Climats passés : les indices et le thermomètre isotopique

Indices et archives des climats passés lus par l’actualisme (roches, moraines, paléolatitude), thermomètre isotopique (δ¹⁸O des glaces et des carbonates marins), carottes de glace et âge de l’air, pollens, faune et mégafaune des peintures rupestres, datation des archives, convergence et discordances des indices sur le dernier maximum glaciaire et l’Holocène.

À propos de cette page

Six problèmes sur documents : le diagramme pollinique d’un lac du Massif central, deux archives comparées (glace antarctique et foraminifères), les moraines datées d’un glacier alpin, la datation d’une carotte groenlandaise, des coraux noyés et le niveau des mers, le petit âge glaciaire face à une étude mondiale des indices.

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

Résoudre un problème : la méthode

Je lis chaque document : l’archive (glace, sédiment marin, lac, tourbière, paysage), l’indice mesuré, son unité (‰, %, m, ppm), sa source et si les valeurs sont réelles ou choisies.
Je rappelle le sens de lecture de chaque indice : glace, δ bas = froid ; foraminifères, δ¹⁸O élevé = glaciaire ; pollens, groupes écologiques ; moraine, extension d’un glacier.
Je calcule dans l’ordre des questions : écart de δ ÷ coefficient, pourcentages, âges (carbone 14, couches, vitesse, interpolation), vitesses de recul ou de remontée.
Je confronte les archives à la même date : convergence, ou discordance à expliquer (archive incomplète, indice local, retard, datation).
Je conclus par une phrase qui nomme le climat, la date et les indices qui le prouvent, avec leurs valeurs.

Problème 1 · Le diagramme pollinique d’un lac du Massif central★★★Facile

Document 1 — Pourcentages de pollens de trois niveaux d’une carotte prélevée dans un lac du Massif central (valeurs simplifiées).

Niveau (âge)	Armoise	Graminées	Bouleau	Pin	Chêne et noisetier
Niveau 3 (15 800 ans)	31	36	9	21	3
Niveau 2 (11 200 ans)	8	14	29	41	8
Niveau 1 (7 400 ans)	2	9	7	17	65

Document 2 — Macrorestes du niveau 2. On y trouve de nombreuses graines et feuilles de bouleau, mais aucune aiguille ni graine de pin (situation choisie).

1. Niveau 3 : herbacées steppiques = %.
Armoise + graminées : 31 + 36 = 67 %.
2. Niveau 3 : le paysage autour du lac était une .
Une steppe (arbres rares) : par actualisme, climat froid et sec.
3. Niveau 2 : bouleau et pin réunis = %.
29 + 41 = 70 % : forêt claire d’arbres de climat frais ; la steppe recule.
4. Niveau 2 : d’après le document 2, le pollen de pin venait surtout de (près ou loin).
De loin : aucune aiguille ni graine de pin sur place, alors que le bouleau y a laissé graines et feuilles. Le pollen de pin, ailé, voyage loin : il est surreprésenté, et la forêt autour du lac était une forêt claire de bouleaux.
5. Niveau 1 : arbres thermophiles = %.
65 % : chênaie mixte, climat tempéré, doux et humide.
6. De 15 800 à 7 400 ans, les herbacées steppiques passent de 67 % à %.
Niveau 1 : 2 + 9 = 11 %. Avec l’essor des thermophiles (3 % → 65 %), cela traduit un réchauffement et une humidification : on passe d’un climat glaciaire à un climat tempéré.

Problème 2 · Deux archives, un même signal ?★★★Moyen

Document 1 — δD de la glace d’une carotte antarctique et δ¹⁸O de foraminifères benthiques d’une carotte de l’Atlantique Nord, aux mêmes âges, datés indépendamment (valeurs simplifiées).

Âge (milliers d’années)	0	20	60	125	140
δD de la glace (‰)	−396	−441	−428	−380	−438
δ¹⁸O des foraminifères (‰)	3,4	5,1	4,5	3,1	4,8

Document 2 — Sur le site antarctique, on admet que le δD de la glace varie de 6,1 ‰ par °C.

1. D’après la glace, l’âge le plus froid du tableau est milliers d’années.
20 : δD minimal (−441 ‰), neige la plus appauvrie.
2. À ce même âge, le δ¹⁸O des foraminifères est (maximal ou minimal).
Maximal (5,1 ‰) : océan enrichi en ¹⁸O, calottes étendues. Deux archives indépendantes placent la glaciation à la même époque.
3. Écart de température en Antarctique entre il y a 20 000 ans et aujourd’hui : °C (au dixième).
Écart de δD : 441 − 396 = 45 ‰ ; $\frac{45}{6, 1} \approx$ 7,4 °C de moins il y a 20 000 ans.
4. Il y a 125 000 ans, l’Antarctique était plus chaud qu’aujourd’hui d’environ °C (au dixième).
δD : 396 − 380 = 16 ‰ de plus (−380 est au-dessus de −396) ; $\frac{16}{6, 1} \approx$ 2,6 °C.
5. À 125 000 ans, le δ¹⁸O des foraminifères (3,1 ‰) indique un volume des glaces plus qu’aujourd’hui.
Plus faible : 3,1 ‰ < 3,4 ‰. Les deux indices concordent : cet interglaciaire était plus chaud que l’actuel, avec des calottes plus réduites.
6. Cet écart de température calculé à partir du δD est un écart de température (locale ou mondiale).
Locale : le δD donne la température au-dessus du site antarctique, où les variations sont amplifiées.

