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M2R STUE / Cours « Climat et impacts anthropiques »
Le climat du Quaternaire
F. Parrenin
Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l'EnvironnementGrenoble
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Les principaux enregistrements
IPCC, 2007, chap. 6
3
La synthèse LR04
Lisiecki and Raymo, Paleoceanography, 2005
● Somme de courbes benthiques
● Disponible jusqu'à 5.3 million d'années
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L'Holocène - Intérêt
● De nombreux indicateurs climatiques● Période test pour la comparaison
modèles/données – insolation différente (Milankovitch)– GES environ identiques– aérosols environ identiques– calottes environ identiques
● Paleoclimate Modelling Intercomparison Project (PMIP, www.pmip.cnrs-gif.fr)
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L'Holocène
IPCC, 2007, chap. 6
6
Art rupestre du Sahara
7
Sédiments lacustres au Sahara malien (23ºN)
© CNRS Photothèque N. PetitMaire 1986
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Les zones de mousson plus humides il y a 9000 ans
Ruddiman
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Forçage de Milankovitch : une différence d’insolation saisonnière
Ruddiman
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Les modèles climatiques simulent des moussons plus intenses avec les conditions d’insolation d’il y a 9000 ans
Changements de précipitations (mm/j) pour JJAS à l’Holocène moyen simulés par 18 GCM atmosphériques à SST fixes (PMIP1).
Cane et al., 2006.
11deMenocal et al., 2000
La désertification du Sahara accélérée par les interactions avec l’océan (mousson) et la végétation
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L'Holocène - Conclusions● le forçage orbital permet d’expliquer une bonne
partie des changements hydrologiques (moussons) de la zone tropicale
● l’introduction d’une végétation interactive -plus que du couplage avec la surface océanique- (mécanisme de rétroaction ‘interne’ au climat) permet d’amplifier ces variations orbitales et d’approcher un peu plus les observations, notamment en pérennisant sur l’année les anomalies d’insolation saisonnières
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Les calottes pendant les périodes glaciaires
14
15
16
Les calottes au DMGLes calottes de l'hémisphère Nordlors du Dernier Maximum Glaciaire :niveau des mers 120 m plus bas
Les calottes actuellesGroenland
Fennoscandie
Laurentide
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Quelles indications de la présence de calottes passées ?
● Variations du niveau des mers– signal global
● isostasie● Géomorphologie
– Bocks ératiques– Moraines frontale– Moraines de fond
● Modélisation
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Le niveau des mers
IPCC, 2007, chap. 6
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Isostasie sous-glaciaire● Sous le poids de la glace la croûte terrestre
s’enfonce. ● Lorsque la glace se retire, le socle remonte.● Dans les deux cas, il y a un retard dû à la
viscosité de l’asthénosphère● On peut observer ces mouvements grâce à des
enregistrements de niveau des mers relatifs (RSL)
● En inversant un grand nombre de données RSL, on peut estimer le poids des calottes depuis le dernier maximum glaciaire
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La reconstruction ICE 5-G (Peltier)
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Moraines de fond
Régions de Rogen (Suède)
Directions de l'écoulement et forme des moraines de fond
Hatestrand, thèse
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Directions d’écoulement
Calotte Fennoscandie
(Hatestrand thèse)
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Scénario pour l’évolution de la Fennoscandie
Basé sur les données géomorphologiques
(Hattestrand and Kleman)
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Synthèse des données disponibles sur la Fennoscandie : projet Queen
Limites de la Fennoscandie au LGM
Svensen et al. 1999
QUEEN
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Au cours du dernier cycle glaciaire, la position de la Fennoscandie a changé.
D'apres Svendsen et al. 2004
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Représentation de la Fennoscandie il y a 90 000 ans
• Il y a 90 000 ans, la calotte glaciaire formait un barrage pour l’eau fluviale et pour l’eau de fonte ce qui a été à l’origine des grands lacs représentés• Ces lacs avaient sans doute un impact sur le bilan de masse en surface (plus frais l'été) Mangerud et al. 2001 Krinner et al. 2004
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D'un cycle à l'autre l'extension de la Fennoscandie est très différente.
D'apres Svendsen et al. 2004
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Recul de la ligne d’échouage dans la mer de Ross
Bindschadler and Bentley, 2002
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l'Antarctique – 0-420 kans
Ritz et al., JGR, 2001.
30
l'Antarctique – 0-420 kans
Ritz et al., JGR, 2001.
31
Le LGM(Last Glacial Maximum)
en français : DMG(Dernier Maximum Glaciaire)
32
Le forçage radiatif au LGM
IPCC, 2007, chap. 6
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LGM – l'expérience PMIP2
IPCC, 2007, chap. 6
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LGM – l'expérience PMIP2
● Bon accord général entre les modèles et les proxy climatiques
IPCC, 2007, chap. 6
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Mécanismes en cause dans la déglaciation
L’insolation suffit-elle ?
