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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
Les 36 questions du QCM en version texte
Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.
Niveau facile ★ — 12 questions
Avant environ un million d’années, les cycles glaciaires-interglaciaires duraient plutôt :
- A. environ 100 000 ans
- B. environ 41 000 ans
- C. environ 405 000 ans
- D. environ 11 700 ans
Réponse
B. environ 41 000 ans — Entre environ 3 et 1 million d’années, les cycles suivaient le rythme de l’obliquité, d’environ 41 000 ans ; le rythme de 100 000 ans s’installe ensuite.
Le périhélie de l’orbite terrestre est :
- A. le point de l’orbite le plus éloigné du Soleil
- B. le jour le plus long de l’année boréale
- C. l’angle maximal de l’axe de rotation
- D. le point de l’orbite le plus proche du Soleil
Réponse
D. le point de l’orbite le plus proche du Soleil — Au périhélie, la distance au Soleil vaut a(1 − e) ; à l’aphélie, le point le plus éloigné, a(1 + e).
Qui a calculé, dans les années 1 920 à 1 940, les variations d’insolation dues à l’orbite terrestre ?
- A. Milutin Milankovitch
- B. Alfred Wegener
- C. Nicholas Shackleton
- D. Svante August Arrhenius
Réponse
A. Milutin Milankovitch — L’astronome serbe Milutin Milankovitch a calculé l’insolation selon les latitudes et les saisons ; Shackleton a contribué en 1 976 à retrouver ces périodes dans les sédiments.
Dans un cycle glaciaire « en dents de scie », la phase rapide est :
- A. le refroidissement de l’entrée en glaciation
- B. le maximum glaciaire, qui dure peu
- C. le réchauffement de la terminaison
- D. la croissance des calottes du Nord
Réponse
C. le réchauffement de la terminaison — Le refroidissement est lent et irrégulier, le réchauffement final, la terminaison, se fait en une dizaine de milliers d’années.
Pour une rétroaction, le mot « positive » signifie :
- A. qu’elle est favorable aux êtres vivants
- B. qu’elle provoque toujours un réchauffement
- C. qu’elle va dans le sens de la variation initiale
- D. qu’elle s’oppose toujours à la variation initiale
Réponse
C. qu’elle va dans le sens de la variation initiale — Positive = elle amplifie la variation, qu’il s’agisse d’un refroidissement ou d’un réchauffement ; cela ne dit rien de ses effets sur la vie.
Au dernier maximum glaciaire, le CO₂ de l’air valait environ :
- A. 180 à 190 ppm
- B. 280 à 300 ppm
- C. environ 420 ppm
- D. environ 1 000 ppm
Réponse
A. 180 à 190 ppm — Environ 180 à 190 ppm, contre 280 ppm avant la révolution industrielle et plus de 420 ppm aujourd’hui.
Pourquoi les grandes calottes nouvelles du Quaternaire se forment-elles dans l’hémisphère Nord ?
- A. Il reçoit moins d’énergie que l’hémisphère Sud
- B. Son été a toujours lieu à l’aphélie
- C. Ses océans sont plus froids que l’océan Austral
- D. Il porte de vastes continents aux hautes latitudes
Réponse
D. Il porte de vastes continents aux hautes latitudes — Les terres des hautes latitudes (Canada, Scandinavie, Sibérie) sont presque toutes au nord ; au sud, entre 45° S et 65° S, il n’y a presque que de l’océan, et l’Antarctique est déjà englacé.
Une glaciation s’amorce surtout lorsque :
- A. les hivers sont très froids vers 65° N
- B. les étés sont frais vers 65° N
- C. la Terre est en moyenne plus loin du Soleil
- D. l’énergie annuelle reçue baisse de 10 %
Réponse
B. les étés sont frais vers 65° N — Il fait de toute façon assez froid l’hiver pour qu’il neige ; c’est un été frais qui laisse la neige persister d’une année à l’autre.
Laquelle de ces surfaces a l’albédo le plus élevé ?
- A. La neige fraîche
- B. L’océan libre
- C. Une forêt de conifères
- D. Une toundra sans neige
Réponse
A. La neige fraîche — La neige fraîche réfléchit 80 à 90 % du rayonnement solaire, l’océan libre environ 6 % ; forêts et toundras sombres réfléchissent peu.
Lors d’une terminaison, le CO₂ de l’air augmente notamment parce que :
- A. les volcans deviennent beaucoup plus actifs
- B. les grandes forêts boréales brûlent en masse
- C. l’océan qui se réchauffe dissout moins de CO₂
- D. les calottes libèrent l’air de leurs bulles
Réponse
C. l’océan qui se réchauffe dissout moins de CO₂ — Une eau plus chaude dissout moins de gaz : l’océan qui se réchauffe rend du CO₂ à l’atmosphère (solubilité océanique du CO₂).