Problème 3 · Les moraines d’un glacier des Alpes★★★Moyen

Document 1 — Trois arcs morainiques barrent la vallée en aval du front actuel d’un glacier (situation choisie) : M1 à 7,2 km, M2 à 4,8 km, M3 à 1,3 km. M3 est une moraine fraîche, presque sans végétation.

Document 2 — Datations. Juste en amont de M1, à la base d’une tourbière formée après le départ de la glace, un bois contient 23,5 % de son ¹⁴C initial (T = 5 730 ans). Dans un lac retenu en amont de M2, on compte 9 870 varves au-dessus des dépôts glaciaires. Des gravures montrent le glacier appuyé sur M3 vers 1850 ; la carotte a été prélevée en 2025.

1. Âge du bois de la tourbière : ans (au millier).
$t = \frac{5 730}{\ln 2} \times \ln \frac{1}{0, 235} \approx 8 266, 6 \times 1, 448 \approx 11 971$ , soit ≈ 12 000 ans.
2. La tourbe s’étant formée après le départ de la glace, l’âge de sa base est, pour le départ du glacier de M1, un âge (minimal ou maximal).
Un âge minimal : la tourbe ne commence qu’une fois la glace partie ; le glacier a quitté M1 au moins 12 000 ans avant 2025.
3. Avec l’âge arrondi trouvé pour M1, le glacier a mis environ ans pour reculer de M1 à M2.
Une varve par an depuis le départ de la glace de M2 : 9 870 ans. Durée : 12 000 − 9 870 = 2 130 ans.
4. Vitesse moyenne de recul de M1 à M2 : m par an (au dixième).
7,2 − 4,8 = 2,4 km = 2 400 m en 2 130 ans : 2 400 ÷ 2 130 ≈ 1,1 m par an.
5. De 1850 à 2025, le front a reculé depuis M3 de m par an en moyenne (au dixième).
1 300 m en 175 ans : 1 300 ÷ 175 ≈ 7,4 m par an, bien plus vite qu’au début de l’Holocène.
6. M3, plus récente que M2 mais plus en aval que le front de 2025, marque une du glacier pendant le petit âge glaciaire.
Une réavancée : le glacier, qui avait reculé en amont de M3 pendant l’Holocène, a de nouveau progressé ; c’est un indice local, à confronter à d’autres archives.

Problème 4 · Dater une carotte groenlandaise★★★Difficile

Document 1 — Dans une carotte du Groenland, la glace à 1 184 m présente un pic de sulfates et de fines cendres volcaniques ; au-dessus de ce niveau, on a compté 7 395 couches annuelles.

Document 2 — La composition chimique de ces cendres est identique à celle d’une éruption islandaise ; sous les dépôts de cette éruption, un bois carbonisé contient 40,5 % de son ¹⁴C initial (T = 5 730 ans ; on néglige l’étalonnage).

Document 3 — L’épaisseur moyenne d’une couche annuelle vaut 0,21 m vers 200 m de profondeur et 0,046 m vers 1 800 m.

1. Âge du bois carbonisé : ans (à la dizaine).
$t = \frac{5 730}{\ln 2} \times \ln \frac{1}{0, 405} \approx 8 266, 6 \times 0, 904 \approx 7 472$ , soit ≈ 7 470 ans.
2. L’écart entre l’âge compté et l’âge carbone 14 vaut environ % de l’âge compté (à l’unité).
7 472 − 7 395 = 77 ans ; 77 ÷ 7 395 ≈ 0,010, soit 1 % : deux méthodes indépendantes concordent.
3. Si des couches annuelles ont été manquées au comptage, l’âge compté est trop .
Trop jeune : chaque couche manquée retire un an.
4. Si le bois brûlé était mort depuis des décennies avant l’éruption, son âge carbone 14 est trop .
Trop vieux : l’horloge démarre à la mort du bois, pas à l’éruption.
5. De 200 m à 1 800 m, les couches sont fois plus fines (au dixième).
0,21 ÷ 0,046 ≈ 4,6 : la glace s’étire en s’écoulant, la diffusion atténue les contrastes saisonniers ; le risque de manquer ou de doubler des couches grandit, et l’erreur se cumule.
6. La même cendre est trouvée dans un lac écossais étudié par ses pollens : elle permet de la carotte de glace et la carotte du lac.
De les synchroniser : la cendre s’est déposée en quelques jours, c’est un niveau de même âge dans les deux archives ; le niveau lacustre reçoit l’âge compté dans la glace (environ 7 400 ans), et l’on compare à la même date la température de la glace et la végétation du lac.