Approche en forçant un modèle de calotte (GREMLINS) avec des sorties d’un modèle de circulation générale de l’atmosphère (LMD5)(Charbit et al. 2002)
Interpolation linéaire entre les instantanés climats (21,15,9,6 kyr BP)
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21 kyr BP
15 kyr BP
9 kyr BP
6 kyr BP
Température précipitation
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● La déglaciation modélisée (à droite) est un peu plus lente que celle de Peltier (à gauche) qui est issue de données.
● L’insolation + CO2 + SST expliquent tout de même la déglaciation au premier ordre.
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déphasage CO2 / température
retard du CO2 de :800 ± 600 ans
Monnin et al., Science, 2001.
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déphasage CO2 / température
retard du CO2 de :800 ± 200 ans
Caillon et al., Science, 2003.
le CO2, amplificateur des changements climatiques ?
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Modèles conceptuels
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Relation entre insolation et volume de glace
On suppose que c’est l’insolation d’été vers 60-65° de latitude nord qui est la plus pertinente Plus de continent dans l’Hémisphère nord Les étés « pourris » sont plus efficaces que les hivers
neigeux
Cette courbe d’insolation et l’enregistrement du volume de glace se ressemblent mais sans être identiques
Est-il possible de déduire le volume de glace de l’insolation avec un modèle simple (dit « conceptuel ») ? Exemple avec le modèle d’Imbrie
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Le modèle de Calder (1974)
● Terminaisons correctement reproduites● Trop de précession● Interglaciaire presque tous les 23 kyr
+ seuil
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Vo correspond à l’insolation d’été à 65 nord
Parrenin, thèse (2002)
● Cycle à 100 kans faible (voir MIS11)● Cycle à 400 kans trop fort
Le modèle d'Imbrie et Imbrie
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Le modèle de Paillard (1998)
VR=1 si R=i
VR=0 si R=g ou R=G
● Terminaisons correctement reproduites
● Durée du stade 11 OK● Un peu trop de précession
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Le modèle de Parrenin et Paillard (2003)
● Bonne amplitude des interglaciaires et glaciaires● Cycle inversé à 400 kans● Variations de phase lors des terminaisons : par
exemple, TII précoce et TIII tardive
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Morale des modèles conceptuels
● Relation insolation-climat non linéaire● Suggère la présence de différents modes et
d'effets de seuil● MIS11 très long car minima d'insolation
insuffisant pour déclencher une glaciation● Seuil de déglaciation sur volume de glace et
obliquité permet de reproduire – des amplitudes correctes pour les I et G– des variations de phase lors des terminaisons
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Les changements abrupts
● Définition 1 : Changements de grande ampleur survenant en moins de 30 ans (Clark et al., Nature, 2002)
● Définition 2 : Franchissement de seuil (Rahmstorf, 2001)
● Définition 3 : Réponse rapide par rapport au forçage (Alley et al., Science, 2003)
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Meridional Overturning Circulation
● Aussi appelée : Thermohaline circulation (THC)● Due aux différences de densité (T° et S)● Transporte chaleur et matière (solides, gaz)
Rahmstorf, Nature, 2002.
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Meridional Overturning Circulation● Formation des eaux profondes :
Atlantique Nord (NADW) et mer de Weddell (AABW)
● Refroidissement : échange thermique avec l'atm., évaporation
● Salinisation : évaporation, formation de la glace de mer
● S'écoulent le long des « vallées » océaniques
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Stabilité et seuils de la THC● Modèle simple à deux boîtes
(modèle de Stommel)● Intensité de NADW en fonction
du flux d'eau douce Σ● Pour certaines valeurs de Σ, 2
modes stables, un mode instable
● En fait, la THC met plusieurs siècles à s'équilibrer, donc la solution peut dévier de l'état d'équilibre
m
T1, S
1T
2, S
2
Σ
ÉquateurPôle
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La variabilité millénaire
IPCC, 2007, chap. 6
● a) indicateur de l'étendue Nord de la MOC atlantique
● b) CH4 (carottes de glace)● d) T° au Groenland à partir
de l'isotope● c) et recalibrée avec 15N● e) T° Antarctique● f) poussières Antarctique● g) CO2
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La variabilité millénaire
Température Antarctique
Température Groenland
Poussières
Sur les derniers 120 kans
EPICA community, Nature, 2006
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Les événements de Heinrich
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Une explication glaciologique des Heinrich events ?
Le modèle «Binge-purge» Mac Ayeal 1993 Le Laurentide grossit La température à la base augmente, ainsi que la production d’eau
basale Un seuil est atteint et un écoulement rapide dans la Baie
d’Hudson draine la glace vers l’océan ce qui amincit le Laurentide
Mais n’explique pas toutes les observations
Plus facile à faire avec un modèle schématique qu’avec un modèle complet du Laurentide
Rôle de l’hydrologie ? vidange d’un grand lac qui à l’époque était sous-glaciaire ?
Un effet de suppression d’arc-boutant est-il envisageable ?
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