Variations climatiques entre −130 000 et −120 000, exercice 2

Au cours de l'histoire de la Terre, le climat a connu de nombreuses variations de différentes ampleurs. L'étude des indices climatiques passés a mis en évidence une alternance régulière de glaciations et de périodes interglaciaires au Quaternaire. Différentes données climatiques concernant la période entre −130 000 et −120 000 sont disponibles. Durant cette période, comment le climat a-t-il varié et quelle est l'origine de cette variation ? Pour caractériser cette évolution climatique, nous allons étudier différents indices de terrain (extension glaciaire, climatogrammes, données palynologiques et étude du δ¹⁸O de coquilles de mollusques marins). Puis, nous établirons l'origine de cette variation climatique en analysant l'évolution de la concentration de certains gaz atmosphériques entre −130 000 et −120 000.

I. Caractérisation de la variation climatique entre −130 000 et −120 000

Pour caractériser la variation climatique entre −130 000 et −120 000, nous allons étudier successivement différents indices de terrain récoltés, puis confronter les conclusions qu'ils permettent d'établir. Le document 2 propose de comparer l'extension des glaciers dans les Alpes de −180 000 à −140 000 avec l'extension actuelle. Entre −180 000 et −140 000, les Alpes étaient recouvertes par un seul vaste glacier, montrant une importante extension glaciaire à cette époque. Aujourd'hui, il ne reste que quelques glaciers séparés les uns des autres. L'extension actuelle, semblable à celle de −130 000 à −120 000, est donc beaucoup plus réduite que celle de −180 000 à −140 000. Étant donné que l'intensité de l'extension glaciaire est un indicateur du caractère froid du climat, on en déduit l'existence d'un climat plus chaud entre −130 000 et −120 000 qu'entre −180 000 et −140 000.
Le document 3 présente deux climatogrammes donnant la classification des animaux selon leurs affinités climatique ou écologique, l'un en −130 000 et l'autre en −120 000. De −130 000 à −120 000, le groupe d'animaux à affinité arctique disparaît (de 5 % en −130 000 à 0 % en −120 000), et la proportion du groupe de montagne se réduit (de 30 % en −130 000 à 15 % en −120 000). En revanche, le pourcentage d'animaux du groupe forestier à large distribution augmente entre −130 000 (47 %) et −120 000 (60 %), tout comme celle du groupe forestier thermophile (de 8 % en −130 000 à 12 % en −120 000). De −130 000 à −120 000, la diminution de la proportion des animaux préférant les climats froids s'accompagne d'une augmentation de la proportion des animaux préférant les climats tempérés, ce qui met ainsi en évidence un réchauffement entre −130 000 et −120 000.
Le document 5 présente l'évolution au cours du temps des proportions de pollens récoltés entre −140 000 et −100 000 au Portugal, et classés selon leurs affinités climatiques. Entre −130 000 et −120 000, la proportion de pollens de steppe, correspondant à un climat froid et sec, se réduit fortement (de 50 % en −130 000 à 3 % en −120 000). La proportion de pollens de la forêt euro-sibérienne, typique d'un climat tempéré, augmente (de 10 % en −130 000 à 27 % en −120 000 ans), de même que celle des pollens de la forêt méditerranéenne, spécifique d'un climat avec sécheresse estivale et hiver doux (de 2 % en −130 000 à 10 % en −120 000). Les données palynologiques montrent donc un réchauffement du climat de −130 000 à −120 000.
Enfin, le document 4 présente l'évolution du δ¹⁸O mesuré dans les coquilles de mollusques marins depuis 350 000 ans. Le δ¹⁸O des coquilles évolue avec la température, de manière inversement linéaire : plus la température de l'eau régnant lors de la formation des coquilles est élevée, plus le δ¹⁸O des coquilles est faible (document 4.a). Ce δ¹⁸O constitue un thermomètre isotopique permettant d'estimer la température de l'eau lors de la formation des coquilles. D'après le document 4.b, entre −130 000 et −120 000, le δ¹⁸O des coquilles diminue fortement, passant de 1,4 ‰ en −130 000 à −2 ‰ en −120 000. La mise en relation des documents 4.a et 4.b permet d'établir que la température de l'eau était d'environ 10 °C en −130 000 et de 24 °C en −120 000. Cette augmentation importante de la température met en évidence un réchauffement entre −130 000 et −120 000. Ainsi, l'ensemble des données climatiques étudiées aboutit à la conclusion qu'il y a eu un réchauffement entre −130 000 et −120 000. Quelle est l'origine de ce réchauffement ?

II. Origine de la variation climatique entre −130 000 et −120 000

Le document 1 présente les variations de la concentration atmosphérique de CO₂ et de CH₄, depuis 400 000 ans, grâce à des analyses de glaces antarctiques. Les concentrations atmosphériques de CO₂ et CH₄ augmentent entre −130 000 (200 ppm pour le CO₂, 500 ppb pour le CH₄) et −120 000 (240 ppm pour le CO₂, 610 ppb pour le CH₄). La période située entre −130 000 et −120 000 présente donc des valeurs de concentrations atmosphériques en gaz à effet de serre, CO₂ et CH₄, supérieures à la période précédente. Or, l'augmentation de ces concentrations entraîne une augmentation de l'effet de serre, qui est l'absorption du rayonnement infrarouge terrestre par certains gaz atmosphériques et la réémission de ce rayonnement vers le sol, contribuant à l'augmentation de la température terrestre. Ainsi, entre −130 000 et −120 000, l'augmentation des concentrations atmosphériques en CO₂ et en CH₄ a entraîné une augmentation de l'effet de serre à l'origine du réchauffement mis en évidence.
Les données climatiques, comme l'étude de l'extension glaciaire dans les Alpes, des caractéristiques de la faune et de la flore, montrent un réchauffement entre −130 000 et −120 000. Le δ¹⁸O des coquilles permet d'estimer l'importante augmentation de température de l'eau (+14 °C) à cette époque. Ainsi, la période de −130 000 à −120 000 correspond à une augmentation importante de la température terrestre, due au moins en partie à une augmentation de la concentration atmosphérique en gaz à effet de serre (CO₂ et CH₄). Mais quels sont les phénomènes qui ont entraîné une telle variation des concentrations atmosphériques de ces gaz et dans quelle mesure les mécanismes autoamplificateurs du climat ont-ils accéléré cette variation climatique ?