Bilan TP6 : Le climat au Crétacé (- 135 à – 65 Ma)

1- Les indices du climat régnant au Crétacé :

- les indices sédimentologiques : (Docs pages 138-139)

Les roches sédimentaires datées du Crétacé sont des bauxites et latérites, des charbons et des évaporites. L'application du principe d'actualisme permet d'indiquer d'utiliser ces roches sédimentaires pour préciser le climat régnant au Crétacé.

Les bauxites et latérites se forment actuellement sous un climat tropical, avec alternances de saisons sèches et de saisons très humides. Les évaporites (gypse par exemple) sont des roches se formant suite à une évaporation intense dans des lagunes côtières peu profondes, ce mécanisme est observé sous un climat chaud et aride (Moyen orient, Sud tunisien). La formation de charbons nécessite une importante biomasse végétale, c'est la cas sous des climats tropicaux dont l'humidité et le fort ensoleillement annuel permet le développement de forêts denses.

On observe sur le planisphère une répartition de ces roches sédimentaires à des basses latitudes mais aussi près des pôles. Globalement, ces indicateurs sédimentologiques indiquent un climat chaud au Crétacé.

De plus, on observe une absence totale de calottes glaciaires au Crétacé, ce qui confirme un climat global chaud, beaucoup plus chaud qu'actuellement (trois degrés de plus).

Site pour observer les changements climatiques au cours du temps : http://www.scotese.com/climate.htm

- les indices paléontologiques : (Docs pages 140-141)

Le doc.1 page 138 montre au Crétacé une faune et une flore très différente de la faune et flore actuelles.Les dinosaures dominent le monde dans tous les milieux, la flore est dominée par les plantes luxuriantes.

Les données paléontologiques confirment les conclusions tirées de l'analyse des roches sédimentaires : les espèces fossiles du Crétacé vivent aujourd'hui sous des climats chauds équatoriaux ou tropicaux (Crocodiles, arbre à pain, localisation de coraux à 60°N de latitude au Crétacé).

En appliquant le principe d'actualisme, on peut affirmer que le climat du Crétacé était globalement plus chaud qu'aujourd'hui.

Les fossiles du Crétacé : http://www.normalesup.org/~clanglois/Fossiles-epoques/Cretace.html

2- Le taux de CO2 au Crétacé :

Le doc.1 page 138 indique un taux atmosphérique de CO2 quatre fois plus élevé qu'actuellement (1700 ppm au Crétacé pour 390 ppm actuel).

Le doc.3 page 141 indique que l'indice stomatique (rapport entre le nombre de stomates sur la face inférieure d'une feuille par rapport au nombre total de cellules épidermiques) est en relation avec le taux de CO2

atmosphérique (graphique doc.3). D'après ce graphique, cet indice au Crétacé est d'environ 6,5, ce qui donne une concentration de CO2 atmosphérique supérieure à 800 ppm.

La concentration en CO2 est bien plus élevée au Crétacé qu'actuellement, l'effet de serre devait y être plus fort et a accompagné une élévation globale de la température de la planète.

3- Les mécanismes expliquant ce taux élevé de CO2 et le climat : (Doc pages 142 à 145)

Le doc.1 page 142 montre qu'au Crétacé la mer envahit les plateformes continentales : cette transgression marine est à relier à l'absence de calottes glaciaires à la surface du globe. Globalement le niveau des océans était 200 à 300 mètres plus haut qu'actuellement. L'augmentation de ce niveau moyen est due à un ensemble de mécanismes dont la fonte de l'ensemble des calottes glaciaires.

La « mer de la craie » recouvrait une bonne partie de l'Europe occidentale. Son nom vient de la craie, sédiment calcaire obtenue par accumulation de particules calcaires produites par les algues unicellulaires : les coccolithophoridés. Cette accumulation s'est déroulée pendant plusieurs millions d'années expliquant la présence actuelle de falaises (Pays de Caux, falaise d'Etretat). Les conditions climatiques et la transgression marine au Crétacé ont favorisé la formation de dépôts carbonatées dont la craie.

