Climats passés : les indices et le thermomètre isotopique

Complète avec le mot exact.

1. Une couche de gypse surmontée de sel gemme s’est formée sous un climat chaud et .
   Chaud et aride : ces évaporites précipitent quand l’évaporation dépasse les apports d’eau.
2. Une roche faite de blocs anguleux de toutes tailles, certains striés, pris dans une matrice argileuse, est une .
   Une tillite, moraine consolidée : des débris non triés et striés par le frottement sous la glace, donc une glaciation.
3. Le charbon vient de végétaux accumulés dans des , sous un climat à végétation abondante.
   Des marécages, pauvres en dioxygène : la matière végétale y échappe en partie aux décomposeurs.
4. Une bauxite, résidu d’une altération intense des roches, indique un climat chaud et .
   Chaud et humide (tropical) : l’eau abondante et la chaleur lessivent la roche et n’en laissent que l’aluminium et le fer.
5. D’épais limons très fins, déposés par le vent, forment un : climat sec, végétation rare.
   Un loess : les vents balayaient des sols nus, comme autour des calottes glaciaires.
6. Le profil transversal d’une vallée creusée par un glacier a la forme d’un .
   D’un U (auge glaciaire), alors qu’un torrent creuse une vallée en V.

Raisonne à partir de l’observation.

1. Trois arcs morainiques d’un même glacier barrent la vallée à 14 km, 8 km et 3 km de son front actuel. L’arc qui marque l’extension maximale du glacier est à km.
   À 14 km : l’arc le plus éloigné du front actuel marque l’avancée maximale.
2. Parmi ces trois arcs, le plus récent est celui qui est à km.
   À 3 km : en reculant, le glacier abandonne des arcs de plus en plus proches de son front actuel.
3. Sur une roche polie, les stries sont orientées nord-sud, et les blocs erratiques posés dessus viennent d’un massif situé au nord : la glace s’écoulait vers le .
   Vers le sud : les blocs sont transportés de leur roche d’origine dans le sens d’écoulement, que les stries confirment.
4. Un calcaire récifal de 380 millions d’années affleure aujourd’hui à 52° N : il s’est formé en zone .
   En zone intertropicale : les récifs coralliens exigent des eaux chaudes ; le continent a dérivé depuis.
5. Un charbon de 300 millions d’années, formé dans un marécage chaud, affleure en Pologne à 51° N. Pour l’interpréter, on raisonne à sa .
   À sa paléolatitude : à cet âge, la position des continents était très différente.

Calcule. Situation choisie : un glacier long aujourd’hui de 4 km a laissé trois arcs morainiques datés, à 12 km (18 000 ans), 7 km (15 000 ans) et 2 km (11 500 ans) en aval de son front actuel.

1. Vitesse moyenne de recul du front entre 18 000 et 15 000 ans : m par an (au dixième).
   12 − 7 = 5 km = 5 000 m en 18 000 − 15 000 = 3 000 ans : 5 000 ÷ 3 000 ≈ 1,7 m par an.
2. Vitesse moyenne de recul entre 15 000 et 11 500 ans : m par an (au dixième).
   7 − 2 = 5 km = 5 000 m en 3 500 ans : 5 000 ÷ 3 500 ≈ 1,4 m par an.
3. Vitesse moyenne de recul depuis 11 500 ans : m par an (au centième).
   2 000 m en 11 500 ans : 2 000 ÷ 11 500 ≈ 0,17 m par an. Le recul a fortement ralenti à l’Holocène.
4. Depuis son extension maximale, le glacier a perdu % de sa longueur (à l’unité).
   Longueur maximale : 4 + 12 = 16 km ; perte : 12 ÷ 16 = 0,75, soit 75 %. Piège : diviser par 4 km (la longueur actuelle) donnerait 300 %.

Complète avec le mot exact.

1. Les molécules d’eau qui s’évaporent le plus facilement contiennent l’isotope de l’oxygène.
   L’isotope ¹⁶O, le plus léger : la vapeur est appauvrie en ¹⁸O.
2. Le partage inégal des isotopes entre la vapeur et l’eau liquide lors des changements d’état s’appelle le isotopique.
   Le fractionnement isotopique.
3. Un δ¹⁸O de −38 ‰ signifie que la glace est plus en ¹⁸O que la référence.
   Plus pauvre : le rapport ¹⁸O/¹⁶O de la glace est inférieur de 3,8 % à celui de la référence.
4. Pour l’eau et la glace, la référence du δ¹⁸O est l’eau de moyenne actuelle.
   L’eau de mer moyenne (VSMOW) ; pour les carbonates, on utilise un carbonate standard.
5. Quand les calottes grandissent, elles stockent de l’eau riche en ¹⁶O : l’océan s’ en ¹⁸O.
   Il s’enrichit en ¹⁸O, et les tests des foraminifères aussi.