La dernière glaciation s’étend environ :
- A. de −26 500 à −19 000 ans
- B. de −2,58 millions à −11 700 ans
- C. de −800 000 à −120 000 ans
- D. de −120 000 à −11 000 ans
Réponse
D. de −120 000 à −11 000 ans — De −120 000 à −11 000 ans environ ; −26 500 à −19 000 ans est seulement son maximum, et 2,58 millions d’années le début du Quaternaire.
L’obliquité actuelle de la Terre :
- A. augmente lentement
- B. diminue lentement
- C. reste constante
- D. est à son maximum
Réponse
B. diminue lentement — Elle diminue : son dernier maximum date d’environ 10 000 ans et son prochain minimum viendra dans environ 10 000 ans (NASA).
Niveau moyen ★★ — 12 questions
Des maxima de température sont datés de −312, −271, −229 et −189 milliers d’années. Quel paramètre orbital est le plus probablement en cause ?
- A. L’excentricité, période de 100 ka
- B. La précession, période de 23 ka
- C. L’obliquité, période de 41 ka
- D. L’excentricité, période de 405 ka
Réponse
C. L’obliquité, période de 41 ka — Période moyenne : (312 − 189) ÷ 3 = 123 ÷ 3 = 41 ka, la période de l’obliquité.
Sept maxima glaciaires s’étalent de −700 à −10 milliers d’années. La période moyenne vaut :
- A. 115 milliers d’années
- B. 98,6 milliers d’années
- C. 138 milliers d’années
- D. 100 milliers d’années
Réponse
A. 115 milliers d’années — 7 maxima, 6 intervalles : 690 ÷ 6 = 115 ; diviser par 7 (98,6) compte les maxima au lieu des intervalles.
Sur 400 000 ans, un enregistrement montre 4 cycles amples et, superposées, des oscillations d’environ 20 000 ans. Ces oscillations sont attribuées :
- A. à l’obliquité de l’axe
- B. à l’excentricité de 405 000 ans
- C. à l’activité du Soleil
- D. à la précession climatique
Réponse
D. à la précession climatique — Une période d’environ 20 000 ans est celle de la précession climatique (19 000 à 23 000 ans) ; celle de l’obliquité est environ deux fois plus longue.
Un refroidissement initial de 2 °C devient, après la réponse du climat, un refroidissement de 3 °C. Cette réponse est :
- A. une rétroaction négative
- B. une rétroaction positive
- C. un forçage orbital
- D. un forçage volcanique
Réponse
B. une rétroaction positive — La réponse va dans le sens de la variation initiale et l’amplifie : c’est une rétroaction positive.
La Terre passe aujourd’hui au périhélie vers le 3 janvier. Environ une demi-période de précession plus tard, elle y passera vers :
- A. le début du mois de juillet
- B. le début du mois d’avril
- C. le 3 janvier, comme aujourd’hui
- D. le début du mois d’octobre
Réponse
A. le début du mois de juillet — En une demi-période (environ 10 000 à 11 000 ans), la date du périhélie se décale d’une demi-année : l’été boréal aura lieu près du périhélie.
Lors d’une entrée en glaciation, laquelle de ces variations n’est PAS une rétroaction ?
- A. L’océan refroidi dissout davantage de CO₂
- B. La neige qui s’étend renvoie plus de lumière
- C. L’insolation d’été baisse vers 65° N
- D. L’air plus froid contient moins de vapeur d’eau
Réponse
C. L’insolation d’été baisse vers 65° N — La baisse de l’insolation d’été ne dépend pas du climat : c’est le forçage. Les trois autres sont provoquées par le refroidissement et l’amplifient.
Quel ordre décrit une entrée en glaciation ?
- A. albédo accru → insolation d’été faible → neige persistante → refroidissement global
- B. insolation d’été faible → neige persistante → albédo accru → refroidissement global
- C. refroidissement global → insolation d’été faible → albédo accru → neige persistante
- D. neige persistante → refroidissement global → insolation d’été faible → albédo accru
Réponse
B. insolation d’été faible → neige persistante → albédo accru → refroidissement global — Le forçage orbital vient en premier (étés frais), la neige persiste, l’albédo augmente, puis les rétroactions étendent le refroidissement à la planète.
En 500 000 ans, combien de cycles de précession d’environ 21 000 ans se succèdent ?
- A. environ 12
- B. environ 5
- C. environ 240
- D. environ 24
Réponse
D. environ 24 — 500 000 ÷ 21 000 ≈ 23,8, soit environ 24 ; environ 12 correspond à l’obliquité, 5 à l’excentricité de 100 000 ans.
