activité tectonique
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Modélisation du cycle du carbone et impacts climatiques à long terme
Activité tectonique et cycle du carbone à long terme
INRP - ERTé - ACCES - Equipe d'Orléans-Tours
Problématique :
Le cycle du carbone à long terme comprend deux mécanismes qui à l'échelle de temps considéré font baisser le taux du dioxyde de carbone atmosphérique :
- le piègeage de la matière organique
- l'altération des silicates
En revanche, l'activité tectonique essentiellement due à l'activité volcanique des dorsales enrichit l'océan et l'atmosphère en CO2
A l'aide du modele actecto.mdl, nous allons étudier l'influence de l'activité tectonique sur la température moyenne du globe.
Validation du modèle utilisé :
La synthèse de l'ensemble des informations d'ordre climatique apportées par les roches d'époques différentes, permet d'obtenir la courbe des températures ci-dessous d'après Scortèse et Mc Kerrow.
Courbe que nous pouvons comparer avec la courbe obtenue avec notre modèle. Le modèle utilisé est une adaptation de Géocarb II, modèle conçu par R.A Berner de l'université de Yale. Ce modèle du cycle du Carbone à long terme qui fonctionne sur une durée de 600 Ma, soit l'équivalent des temps phanérozoïques.
Cette comparaison montre que notre modèle retrouve les grandes variations de température contruites à partir de données objectives, à l'exception de la variation ordo-silurienne.
Notre modèle est donc valide mais imprécis.
Démarche : Importance de l'activité tectonique au cours des temps géologiques.
Le modele utilisé permet page 2 de faire varier sur les 600 derniers millions d'années l'activité tectonique :
- lorsque le curseur est sur 0, l'activité tectonique est constante et égale à ce qu'elle est aujourd'hui.
- lorsque le curseur est sur 1, l'activité tectonique représente l'activité tectonique estimée.
Rechercher les périodes ponctuelles (80 MA) particulièrement sensibles à ce facteur à l'aide du modèle :
Deux périodes se dégagent (remarque attention à l'échelle de temps sur le modèle : 600 MA représente la période actuelle):
- la période permo-carbonifère 300 MA
- la période crétacé 100 MA (-135MA à -65 MA)
Interprètation :
Pour la période permo-carbonifère, l'activité tectonique a réduit de façon importante la baisse de température liée au développement des végétaux, au piégeage de la matière organique et à l'altération de la chaîne hercynienne. Le document suivant confirme l'importance du volcanisme à cette époque.
Pour la période crétacé :
Le modèle montre qu'à cette époque :
la température est de plusieurs degrés supérieure à la température actuelle (passage de 13°C à 17°C ) ;
l'activité tectonique est également supérieure à l'actuel.
Le taux de carbone relatif est également supérieur à l'actuel.
L'explication de l'élévation de température du crétacé se serait notamment réalisé par un enrichissement de l'atmosphère en CO2 lié à l'activité volcanique des dorsales particulièrement intense.
D'autres facteurs confirment cette activité des dorsales :
Une variation du niveau marin : Variation du niveau de la mer (en centaine de mètres).
A cette période se produit une élévation importante du niveau des mers de l'ordre de 300m, la surface des terres émergées est réduite de 30 à 40 % par rapport à l'actuel. Ce qui accentue l'augmentation de la température puisque l'albédo des mers est nettement plus faible que celui des terres.
Une augmentation de la température produit une fonte des glaciers cependant un petit calcul montre que :
Le volume V actuel des glaces est estimé à 43.4 millions de km3
La surface S des océans est de 3,5 1014 m2
La fonte des glaciers correspondrait à une montée du niveau marin de : V / S = 125 m.
cette fonte des glaciers ne peut expliquer la totalité de l'augmentation du niveau marin.
Un autre facteur intervient la dilatation thermique de l'eau, nous pouvons estimer une augmentation de température d'après notre modèle de 5°C.
En considérant que seule la partie superficielle des océans (les 500m premiers mètres) peut subir les variations de température atmosphérique. Le volume susceptible d'être affecté par la dilatation thermique est :
V0 = 3,5 1014x 500 = 2,2 1017 m3
Les physiciens définissent un coefficient de dilatation thermique de l'eau ά = 2,6 10-4 °C-1
avec lequel et selon la formule V1 = V0x ( 1 + ά (T1- T) ,
il est possible de calculer la variation de volume lié au variation de température de T à T1.
V1= 2,2 1017 x ( 1 + (2,6 1014 x 5) )=
D'où la variation de niveau : V1- V0 / S = /3,5 1014
Un autre facteur complète ces différents paramètres pour expliquer l'augmentation du niveau des mers.
Comme l'indique le modèle la production de croute océanique est plus importante au Crétacé. Et une vitesse d'expansion océanique élevée s'accompagne d'une augmentation du volume des dorsales le plancher océanique remonte diminuant la place disponible pour les eaux océaniques et provoquant la transgression du crétacé.
| Équipe INRP de l'académie d'Orléans-Tours. |