Calcule. Référence de l’eau et de la glace : R = 2,005 2 × 10⁻³.

1. Glace de rapport R = 1,925 0 × 10⁻³ : δ¹⁸O = ‰ (au dixième).
   $({\displaystyle \frac{1,9250}{2,0052}}-1)\times 1000\approx$ −40,0 ‰.
2. Glace de rapport R = 1,945 2 × 10⁻³ : δ¹⁸O = ‰ (au dixième).
   $({\displaystyle \frac{1,9452}{2,0052}}-1)\times 1000\approx$ −29,9 ‰ : cette glace est moins appauvrie que la précédente, elle s’est formée sous un air moins froid.
3. Une glace a un δ¹⁸O de −50,0 ‰ : son rapport vaut R = × 10⁻³ (au dix-millième).
   R = 2,0052 × 10⁻³ × (1 − 0,050) = 2,0052 × 0,95 × 10⁻³ ≈ 1,9049 × 10⁻³.
4. Groenland : niveau A à −34,6 ‰, niveau B à −42,3 ‰. Écart de δ¹⁸O : ‰.
   Écart : 42,3 − 34,6 = 7,7 ‰.
5. Avec 0,68 ‰ par °C sur ce site, l’écart de température entre A et B vaut °C (à l’unité).
   ${\displaystyle \frac{7,7}{0,68}}\approx 11,3$, soit ≈ 11 °C : B, plus appauvri, s’est formé sous un air plus froid.
6. Un élève multiplie l’écart de δ¹⁸O entre A et B par 0,68 au lieu de le diviser : il trouve °C (au dixième).
   7,7 × 0,68 ≈ 5,2 °C au lieu de 11,3 : une erreur d’un facteur 0,68² ≈ 0,46. Des ‰ divisés par des ‰ par °C donnent des °C.
7. Au Groenland (0,7 ‰ par °C), un refroidissement de 9 °C abaisse le δ¹⁸O de la neige de ‰.
   9 × 0,7 = 6,3 ‰.
8. À volume des glaces constant, un refroidissement de 2 °C des eaux profondes élève le δ¹⁸O des foraminifères benthiques de ‰ (0,23 ‰ par °C).
   2 × 0,23 = 0,46 ‰ : c’est l’effet de la température seule.
9. Une hausse de 0,69 ‰ du δ¹⁸O d’un foraminifère, due à la seule température, correspond à un refroidissement de °C.
   ${\displaystyle \frac{0,69}{0,23}}=$ 3 °C.

Raisonne, puis calcule. Carotte du Pacifique : le δ¹⁸O de foraminifères benthiques vaut 5,0 ‰ au dernier maximum glaciaire et 3,2 ‰ aujourd’hui. Des coraux noyés montrent une mer alors 130 m plus basse ; on admet que 10 m de baisse du niveau marin élèvent le δ¹⁸O de l’océan d’environ 0,1 ‰.

1. Du dernier maximum glaciaire à aujourd’hui, cette baisse du δ¹⁸O des foraminifères traduit un (refroidissement ou réchauffement).
   Un réchauffement : pour les foraminifères, δ¹⁸O élevé = glaciaire. La lire comme un refroidissement, c’est appliquer à tort le sens de lecture de la glace.
2. Écart de δ¹⁸O entre les deux niveaux : ‰.
   5,0 − 3,2 = 1,8 ‰.
3. Part de cet écart due au volume des glaces : ‰.
   130 m = 13 × 10 m ; 13 × 0,1 = 1,3 ‰ : l’eau légère qui manque à l’océan est stockée dans les calottes.
4. La part restante, attribuée à la température de l’eau profonde, correspond à un refroidissement d’environ °C (au dixième ; 0,23 ‰ par °C).
   Part restante : 1,8 − 1,3 = 0,5 ‰ ; ${\displaystyle \frac{0,5}{0,23}}\approx$ 2,2 °C : les eaux profondes étaient plus froides au maximum glaciaire. Piège : diviser tout l’écart (1,8 ‰) par 0,23 donnerait près de 8 °C, en oubliant l’effet du volume des glaces.

Complète avec le mot exact.