Un élève écrit : « La précession climatique fait osciller l’inclinaison de l’axe entre 22,1° et 24,5°. » Où est son erreur ?
- A. l’inclinaison de l’axe ne varie plus depuis un million d’années
- B. la précession modifie la forme de l’orbite
- C. ces deux valeurs bornent en fait l’excentricité
- D. la précession déplace les saisons sur l’orbite
Réponse
D. la précession déplace les saisons sur l’orbite — C’est l’obliquité qui varie de 22,1° à 24,5° ; la précession climatique change la saison du passage au périhélie sans modifier l’inclinaison. La forme de l’orbite, c’est l’excentricité (de presque 0 à environ 0,06).
L’excentricité passe de 0,045 à 0,010. L’écart d’insolation d’été entre un été boréal au périhélie et un été à l’aphélie :
- A. augmente nettement
- B. diminue nettement
- C. reste le même
- D. change de signe
Réponse
B. diminue nettement — Sur une orbite plus circulaire, les distances au périhélie et à l’aphélie se rapprochent : la position de l’été sur l’orbite compte de moins en moins.
En 1 976, Hays, Imbrie et Shackleton retrouvent dans des sédiments marins des oscillations d’environ 23 000, 41 000 et 100 000 ans. Ce résultat :
- A. confirme la théorie astronomique de Milankovitch
- B. montre que le CO₂ déclenche les glaciations
- C. date le début du Quaternaire
- D. prouve que la tectonique rythme les cycles
Réponse
A. confirme la théorie astronomique de Milankovitch — Ces périodes sont celles de la précession, de l’obliquité et de l’excentricité : l’orbite rythme les glaciations, comme l’avait calculé Milankovitch.
Avec e = 0,05, un solstice d’été à l’aphélie reçoit environ 9 % de moins que sur une orbite circulaire. Au périhélie, il recevrait environ :
- A. 9 % de plus
- B. 5 % de plus
- C. 11 % de plus
- D. 22 % de plus
Réponse
C. 11 % de plus — 1 ÷ 0,95² ≈ 1,108 : environ 11 % de plus. Les deux écarts ne sont pas symétriques ; 22 % est l’écart entre périhélie et aphélie, 5 % la seule excentricité.
Niveau difficile ★★★ — 12 questions
L’excentricité modifie très peu l’énergie solaire annuelle. Pourquoi peut-elle pourtant rythmer les cycles de 100 000 ans ?
- A. Elle modifie fortement la distance moyenne annuelle entre la Terre et le Soleil
- B. Elle modifie directement l’inclinaison de l’axe de rotation
- C. Elle agit directement sur la teneur en CO₂ de l’atmosphère
- D. Elle module l’effet de la précession, amplifié par des rétroactions
Réponse
D. Elle module l’effet de la précession, amplifié par des rétroactions — L’excentricité fixe l’écart de distance entre périhélie et aphélie, donc l’effet de la précession sur l’insolation d’été ; les rétroactions amplifient ensuite ce signal.
Le seuil d’insolation d’été qui déclenche une glaciation dépend du CO₂. Avec un CO₂ plus élevé, une glaciation exige :
- A. des étés plus ensoleillés vers 65° N
- B. des étés encore plus frais vers 65° N
- C. des étés aussi frais qu’auparavant
- D. des hivers plus doux vers 65° N
Réponse
B. des étés encore plus frais vers 65° N — Un CO₂ plus élevé renforce l’effet de serre : il faut une insolation d’été encore plus faible pour que la neige persiste ; c’est pourquoi les émissions humaines retardent la prochaine glaciation.
Dans les carottes antarctiques, CO₂ et température sont corrélés sur 800 000 ans. Quelle conclusion est correcte ?
- A. Un couplage existe, sans preuve du sens causal
- B. Le CO₂ est la cause unique des cycles glaciaires
- C. La température seule fait varier le CO₂
- D. La corrélation prouve que les deux sont indépendants
Réponse
A. Un couplage existe, sans preuve du sens causal — La corrélation montre un couplage à double sens (effet de serre et solubilité océanique) ; le déclencheur des cycles est orbital.
« Le CO₂ monte presque en même temps que la température antarctique, donc il déclenche les terminaisons. » Quelle objection est la plus juste ?
- A. Le CO₂ n’a aucun effet sur la température de la Terre
- B. Le CO₂ des bulles d’air ne peut pas être mesuré avec précision
- C. L’insolation d’été vers 65° N monte des milliers d’années avant
- D. La température antarctique ne varie pas lors des terminaisons
Réponse
C. L’insolation d’été vers 65° N monte des milliers d’années avant — Le déclencheur varie le premier et ne dépend pas du climat : c’est l’insolation d’été vers 65° N ; le CO₂, qui suit l’océan, amplifie.