Problème 5 · Des coraux noyés et le niveau des mers★★★Difficile

Document 1 — Le corail Acropora palmata vit aujourd’hui à moins de 5 m environ sous la surface de la mer (GIEC, 2007).

Document 2 — Coraux Acropora palmata forés au large d’une île des Caraïbes (valeurs choisies).

Âge du corail (ans)	19 000	14 000	11 000	8 000
Profondeur actuelle (m)	118	92	60	18

Document 3 — Dans une carotte marine voisine, le δ¹⁸O des foraminifères benthiques est maximal vers 19 000 ans.

1. Il y a 19 000 ans, le niveau marin était au moins à m sous l’actuel.
Le corail vivait entre 0 et 5 m sous la surface : la surface était entre 118 et 113 m sous l’actuel, donc au moins à 113 m.
2. En prenant la profondeur des coraux comme niveau marin (à 5 m près), la mer remonte entre 14 000 et 11 000 ans de m par millénaire (à l’unité).
92 − 60 = 32 m en 3 millénaires : 32 ÷ 3 ≈ 11 m par millénaire.
3. Entre 11 000 et 8 000 ans : m par millénaire.
60 − 18 = 42 m en 3 millénaires : 14 m par millénaire, la remontée la plus rapide du tableau.
4. Par interpolation linéaire, la mer atteint −75 m vers ans (à la centaine).
Entre 14 000 ans (−92 m) et 11 000 ans (−60 m), il faut monter de 92 − 75 = 17 m sur 32 m : 14 000 − $\frac{17}{32}$ × 3 000 ≈ 14 000 − 1 594 ≈ 12 406, soit ≈ 12 400 ans (remontée supposée régulière).
5. Un élève écrit : « la mer était plus basse parce que l’eau froide occupe moins de volume ». L’essentiel de la baisse vient en réalité du stockage de l’eau dans les .
Dans les calottes glaciaires : c’est l’eau qui y est stockée qui manque à l’océan ; la contraction de l’eau refroidie ne joue qu’un rôle secondaire face à une baisse de plus de 110 m.
6. Le δ¹⁸O maximal des foraminifères vers 19 000 ans (document 3) (confirme ou contredit) le niveau marin bas.
Le confirme : océan enrichi en ¹⁸O = beaucoup d’eau légère stockée dans les calottes. Deux archives indépendantes convergent.

Problème 6 · Le petit âge glaciaire, un refroidissement mondial ?★★★Difficile

Document 1 — Deux glaciers de montagne ont déposé leur moraine frontale la plus avancée du dernier millénaire : en Norvège vers 1750, dans les Alpes vers 1855 ; chaque date est connue à ± 20 ans près (situation choisie).

Document 2 — Période la plus froide du dernier millénaire selon les régions (Neukom et al., Nature, 2019, à partir des séries d’indices du réseau PAGES 2k).

Région	Période la plus froide
Pacifique central et oriental	XV^e siècle
Nord-ouest de l’Europe, sud-est de l’Amérique du Nord	XVII^e siècle
La plupart des autres régions	milieu du XIX^e siècle

Document 3 — Même étude : la période la plus chaude des deux derniers millénaires est le XX^e siècle sur plus de 98 % de la surface du globe.

1. Dans le nord-ouest de l’Europe, le moment le plus froid tombe au siècle.
Au XVII^e siècle.
2. Entre le moment le plus froid du Pacifique central et celui de la plupart des régions, il s’écoule environ siècles.
Du XV^e siècle (vers 1450) au milieu du XIX^e (vers 1850) : environ 4 siècles.
3. Les deux maximums glaciaires du document 1 sont séparés d’environ ans.
1855 − 1750 = 105 ans.
4. Même dans le cas le plus défavorable (± 20 ans sur chaque date), ils restent séparés d’au moins ans.
Dates les plus proches possibles : 1855 − 20 = 1835 et 1750 + 20 = 1770 ; 1835 − 1770 = 65 ans. L’écart dépasse l’incertitude des datations : les deux maximums ne sont pas contemporains.
5. D’après les documents 1 et 2, le refroidissement du petit âge glaciaire n’était pas .
Pas synchrone : chaque moraine date un maximum local, et le moment le plus froid change d’une région à l’autre ; ses causes (activité solaire, volcanisme, variabilité interne du climat) et son extension restent discutées : c’est un indice « à résoudre ».
6. Le réchauffement du XX^e siècle touche plus de % du globe.
Plus de 98 % : contrairement au petit âge glaciaire, le réchauffement actuel est synchrone sur presque tout le globe, l’une de ses spécificités face aux variations des siècles passés.

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