Variations climatiques et composition isotopique de l'oxygène (18O/16O)

auteurs: Jean-Yves Guchereau et , Lycée de Bagatelle (Saint-Gaudens)

Terminale S   -   Enseignement de spécialité
Thème 1- Du passé géologique à l’évolution future de la planète
1-     Les climats passés de la planète
Notions et contenus : « les changements du climat des 700 000 dernières années »

Activité 1 : utilisation du logiciel O18_16

Pré-requis nécessaires :

-  notions d’isotopes de certains éléments (oxygène, hydrogène, carbone…). Les isotopes les plus légers, stables, sont toujours les plus abondants. Les isotopes les plus légers ont tendance à diffuser et à réagir plus facilement que les isotopes les plus lourds.
La molécule d'eau renferme de l’oxygène, on distingue l’eau de mer et l’eau douce (vapeur, pluie et glace).

Notions à construire :

-différences isotopiques entre 16O  et 18O d’où différence entre les molécules H216O et H218O
-distribution relative des isotopes 16O  et 18O dans l’eau océanique et dans les nuages après évaporation et après condensation dans les eaux de pluie

-nature des renseignements fournis par les tests de Globigérines récoltés lors de carottages

-variation principale du rapport isotopique 18O/16O des zones d’évaporation vers les zones polaires

-variations du rapport 18O/16O en période chaude et en période glaciaire

-utilisation des tests carbonatés de sédiments océaniques comme indicateurs paléoclimatiques

Principe de l’activité

-à partir des phénomènes simulés, formuler les notions, conclure
-l’aide du logiciel renferme de nombreux renseignements

Logiciel O18_16 téléchargeable sur le serveur de Toulouse

 

Télécharger le logiciel 18O/16O et son fichier d'aide.

Activité 2 : mise en évidence de changements climatiques au cours du quaternaire récent (variations du «delta 18O»)

 Pré-requis nécessaires :

-dans l'eau naturelle (océan, lac, vapeur, glace, etc.), le rapport H2 18O/ H2 16O est de l'ordre de 1/500 (0.002).
Ce rapport varie extrêmement peu, 1 à 2 % à nos latitudes, 3-4 % aux hautes latitudes.

 On utilise la notation "delta"qui permet d'exprimer ces petites variations. On exprime ces variations en "pour mille" :

 
  standards : O et H : S.M.O.W. (Standard Mean Ocean Water)
 

composition exprimée en déviation "delta" par rapport à la composition océanique moyenne de 1/500. 
(d'après Gilles DELAYGUE Université de Berne)
Notions à construire :

-interpréter les fluctuations du "delta" 18O mesuré dans la carotte de glace et imaginer les tendances climatiques au cours de la période considérée

Capacités

-utiliser un tableur type Excel pour traduire des données brutes en courbe interprétable
(sélectionner tout, copier dans le tableur et traduire les données en graphique en redistribuant les valeurs au niveau des axes)

Données :

-tableau Grip Greenland
GRIP ------Greenland o18/o16 isotopic ratio:ICE CORE GRIP.cdf Oxygen 18 isotopic ratio -------NAME OF DATA SET: Greenland Ice Core Project Summit Core 18O LAST UPDATE: 12/15/93 (Original receipt by WDC-A Paleo) GEOGRAPHIC REGION: Greenland PERIOD OF RECORcD: 0-250,000 yearsBP)
format XLS

Production attendue :

-exemple de courbe (Grip Greenland)
 

Aide à l’interprétation :

- publication de l’Université de Savoie

Activité 3 : mise en évidence de changements climatiques par l'étude comparée de la composition de bulles de gaz et de la composition isotopique des glaces de Vostok
 
Pré-requis nécessaires :

-gaz à effet de serre (CO2 et CH4)
-variations du "delta" 18O

Notions à construire :

-relier des variations locales de la température à des variations de concentration en gaz à effet de serre dans l’atmosphère
-mise en évidence de variations climatiques montrant des alternances de périodes glaciaires et interglaciaires

-mise en parallèle des variations climatiques terrestres avec les variations de l’énergie solaire reçue par la Terre au cours du temps : observation des cycles de refroidissement- réchauffement  entre deux maximums glaciaires

-évaluation des périodes de 43 000, 24 000 et 19 000 ans liées aux variations des paramètres orbitaux de la Terre

-liaison variations des paramètres orbitaux et variations au cours du temps de l’énergie reçue aux différentes latitudes

Principe de l’activité :

-mettre en relation les courbes tracées à partir des carottages de Vostok : températures- "delta" 18O, températures-  CO2, température- CH4
-après impression, traduire sur les graphes les oscillations climatiques de façon à appréhender la notion de périodicité puis estimer celles-ci

-rechercher (bibliographie, Internet …) quelles peuvent être les causes des cycles de refroidissement- réchauffement

-revoir la répartition de l’énergie solaire reçue aux différentes latitudes (Logiciel Terre.exe téléchargeable sur le serveur de Toulouse, conseillé : lire le fichier "a_lire.hlp).

-liaison possible vers les variations de l’albédo de la planète et les variations de la teneur en CO2 atmosphérique

Logiciel Vostok téléchargeable sur le serveur de Toulouse

Télechargement du logiciel Vostok et son fichier d'aide.

Aide à l’interprétation :

-article scientifique
Références:
Gilles Delaygue Université de Berne

Autres logiciels des mêmes auteurs.

http://svt.ac-bordeaux.fr/Res-Peda/Prog-Lyc/Term-S/Histoire/Kaczemar/isotop.htm

http://www.cnrs.fr/dossiers/dosclim/rechfran/4theme/paleo/vostok.html

http://www.cnrs.fr/dossiers/dosclim/rechfran/4theme/paleo/notreatmosp.html


http://www.univ-savoie.fr/mse/ressources/rapports/rapports00/Delepine/PARTIE2.html#22


http://iridl.ldeo.columbia.edu/SOURCES/.ICE/.CORE/.GRIP.cdf/