Exercices: Quaternaire, isotopes de l'oxygène et cycle du carbone

Définir le rapport isotopique $\delta^{18}O$ et expliquer pourquoi, dans les glaces polaires, une valeur plus négative indique une température plus basse.

Citer les trois paramètres de Milankovitch (excentricité, obliquité, précession) et donner pour chacun la période approximative de variation (environ 100 000, 41 000 et 23 000 ans).

Schématiser par un texte le cycle géologique du carbone : citer deux réservoirs, deux flux entrant dans l'atmosphère et deux flux sortants.

Dans une carotte de glace de l'Antarctique, la teneur en CO₂ passe de 190 ppm en période glaciaire à 280 ppm en période interglaciaire, et la température de −8 °C à 0 °C par rapport à l'actuel.

1. a) Calculer l'augmentation relative de CO₂ en pourcentage.

1. b) Décrire la corrélation entre CO₂ et température.

1. c) Expliquer pourquoi cette corrélation ne prouve pas à elle seule une causalité et décrire une rétroaction possible.

Des foraminifères benthiques d'une carotte marine indiquent un $\delta^{18}O$ de 5,0 ‰ en période glaciaire et de 3,5 ‰ en période interglaciaire.

1. a) Calculer la variation du $\delta^{18}O$.

1. b) Expliquer pourquoi l'océan est enrichi en ¹⁸O en période glaciaire.

1. c) En déduire l'évolution du niveau marin.

Un forage dans le Massif central permet d'identifier des pollens : pollens d'herbacées et de pins dominants à une profondeur A, de chênes et de noisetiers à une profondeur B.

1. a) Dire quelle profondeur correspond au climat le plus froid. Justifier.

1. b) Expliquer en quoi l'analyse pollinique est un indicateur climatique.

1. c) Indiquer une limite de cette méthode.

Sur les 800 000 dernières années, les glaciations alternent avec une périodicité d'environ 100 000 ans, alors que la variation d'insolation liée à l'excentricité est faible.

1. a) Expliquer comment les variations orbitales déclenchent les changements climatiques.

1. b) Décrire deux rétroactions positives (albédo, CO₂ océanique) qui amplifient le signal.

1. c) Discuter pourquoi une faible variation d'insolation peut entraîner un changement climatique important.

1. d) Expliquer en quoi les spectres des fréquences de $\delta^{18}O$ confirment la théorie de Milankovitch.

Au Crétacé, il y a 90 Ma, le climat était plus chaud de 6 à 10 °C qu'actuellement, sans calottes polaires, et la teneur en CO₂ était élevée. À l'inverse, au Carbonifère-Permien, un refroidissement important est associé à un fort enfouissement de matière organique.

1. a) Expliquer le lien entre activité volcanique, CO₂ et climat au Crétacé.

1. b) Expliquer comment l'enfouissement de matière organique a pu refroidir le climat.

1. c) Comparer les deux situations par leur effet sur le cycle du carbone.

1. d) Citer des indices géologiques (charbons, paléoceintures, fossiles) utilisés pour reconstituer ces climats.

Au Cénozoïque, la collision Inde-Asie a élevé l'Himalaya. L'altération des silicates consomme du CO₂ selon : $\mathrm{CaSiO_3 + 2\,CO_2 + 3\,H_2O \rightarrow Ca^{2+} + 2\,HCO_3^- + H_4SiO_4}$, les bicarbonates précipitant ensuite en carbonates dans l'océan.

1. a) Expliquer comment l'orogenèse a pu accentuer l'altération des silicates.

1. b) En déduire l'effet sur la teneur atmosphérique en CO₂ et sur le climat.

1. c) Expliquer pourquoi cette boucle de rétroaction est dite stabilisatrice à l'échelle de millions d'années.

1. d) Comparer les temps de réponse de ce processus et des émissions humaines actuelles.