1. Dans une carotte de glace, la teneur passée de l’atmosphère en méthane se mesure dans l’air des .
   Des bulles, piégées à la base du névé.
2. Un pic de sulfates dans la glace signale une éruption .
   Une éruption volcanique : si elle est datée, ce niveau devient un repère d’âge.
3. Des poussières abondantes dans la glace indiquent des continents plus et des vents plus forts.
   Plus arides : des sols nus, des vents violents, comme en période glaciaire.
4. La neige tassée et poreuse, où l’air circule encore, s’appelle le .
   Le névé ; les pores se ferment à sa base, vers 50 à 120 m de profondeur.

Calcule les âges.

1. Antarctique central : la glace dans laquelle l’air s’isole aujourd’hui a déjà 2 900 ans. Une glace de 21 400 ans y contient un air de ans.
   Décalage : 2 900 ans ; 21 400 − 2 900 = 18 500 ans (décalage supposé constant ; il était plus grand en période glaciaire).
2. Groenland : la glace dans laquelle l’air s’isole aujourd’hui a 310 ans. Une glace de 11 650 ans y contient un air d’environ ans.
   11 650 − 310 = 11 340 ans : la neige s’accumule beaucoup plus vite qu’en Antarctique central, le décalage est faible.
3. Dans une autre carotte, un air daté de 30 000 ans est enfermé dans une glace de ans (décalage : 4 200 ans).
   L’air est plus jeune que la glace qui l’enferme : la glace a 30 000 + 4 200 = 34 200 ans.
4. Pour lire la température de cette même date (30 000 ans), on prend la glace située plus (haut ou bas) dans la carotte.
   Plus haut : la glace de 30 000 ans est moins profonde que celle de 34 200 ans.
5. Dans une carotte (valeurs choisies), le méthane de l’air piégé passe de 370 ppb au dernier maximum glaciaire à 680 ppb au début de l’Holocène : hausse de % (à l’unité).
   ${\displaystyle \frac{680-370}{370}}={\displaystyle \frac{310}{370}}\approx 0,84$, soit 84 %. Piège : diviser par 680 donnerait 46 %.

Raisonne, puis calcule (valeurs choisies). Dans une carotte antarctique, le minimum de δD est à 520 m, dans une glace de 20 000 ans ; le minimum de CO₂ est à 560 m, dans une glace de 23 000 ans où le décalage glace-gaz vaut 3 500 ans.

1. L’air du minimum de CO₂ a ans.
   23 000 − 3 500 = 19 500 ans.
2. Sans correction, on lirait le minimum de CO₂ ans avant le minimum de température.
   En prenant l’âge de la glace : 23 000 − 20 000 = 3 000 ans d’avance, un faux décalage.
3. Après correction, le minimum de CO₂ survient ans après le minimum de température.
   20 000 − 19 500 = 500 ans après.
4. Si le décalage glace-gaz n’est connu qu’à ± 1 000 ans près, l’ordre des deux minimums est (établi ou incertain).
   Incertain : l’écart corrigé (500 ans) est plus petit que l’incertitude sur la correction (1 000 ans). Et même un ordre établi ne dirait pas lequel cause l’autre.

Complète avec le mot exact.

1. La paroi très résistante du grain de pollen, qui se fossilise, s’appelle l’.
   L’exine.
2. Les pollens se conservent bien au fond d’une tourbière parce que le milieu est pauvre en .
   En dioxygène : les décomposeurs y sont peu actifs.
3. L’armoise et les graminées forment le groupe des herbacées .
   Les herbacées steppiques : paysage ouvert, climat froid et sec.
4. Le chêne, le tilleul et l’orme sont des arbres .
   Thermophiles : ils exigent un climat tempéré, doux et humide.
5. On identifie au microscope le genre d’une plante d’après son pollen, car sa est propre à chaque genre.
   Sa forme (taille, ornementation, ouvertures de l’exine).

Calcule les pourcentages (à l’unité), puis conclus.

1. Un niveau de tourbière compte 520 grains, dont 364 de chêne, de noisetier et de tilleul : ces arbres représentent %.
   ${\displaystyle \frac{364}{520}}\times 100=$ 70 % : chênaie mixte, climat tempéré, doux et humide.
2. Au même niveau, 104 grains sont de l’armoise et des graminées : ces herbacées représentent %.
   ${\displaystyle \frac{104}{520}}\times 100=$ 20 %.
3. Un autre niveau compte 410 grains, dont 123 de pin et 41 de bouleau : arbres de climat froid = %.
   123 + 41 = 164 ; ${\displaystyle \frac{164}{410}}\times 100=$ 40 %.
4. Pour qu’un grain représente 0,25 % du total, il faut compter grains.
   100 ÷ 0,25 = 400 grains : c’est pourquoi on compte quelques centaines de grains par niveau.