Quelle affirmation sur la baisse glaciaire du CO₂ est exacte ?
- A. Elle vient de l’arrêt presque complet des volcans
- B. La solubilité n’en explique qu’une partie
- C. Les calottes en croissance ont absorbé ce CO₂
- D. Elle est sans effet sur le climat
Réponse
B. La solubilité n’en explique qu’une partie — Un océan froid dissout plus de CO₂, mais d’autres mécanismes océaniques (circulation profonde, vie marine) contribuent aussi aux 80 à 100 ppm d’écart.
« Puisque le CO₂ suit la température en Antarctique, il n’a aucun effet sur le climat. » Cette phrase est :
- A. juste, car une conséquence ne peut pas agir sur sa cause
- B. juste, car le CO₂ n’est pas un gaz à effet de serre
- C. fausse, car c’est toujours lui qui déclenche les terminaisons
- D. fausse, car il précède l’essentiel du réchauffement global
Réponse
D. fausse, car il précède l’essentiel du réchauffement global — Une conséquence peut renforcer sa cause : c’est une rétroaction. À l’échelle du globe, l’essentiel du réchauffement de la dernière déglaciation suit la hausse du CO₂ (Shakun et al., 2 012).
L’obliquité sera à son minimum dans environ 10 000 ans. Pourquoi n’attend-on pas pour autant une glaciation ?
- A. L’excentricité, faible, réduit l’effet de la précession
- B. Une obliquité faible réchauffe nettement les étés boréaux
- C. L’obliquité n’a aucun effet sur l’insolation d’été
- D. L’été boréal sera alors à l’aphélie, ce qui réchauffe
Réponse
A. L’excentricité, faible, réduit l’effet de la précession — Avec une excentricité faible et en baisse, les étés à 65° N ne deviennent pas assez frais ; sans perturbation humaine, l’interglaciaire durerait encore environ 50 000 ans.
Un modèle forcé par les seuls paramètres orbitaux, sans aucune rétroaction, produirait des cycles :
- A. plus amples qu’observés
- B. identiques aux observations
- C. de très faible amplitude
- D. sans aucune périodicité
Réponse
C. de très faible amplitude — Le forçage orbital change peu l’énergie absorbée ; ce sont l’albédo, le CO₂ et la vapeur d’eau qui donnent aux cycles leur amplitude.
Quelle phrase confond forçage et rétroaction ?
- A. « L’insolation d’été déclenche les terminaisons. »
- B. « Le CO₂ amplifie le réchauffement une fois engagé. »
- C. « La fonte des calottes déclenche les terminaisons. »
- D. « L’albédo baisse quand les calottes fondent. »
Réponse
C. « La fonte des calottes déclenche les terminaisons. » — La fonte des calottes dépend de la température : c’est une réponse, qui amplifie par l’albédo ; le déclencheur est l’insolation d’été vers 65° N.
Les périodes orbitales n’ont pas changé, mais les cycles sont passés de 41 000 à 100 000 ans. On en déduit que :
- A. la réponse des calottes et des rétroactions a changé
- B. l’orbite de la Terre a changé de forme moyenne
- C. les cycles de 100 000 ans sont dus à la tectonique
- D. l’obliquité a cessé de varier il y a un million d’années
Réponse
A. la réponse des calottes et des rétroactions a changé — Les forçages gardent leurs périodes ; c’est le système climatique, avec des calottes plus grandes, qui répond désormais surtout au rythme de 100 000 ans.
Une configuration associe une obliquité forte (24,3°) et un été boréal à l’aphélie sur une orbite très excentrique. Que peut-on dire ?
- A. Elle est forcément très favorable à une entrée en glaciation
- B. Elle est forcément très défavorable à une glaciation
- C. Elle n’a aucun effet sur l’insolation d’été
- D. Les effets s’opposent : il faut chiffrer l’insolation
Réponse
D. Les effets s’opposent : il faut chiffrer l’insolation — Une obliquité forte réchauffe les étés des hautes latitudes, l’aphélie les refroidit : seul le calcul de l’insolation d’été vers 65° N permet de conclure.
« Les glaciations arrivent quand la Terre est plus loin du Soleil. » Quel argument réfute le mieux cette phrase ?
- A. La distance de la Terre au Soleil ne varie jamais au cours du temps
- B. L’énergie annuelle varie très peu ; seule compte l’insolation d’été
- C. Les glaciations arrivent quand la Terre est plus près du Soleil
- D. L’insolation d’hiver contrôle seule la croissance des calottes
Réponse
B. L’énergie annuelle varie très peu ; seule compte l’insolation d’été — L’énergie annuelle varie de moins de 0,2 % ; c’est la répartition de l’insolation, en particulier les étés vers 65° N, qui décide de l’englacement.
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