Variations du δ¹⁸O à l’échelle globale
Formation à l’esprit critique en science avec l’exploitation d’enregistrements des teneurs isotopiques de l’oxygène en de multiples points sur Terre pour mettre en évidence des variations du climat à l’échelle globale.
Auteur : Vincent GUILI, Lycée Descartes, Saint-Genis-Laval
Liens avec le BO
BO spécial n°8 du 25 juillet 2019
Terminale spécialité : Enjeux planétaires contemporains
Les climats de la Terre : comprendre le passé pour agir aujourd’hui et demain
Reconstituer et comprendre les variations climatiques passées
Connaissances
La mesure de rapports isotopiques de l’oxygène dans les carottes polaires antarctiques et les sédiments fait apparaître une alternance de périodes glaciaires et interglaciaires durant les derniers 800 000 ans.
Capacités, attitudes
Comprendre et utiliser le concept de thermomètre isotopique (δ18O dans les glaces arctiques et antarctiques, δ18O dans les carbonates des sédiments océaniques) pour reconstituer indirectement des variations de températures.
Mise en situation
Sur Terre, l’oxygène existe essentiellement sous la forme de trois isotopes stables dont l’isotope 16O largement majoritaire et l’isotope 18O possédant deux neutrons de plus que 16O. Sa masse est légèrement plus grande.
Document 1 : Isotopes de l’oxygène.
Le δ18O (prononcer « delta O 18 ») est un indicateur qui quantifie la quantité d’isotope 18 de l’oxygène par rapport à l’oxygène 16 dans un échantillon. Moins il y a de 18O dans un échantillon (glace ou fossile carbonaté), plus le δ18O est faible. Selon que la température est basse ou élevée, les isotopes de l’oxygène sont plus ou moins séparés l’un de l’autre par les processus physico-chimiques, ce qui fait varier le δ18O.
En mesurant à un endroit donné les variations du δ18O en fonction du temps, on peut donc déterminer les variations de la température moyenne, et donc du climat.
Plus la température est élevée, plus le δ18O des carbonates est faible et plus le δ18O des glaces est élevé. C’est l’inverse si la température est basse : le δ18O des carbonates est élevé, et le δ18O des glaces est bas.
Document 2 : Relation climat et variation du δ18O.
Pour aller plus loin :
https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/delta-temperature.xml
Consigne
Les mesures réalisées sur les carottes de glace ou de sédiments d’un forage en un point particulier du globe donnent des indices de la variation du climat à cet endroit. Mais un seul jeu de données en un point particulier ne permet pas de généraliser à l’ensemble de la planète. Les chercheurs ont donc entrepris de multiplier les forages, en mer ou dans les glaciers.
Construire des représentations graphiques des mesures du δ18O des carbonates et des glaces obtenues à différents endroits sur Terre pour identifier des variations globales du climat.
L’objectif de cette activité est de faire comprendre aux élèves la nécessité de disposer d’un ensemble suffisant de résultats convergents pour pouvoir procéder à une généralisation. Comme la construction de multiples graphiques par un même élève peut être coûteuse en temps, il est envisageable de répartir le travail entre différents groupes au sein de la classe, puis de procéder à une mise en commun. Cette dernière option présente en outre l’avantage de mobiliser des compétences de communication.
Ressources
Les fichiers
Données_delta18O.xlsx ou
Données_delta18O.ods contiennent les mesures du δ18O réalisées sur forages dans des calottes polaires ou dans des sédiments océaniques :
Document 3 : Présentation des différents forages, avec l’âge maximal.
Document 4 : Localisation des différents forages.
Lien pour visualisation en ligne :
https://www.google.com/maps/
Résultats
Document 5 : Représentations graphiques des variations du δ18O pour les différents forages.
Accès aux graphiques :
Données_delta18O-graphiques.ods
La comparaison des graphiques montre qu’entre -115 000 et -11 000 ans, le δ18O des glaces est faible et le δ18O des carbonates est élevé, le climat était donc vraisemblablement froid. Par contre vers -125 000 ans et entre -11 000 ans et aujourd’hui, le δ18O des glaces augmente et le δ18O des carbonates diminue, le climat s’est sans doute réchauffé.
Document 6 : Interprétation des variations du δ18O en termes de variation climatique.
Les mesures réalisées sur différents forages répartis sur l’ensemble de la planète montrent des variations cohérentes du δ18O, et donc de la température. On peut donc conclure à des changements climatiques globaux.
Références
Les classeurs
Données_delta18O.xlsx ou
Données_delta18O.ods contiennent les données mises en forme pour faciliter la construction des graphiques, mais aussi des feuilles supplémentaires présentant les données brutes pour chaque forage, ainsi qu’un lien vers la page de présentation du forage sur la base de données
https://www.ncei.noaa.gov/access/paleo-search/