Raisonne, puis calcule (valeurs choisies).

1. Un niveau compte 45 % de pin, 40 % d’armoise et de graminées et 5 % de chêne. Le pin étant surreprésenté, le paysage autour du site était plutôt une .
   Une steppe : le pollen de pin a pu venir de loin ; les herbacées steppiques, dont le pollen voyage peu, dominent localement.
2. Dans une région, la glace date le début du réchauffement de 11 700 ans ; la chênaie s’installe autour d’un lac vers 9 500 ans : retard de ans.
   11 700 − 9 500 = 2 200 ans : les arbres ont dû migrer depuis leurs zones refuges.
3. Dans un niveau ancien, toutes les espèces de coléoptères vivent aujourd’hui là où juillet est entre 8 et 12 °C ; dans un niveau récent, entre 14 et 18 °C. Juillet s’est réchauffé d’au moins °C.
   Au minimum : de 12 °C (le plus chaud possible pour l’ancien niveau) à 14 °C (le plus froid possible pour le récent), soit 2 °C.
4. Et d’au plus °C.
   Au maximum : de 8 °C à 18 °C, soit 10 °C. L’actualisme donne un intervalle, pas une valeur exacte.

Complète avec le mot exact.

1. Une même couche de cendres retrouvée dans deux archives éloignées permet de les .
   De les synchroniser : la cendre s’est déposée en quelques jours sur une vaste région.
2. La méthode du carbone 14 ne s’applique qu’à du carbone d’origine .
   Biologique : bois, tourbe, pollens, tests de foraminifères.
3. Une inversion du champ terrestre, enregistrée dans les sédiments marins, est un repère daté.
   Du champ magnétique.
4. Le comptage des couches annuelles devient moins précis en profondeur parce que les couches s’.
   S’amincissent : la glace s’écoule et s’étire, les sédiments se tassent.

Calcule. Carbone 14 : T = 5 730 ans, $t={\displaystyle \frac{T}{\ln 2}}\ln {\displaystyle \frac{N_0}{N}}$.

1. Un bois a conservé 22 % de son ¹⁴C : il a environ ans (à la centaine).
   $t={\displaystyle \frac{5730}{\ln 2}}\times \ln {\displaystyle \frac{1}{0,22}}\approx 8266,6\times 1,514\approx 12517$ ans, soit ≈ 12 500 ans. Contrôle : 22 % est entre 25 % (2 demi-vies) et 12,5 % (3 demi-vies).
2. Ce bois est à 4,15 m sous la surface de la tourbière : vitesse moyenne d’accumulation mm par an (au centième).
   4 150 mm en 12 517 ans : 4 150 ÷ 12 517 ≈ 0,33 mm par an (surface d’âge nul, tassement négligé).
3. Une tourbe a conservé 58 % de son ¹⁴C : elle a environ ans (à la centaine).
   8 266,6 × ln(1 ÷ 0,58) ≈ 8 266,6 × 0,545 ≈ 4 503, soit ≈ 4 500 ans.
4. Un sédiment marin s’accumule à 1,8 cm par millénaire : un niveau à 2,25 m a environ ans.
   225 cm ÷ 1,8 = 125 millénaires, soit 125 000 ans.
5. Deux repères datés : 4,20 m (12 000 ans) et 5,70 m (15 600 ans). Un niveau à 5,20 m a environ ans.
   12 000 + ${\displaystyle \frac{5,20-4,20}{5,70-4,20}}$ × 3 600 = 12 000 + ${\displaystyle \frac{1,00}{1,50}}$ × 3 600 = 14 400 ans.
6. 3,6 m de sédiments lacustres comptent 4 800 varves : épaisseur moyenne d’une varve mm.
   3 600 mm ÷ 4 800 = 0,75 mm.

Raisonne, puis calcule.