Le doc.2 page 143 indique une variation de la valeur du δ18O mesuré dans les carbonates de calcium (la relation entre ce taux et la température est différente de celle reliant le δ18O des glaces à la température de la neige donnant naissance aux glaces : plus le δ18O des carbonates de calcium est bas, plus la température de l'océan où se forment ces carbonates est élevée) : une diminution au début du Crétacé et une augmentation de la valeur vers la fin du Crétacé.

Au début du Crétacé, la température de l'eau des mers a considérablement augmenté (+10°C), elle a par la suite régressé pour atteindre environ + 20°C.

Rq : les calcaires à Foraminifères sont utilisés pour réaliser des mesures de δ18O indispensables pour évaluer la température moyenne des océans.

Le CO2 atmosphérique est en équilibre avec le CO2 dissous dans l'eau, il existe un lien entre le CO2 et la formation de dépôts carbonatés comme la craie.

L'expérience présentée au doc.3 page 143 permet d'écrire les réactions chimiques suivantes :1- CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O2- CaCO3 + CO2 + H2O Ca2+ + 2 HCO3

-

3- Ca2+ + 2 HCO3- CaCO3 + CO2 + H2O

La précipitation des carbonates se traduit par une production de CO2 et la dissolution des carbonates par une consommation de CO2, d'où un équilibre.Rq : l'augmentation de la température moyenne des océans diminue la solubilité du CO2 dans l'eau, ce qui entraîne une augmentation de la teneur en CO2 atmosphérique, ce qui explique en partie le fort taux de CO2 atmosphérique au Crétacé.

Lien entre précipitation des carbonates et le climat :- http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-volcanisme-et-carbonates.xml

Le doc.1 page 144 montre que le Crétacé inférieur (- 95 Ma) est caractérisé par une forte activité tectonique : c'est l'époque de l'ouverture de l'océan Atlantique, de l'océan Indien. Ceci traduit une forte activité des dorsales océaniques. Cette activité magmatique entraîne un rejet important de CO2 dans l'atmosphère, expliquant son fort taux au Crétacé.

Cette activité magmatique entraîne, par augmentation de la chaleur produite, une augmentation du volume des dorsales océaniques . Cette augmentation de volume des dorsales océaniques diminue d'autant le volume libre disponible pour l'eau de mer des océans : ceci explique en grande partie la transgression marine du Crétacé.

On sait que la lithosphère océanique s’enfonce progressivement en vieillissant, la profondeur P de sa surface varie en fonction de l’âge selon la relation suivante :

P = - 2 500 Р350 (Ége en Ma)

Le tableau suivant montre l'accrétion océanique pour une dorsale lente : 3cm/an

Age de la lithosphère en Ma

0 1 5 10 20 30 50 70

Distance à la dorsale en km

0 30 150 300 600 900 1 500 2 100

Profondeur en m - 2 500 - 2 850 - 3 280 - 3600 - 4060 - 4417 - 4975 - 5428

Le tableau suivant montre l'accrétion océanique pour une dorsale rapide : 7cm/an

Age de la lithosphère en Ma

0 1 5 10 15 20 25 30

Distance à la dorsale en km

0 70 350 700 1050 1400 1750 2100

Profondeur en m - 2500 - 2850 - 3280 - 3600 - 3855 - 4060 - 4250 - 4417

Le graphique suivant montre que les dorsales rapides (comme au Crétacé) fabriquent autant de plancher océanique en un temps plus faible, ce qui entraîne une occupation de l'espace plus important à l'origine de la transgression marine.

Dorsale lente : en 70 Ma, elle se trouve à 2100 kmDorsale rapide : en 30 Ma, elle se trouve à la même distance mais moins en profondeur.

Le doc.2 page 145 indique une énorme production magmatique au Crétacé (dorsales + LIP) à l'origine d'une très fort dégagement de CO2 dans l'atmosphère, ce qui a contribué par effet de serre à réchauffer l'atmosphère .

Schéma bilan simple expliquant la température élevée au Crétacé :

Climat au Crétacé

Volcanisme important

+ de CO2 atmosphérique

Augmentation de l’effet de serre

Augmentation de la température

Climat global chaud