Expliquer comment la composition des glaces nous renseigne sur les climats passés.
Quels sont les renseignements apportés par les bulles d'air contenues dans les glaces ?
Qu'est-ce qu'un thermomètre isotopique ?
Quelles sont les caractéristiques de l'isotope de l'oxygène \ce{^{18}_{}O} ?
Comment calcule-t-on le delta \Delta\ce{^{18}_{}O} ?
Quel est le lien entre le \Delta\ce{^{18}_{}O} et la température ?
On peut reconstituer les climats passés grâce à de nombreux indicateurs comme les glaces polaires. Ces glaces sont particulièrement informatives, car elles fournissent des informations continues sur ces 800 000 dernières années. Nous verrons ici comment ces glaces peuvent nous renseigner sur les climats passés.
En cristallisant, la glace emprisonne de nombreuses bulles d'air qui contiennent les éléments présents dans l'atmosphère au moment de la cristallisation. En effet, la neige tombe et, avec le temps, elle se compresse en un milieu plus dense et moins poreux, l'air circule alors dans la couche et s'en échappe en partie. Puis au-delà de 80 mètres de profondeur, la compaction transforme la neige en glace qui emprisonne l'air en formant des bulles isolées qui ont la composition de l'air de l'époque où la neige est tombée. Ainsi, en pratiquant des forages, on peut récupérer des carottes de glaces qui vont nous renseigner sur la composition passée de l'atmosphère. De nombreux forages sont pratiqués en Antarctique et permettent de remonter le temps jusqu'à -800 000 ans en forant à plus de 3000 mètres de profondeur dans la glace. On pourra ainsi analyser les évolutions de la composition atmosphérique en gaz à effet de serre (comme le \ce{CO2} ou le méthane) ou en polluants. Avec l'oxygène présent dans ces bulles d'air, on peut retrouver des indices de respiration et photosynthèse, donc de productivité biologique.
On peut également étudier les atomes de l'eau composant ces glaces. On utilise alors les compositions isotopiques en oxygène pour analyser ces carottes et en déduire les températures passées. En effet, il existe deux isotopes de l'oxygène qui peuvent entrer dans la composition de la molécule d'eau : \ce{H2O}. Ces isotopes sont le \ce{^{16}_{}O} : isotope majoritaire et léger, et le \ce{^{18}_{}O} : isotope présent en très faible quantité et lourd. On calcule ensuite le \Delta\ce{^{18}_{}O} qui correspond à : \dfrac{ \ce{^{18}_{}O}/ \ce{^{16}_{}O}_{échantillon}- \ce{^{18}_{}O}/ \ce{^{16}_{}O}_{SMOW} }{\ce{^{18}_{}O}/ \ce{^{16}_{}O}_{SMOW}}\times1\ 000, avec SMOW pour Standart Mean Ocean Water, qui est une valeur de référence de ce rapport isotopique dans les océans. Le \Delta\ce{^{18}_{}O} est calculé en pour mille. On a pu remarquer sur les précipitations actuelles au niveau de l'Antarctique que plus la température moyenne est faible, plus l'eau des précipitations est appauvrie en isotope lourd \ce{^{18}_{}O}, donc le \Delta\ce{^{18}_{}O} est faible. À l'inverse, plus les températures sont élevées, plus les précipitations sont riches en \ce{^{18}_{}O}, et donc le \Delta\ce{^{18}_{}O} est élevé. Ainsi, en mesurant le rapport isotopique de nos bulles de glace, on peut en déduire si les températures de l'époque étaient plutôt faibles ou élevées. Le \Delta\ce{^{18}_{}O} est un thermomètre isotopique, tout comme l'est le \Delta D qui est le rapport isotopique entre les isotopes de l'hydrogène \ce{^{1}_{}H} qui est le plus léger et le plus abondant et \ce{^{2}_{}H} ou deutérium qui est plus rare et plus lourd. L'utilisation du \Delta D donne les mêmes résultats que le \Delta\ce{^{18}_{}O}.
- Les bulles d'air contenues dans les glaces nous renseignent sur l'atmosphère des 800 000 dernières années et sa composition en gaz à effet de serre pouvant influencer le climat.
- La composition isotopique en \ce{^{18}_{}O} des molécules d'eau de la glace nous indique les températures de l'époque à laquelle la glace s'est formée.
- Plus le \Delta\ce{^{18}_{}O} est élevé dans les glaces, plus la température de l'époque était élevée.