1. Un échantillon contient 0,09 % de son ¹⁴C initial, mais on y a ajouté par erreur 1 % de carbone actuel (100 % de ¹⁴C). La fraction mesurée vaut % (au centième).
   0,99 × 0,09 % + 0,01 × 100 % = 0,0891 + 1 = 1,09 % (au centième).
2. L’âge apparent de cet échantillon contaminé est d’environ ans (au millier).
   8 266,6 × ln(1 ÷ 0,0109) ≈ 8 266,6 × 4,52 ≈ 37 400, soit ≈ 37 000 ans, au lieu d’environ 58 000 : près du seuil de détection, une contamination infime rajeunit fortement l’âge. D’où la limite d’environ 50 000 ans.
3. Une carotte lacustre a 9 600 ans à 3,00 m (surface d’âge nul). En gardant cette vitesse, on estimerait l’âge d’un niveau à 6,00 m à ans.
   Vitesse : 300 cm en 9 600 ans ; à 6,00 m : 2 × 9 600 = 19 200 ans.
4. Le carbone 14 date ce niveau de 6,00 m de 24 000 ans : entre 3,00 m et 6,00 m, la vitesse moyenne de dépôt était de cm par siècle (au dixième).
   300 cm en 24 000 − 9 600 = 14 400 ans, soit 144 siècles : 300 ÷ 144 ≈ 2,1 cm par siècle, contre 300 ÷ 96 ≈ 3,1 au-dessus : la vitesse n’était pas constante, l’extrapolation sous-estimait l’âge.

Complète.

1. Presque toutes les calottes sont à leur extension maximale entre 26 500 ans et environ ans.
   Jusque vers 19 000 ans (19 000 à 20 000 selon les calottes, Clark et al., 2009).
2. L’Holocène commence il y a ans.
   Il y a 11 700 ans, âge compté dans la glace groenlandaise.
3. Le corail Acropora palmata vit à moins de m sous la surface de la mer.
   Moins de 5 m : un récif noyé de cette espèce date un ancien niveau marin.
4. Une terrasse fluviatile est un ancien fond de , abandonné quand la rivière s’enfonce.
   Un ancien fond de vallée, laissé en gradin au-dessus de la rivière actuelle.
5. Le petit âge glaciaire s’étend environ du XIV^e au siècle.
   Au XIX^e siècle : les glaciers alpins reculent ensuite.

Calcule (valeurs choisies, sauf mention).

1. La mer remonte de −112 m à −60 m entre 14 000 et 10 000 ans : m par siècle (au dixième).
   52 m en 4 000 ans = 40 siècles : 52 ÷ 40 = 1,3 m par siècle.
2. Entre 21 000 et 7 000 ans, la mer remonte d’environ 130 m : vitesse moyenne mm par an (au dixième).
   130 000 mm en 14 000 ans : 130 000 ÷ 14 000 ≈ 9,3 mm par an.
3. Une rivière a laissé trois terrasses à 9 m, 24 m et 51 m au-dessus de son lit ; le sol de la région monte de 0,3 mm par an et la rivière s’enfonce au même rythme. La terrasse la plus ancienne a environ ans.
   La plus haute est la plus ancienne (abandonnée la première) : 51 m = 51 000 mm ; 51 000 ÷ 0,3 = 170 000 ans. Prendre la plus basse donnerait 30 000 ans : c’est l’âge de la plus récente.

Raisonne sur les indices discordants.

1. La glace antarctique montre huit cycles glaciaires depuis environ 800 000 ans ; Penck et Brückner n’en avaient reconnu que quatre : au moins cycles ont échappé aux terrasses et moraines étudiées.
   8 − 4 = 4 : une glaciation efface ou remanie les dépôts des précédentes ; l’archive continentale est incomplète.
2. Les terrasses d’une rivière ne restent étagées en gradins que si la région se .
   Se soulève : la rivière s’enfonce alors à chaque cycle sous ses anciens dépôts ; ailleurs, les dépôts s’empilent ou se remanient.
3. Une plage fossile de 125 000 ans est aujourd’hui à 21 m au-dessus de la mer, sur une côte qui monte de 0,12 mm par an : depuis, la côte est montée de m.
   0,12 mm × 125 000 = 15 000 mm = 15 m.
4. Corrigé de cette montée de la côte, le niveau marin d’il y a 125 000 ans était plus haut qu’aujourd’hui d’environ m.
   21 − 15 = 6 m. Lue sans correction, la plage indiquerait une mer 21 m plus haute, ce que les autres indices ne montrent pas : la discordance est résolue par la tectonique. Une mer un peu plus haute concorde avec des calottes un peu plus réduites qu’aujourd’hui à cet interglaciaire (de 6 à 9 m plus haut d’après Dutton et al., Science, 2015).
5. Une moraine du petit âge glaciaire datée de 1640 dans les Alpes ne date pas le moment le plus froid à l’échelle du .
   Du globe : c’est un indice local ; le moment le plus froid diffère selon les régions.