paramètre orbital correspondant : l’.
L’excentricité (≈ 100 000 ans).
5. La période de B vaut fois celle de A (au dixième).
104 ÷ 41 ≈ 2,5.

Problème 3 · Pourquoi pas de glaciation aujourd’hui ?★★★Moyen

Document 1 — La situation actuelle : excentricité 0,0167, en baisse ; obliquité 23,44°, en baisse ; aphélie vers le 4 juillet (été boréal près de l’aphélie).

Document 2 — Insolation du jour du solstice d’été à 65° N, calculée sur une orbite circulaire : 494 W·m⁻² pour une obliquité de 23,44° ; 475 W·m⁻² pour 22,3°. À l’aphélie, on divise par (1 + e)².

Document 3 — Une entrée en glaciation (situation choisie) : obliquité 22,3°, excentricité 0,040, solstice d’été boréal à l’aphélie.

Document 4 — D’après des simulations (Ganopolski et al., Nature, 2016), sans perturbation humaine, l’interglaciaire actuel durerait encore environ 50 000 ans.

1. Insolation du solstice d’été à 65° N aujourd’hui : W·m⁻² (à l’unité).
494 ÷ 1,0167² = 494 ÷ 1,0337 ≈ 478 W·m⁻².
2. Insolation dans la configuration du document 3 : W·m⁻² (à l’unité).
475 ÷ 1,04² = 475 ÷ 1,0816 ≈ 439 W·m⁻².
3. Écart entre les deux : W·m⁻².
478 − 439 = 39 W·m⁻².
4. Les étés actuels vers 65° N sont donc (plus ou moins) ensoleillés que lors de cette entrée en glaciation.
Plus ensoleillés : la neige de l’hiver fond en été, les calottes ne s’installent pas.
5. Si l’Holocène dure encore 50 000 ans, il aura duré au total ans.
11 700 + 50 000 = 61 700 ans, bien plus qu’un interglaciaire habituel : la faible excentricité actuelle réduit les écarts d’insolation d’été.

Problème 4 · Qui déclenche la dernière déglaciation ?★★★Difficile

Document 1 — Chronologie simplifiée du début de la dernière déglaciation. Le CO₂ passe de 189 ppm au début de sa hausse à 268 ppm vers −11 500 ans.

Événement	Date (milliers d’années)
Insolation d’été à 65° N : minimum, puis début de la hausse	−22,5
Température antarctique : début de la hausse	−18,2
CO₂ atmosphérique : début de la hausse	−17,9

Document 2 — En comparant cinq carottes de glace antarctiques avec une datation améliorée de l’air, Parrenin et al. (Science, 2013) ne trouvent aucun décalage significatif entre la hausse du CO₂ et celle de la température antarctique.

Document 3 — D’après 80 enregistrements répartis sur le globe (Shakun et al., Nature, 2012), la température moyenne du globe monte d’environ 0,3 °C avant la hausse du CO₂ ; l’essentiel du réchauffement global vient ensuite, en même temps que le CO₂ ou après lui.

1. Décalage entre le début de la hausse de l’insolation et celui de la température antarctique : ans.
22,5 − 18,2 = 4,3 milliers d’années = 4 300 ans.
2. Décalage entre la température antarctique et le CO₂ dans le document 1 : ans.
18,2 − 17,9 = 0,3 millier d’années = 300 ans ; le document 2 montre qu’avec des datations plus précises, ce décalage n’est pas significatif.
3. Hausse du CO₂ pendant la déglaciation : ppm.
268 − 189 = 79 ppm.
4. Soit une hausse relative de % (à l’unité).
79 ÷ 189 ≈ 0,42 : 42 % (on divise par la valeur de départ).
5. La grandeur qui varie la première sans dépendre du climat terrestre est l’.
L’insolation d’été vers 65° N : c’est le déclencheur, des milliers d’années avant la hausse de la température et du CO₂.
6. D’après le document 3, l’essentiel du réchauffement global se produit (avant ou après) le début de la hausse du CO₂.
Après : seuls 0,3 °C précèdent le CO₂. Son effet de serre accompagne et renforce la plus grande partie du réchauffement.
7. Le CO₂ est donc, pendant cette déglaciation, une rétroaction .
Une rétroaction positive : dégazé par un océan qui se réchauffe, il renforce le réchauffement qui l’a fait monter.

Problème 5 · Des calottes au nord, de l’océan au sud★★★Difficile

Document 1 — Répartition des terres : l’hémisphère Nord porte environ les deux tiers des terres émergées, dont de vastes continents entre 50° N et 70° N (Canada, Scandinavie, Sibérie) ; entre 45° S et 65° S, il n’y a presque que de l’océan.

Document 2 — Une configuration orbitale (situation choisie) : obliquité 24,0°, excentricité 0,050, solstice d’été boréal à l’aphélie, donc été austral au périhélie. Sur une orbite circulaire, l’insolation du jour du solstice d’été à 65° de latitude vaudrait 503 W·m⁻² dans chaque hémisphère.

Document 3 — Albédos : neige fraîche 0,85 ; océan libre 0,06.

1. Insolation du solstice d’été à 65° N : W·m⁻² (à l’unité).
À l’aphélie : 503 ÷ 1,05² = 503 ÷ 1,1025 ≈ 456 W·m⁻².
2. Insolation du solstice d’été à 65° S : W·m⁻² (à l’unité).
Au périhélie : 503 ÷ 0,95² = 503 ÷ 0,9025 ≈ 557 W·m⁻².
3. L’été austral reçoit % de plus que l’été boréal (à l’unité).
557 ÷ 456 ≈ 1,22 : 22 % de plus ; c’est (1,05 ÷ 0,95)², quelle que soit l’obliquité.
4. Ce jour-là, l’océan libre vers 65° S absorbe W·m⁻² (à l’unité).
557 × (1 − 0,06) = 557 × 0,94 ≈ 524 W·m⁻².
5. Ce jour-là, une neige fraîche vers 65° N absorbe W·m⁻² (à l’unité).
456 × (1 − 0,85) = 456 × 0,15 ≈ 68 W·m⁻².
6. L’océan austral absorbe environ fois plus que la neige boréale (à l’unité).
524 ÷ 68 ≈ 8.
7. Sans terres émergées entre 45° S et 65° S, la neige ne peut pas s’y accumuler et la rétroaction de l’ ne s’y amorce pas.
De l’albédo : elle exige une neige qui persiste sur un continent ; c’est pourquoi l’insolation d’été de l’hémisphère Nord rythme les glaciations.

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