Paléogéographie et paléoclimat | INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS

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Paléomagnétisme

  Paléogéographie et paléoclimat

 

La Terre a connu de profonds bouleversements climatiques à l’échelle des temps géologiques. Elle est passée par différents états, de la Terre entièrement englacée (Terre boule de neige) à une Terre dépourvue totalement de glace. C’est cette histoire longue et complexe que nous nous efforçons de déchiffrer pour extraire les causes des changements climatiques. En effet, le système climatique est un système à l’équilibre avec un certain nombre de forçages (constante solaire, paléogéographie, composition chimique de l’atmosphère, paramètres orbitaux, état de surface des continents …). Modifier l’un de ces paramètres va déstabiliser le système climatique qui va évoluer vers un nouvel état d’équilibre. Cette succession de déstabilisation se traduit par des changements climatiques qui se produisent sur différentes échelles de temps. C’est donc une histoire complexe que l’on tente de déchiffrer à travers les enregistrements climatiques mais également par le biais de la modélisation climatique et géochimique.

 

+ La mise en place des grandes provinces basaltiques

Traps du Deccan (Inde)

Les grandes provinces basaltiques (ou traps) constituent des objets géologiques exceptionnels. Courtillot et Renne (2003) ont montré que la mise en place des traps est synchrone des extinctions en masse majeures ou mineures du Phanérozoïque. Cette découverte soulève la question des mécanismes reliant ce volcanisme exceptionnel aux changements climatiques et environnementaux et aux extinctions en masse. Quantifier l’impact de ce volcanisme implique de connaître sa séquence éruptive. Pour établir la séquence éruptive, nous utilisons la géochronologie et le paléomagnétisme. La géochronologie permet de déterminer l’âge des différentes phases de mise en place. Le paléomagnétisme, et plus précisément l’analyse de la variation séculaire du champ magnétique terrestre enregistrée par les coulées volcaniques des grandes provinces basaltiques, fournit des contraintes sur la séquence éruptive des traps. Cette méthode a été utilisée pour étudier les traps de Deccan (Inde) et les traps du Karoo (Afrique du Sud – Lesotho).

 

+ Impact sur le climat et l’environnement des grandes provinces basaltiques

La mise en place des grandes provinces basaltiques émet dans l’atmosphère de grandes quantités de gaz magmatiques et dans certains cas, par métamorphisme de contact des niveaux sédimentaires traversés par les dykes et sills. Nous essayons de comprendre et de quantifier l’impact de ces émissions sur le climat et la chimie de l’océan. Notre étude se focalise sur les traps du Deccan, car nous disposons d’une séquence éruptive, d’une estimation des flux de CO2 et SO2 (Chenet et al., 2008, 2009) et d’enregistrements climatiques et environnementaux autour de la limite K-T. Nous montrons que la production d’aérosols sulfatés issue des émissions de SO2 induit un refroidissement de quelques dizaines d’années suffisant pour induire un refroidissement global, réduire l’altération chimique et déstabiliser le cycle du carbone. Ce scénario conduit à une augmentation de 25% de la teneur en CO2 de l’atmosphère lorsque les mécanismes de rétroaction des aérosols sulfatés sont pris en compte (Mussard et al., 2014). Nous poursuivons cette étude en analysant les conséquences de la mise en place des traps du Deccan et de l’impact de Chixculub sur la chimie de l’océan.

 

+ Le climat à l’Archéen (3.8 – 2.5 Ga) et au Protérozoïque (2.5 – 0.54 Ga)

Modèle climatique numérique (LMDZ)

La Terre a connu de profonds bouleversements au cours de l’Archéen et du Protérozoïque: croissance de la surface des continents (2.7 – 2.5 Ga), diversification minéralogique, oxygénation de l’atmosphère (2.3 - 2.4 Ga). De plus, cette période est marquée par une activité solaire plus faible (-21% à 2.5 Ga). Le faible ensoleillement doit être compensée par une forte teneur en gaz à effet. Notre étude porte sur le rôle de ces événements sur le climat de cette époque à l’aide d’un modèle climatique 3D et d’un modèle géochimique. Nous avons estimé les teneurs en gaz à effet de serre pendant cette période et proposé un scénario pour expliquer les glaciations huronniennes (2.4 – 2.2 Ga).