laboratoires et personnes impliqués :

26
Étude des interactions Géochimie-Climat dans le contexte extrême des glaciations type ‘Snowball Earth’ Laboratoires et personnes impliqués : G. Ramstein & Y. Donnadieu, Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE-CEA) Y. Godderis, A. Nedelec & B. Dupré, Laboratoire de Modélisation des Transferts en Géologie (LMTG) J. Meert, Department of Geological Sciences, University of Florida Travail présenté par Gilles Ramstein, issu de la thèse de Yannick Donnadieu

Upload: hop

Post on 19-Mar-2016

54 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

Étude des interactions Géochimie-Climat dans le contexte extrême des glaciations type ‘Snowball Earth’. Laboratoires et personnes impliqués : G. Ramstein & Y. Donnadieu, Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE-CEA) - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: Laboratoires et personnes impliqués :

Étude des interactions Géochimie-Climat dans le contexte extrême des glaciations type ‘Snowball Earth’

Laboratoires et personnes impliqués :

•G. Ramstein & Y. Donnadieu, Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE-CEA)

•Y. Godderis, A. Nedelec & B. Dupré, Laboratoire de Modélisation des Transferts en Géologie (LMTG)

•J. Meert, Department of Geological Sciences, University of Florida

Travail présenté par Gilles Ramstein, issu de la thèse de Yannick Donnadieu

Page 2: Laboratoires et personnes impliqués :

Deux phases de glaciations caractérisées par des dépôts glaciaires formés à des latitudes tropicales et à

basses altitudes

1

2

Autour de 750 Ma, Sturtienne

Autour de 600 Ma,Varangienne

GE Williams (1975), forte obliquité (>60°) = pôles + chaud que l’équateur

J. Kirschvink (1992), P. Hoffman (1998), théorie de la Snowball Earth = Terre totalement englacée (rôle des gaz à effets de serre, pas de variation d’obliquité)

Cap Carbonates à texture inhabituelle

13C des carbonates marins = -5 %o

Dépôts de fer rubanés

Page 3: Laboratoires et personnes impliqués :
Page 4: Laboratoires et personnes impliqués :

À glaciations extrêmes, causes extrêmes ?

1 - Forçage orbital

2 - Forçage géochimique

Études pratiquement inexistantes

Inconsistant avec la répartition des dépôts

glaciaires

Mise en place de surface basaltique

Fragmentation du supercontinent

‘Rodinia’

Mécanismes à tester

Page 5: Laboratoires et personnes impliqués :

Dégazage du manteau

CarbonatesC

réduit

Océan-AtmosphèreSubduction

altération

Manteau

Cycle du carbone

Recyclage

dépôts

Page 6: Laboratoires et personnes impliqués :

CaSiO3 + 2H2CO3 Ca2+ + 2HCO3- + SiO2 +H2O

Dissolution des silicates continentaux:

Précipitations des carbonatesCa2+ + 2 HCO3

- CaCO3 + H2CO3

Bilan altération des silicates:

CaSiO3 + 2H2CO3CaCO3 + H2CO3

Walker, Hays et Kasting, 1981

A retenir: A des échelles temporelles de variations > 200 ka, variations de la teneur en carbone atmosphérique

dépend uniquement de la source: le volcanisme et du puit: l’érosion des

silicates : Fmorb + Fvol = Fsw

Page 7: Laboratoires et personnes impliqués :

Oliva, Viers et Dupré, 2002

2981

)15.273(140600exp,

iiigra

graiw TR

arearunoffkF

Dessert et al., 2002

iibasi

basiw TrunoffareaF 0642.0exp4.3234,

Page 8: Laboratoires et personnes impliqués :

Volcanisme

CO2 atmosphérique Effet de Serre

Température

PrécipitationsRuissellement

Altération des silicates

Rétroaction négative altération silicate-climat

Page 9: Laboratoires et personnes impliqués :

Fsw = Abas kbas f(CO2) = 8 Abas kgra f(CO2)

Fsw = (Acont-Abas) kgra f(CO2)

Fsw = Acont kgra f(CO2)

Fvol = Acont kgra f(CO2)

Fvol = 8 A bas kgra f(CO2) + (Acont-Abas) kgra f(CO2)Fvol = (Acont+7 Abas) kgra f(CO2)

Fvol = Acont kgra f(CO2)

Effet de la mise en place d’une province basaltique

Page 10: Laboratoires et personnes impliqués :

Test sur la taille des traps

requise en fonction du

niveau de CO2 pré-

perturbation et de la bande

latitudinale sur laquelle elle se

trouve

Solution la plus plausible: 0-10°N et 150 à 360 ppm = 0.9 à 7 M de km2 (étendue des

traps).

Traps de Sibérie : 5 M de km2

Traps du CAMP (Central Atlantique Magmatic Province) = 7 M de km2

Page 11: Laboratoires et personnes impliqués :
Page 12: Laboratoires et personnes impliqués :

Module géochimiqueAltération zonale, …

EBM

T dans 18 bandes

CO2

Connection climat-CO2 dans les modèles géochimiques: Utilisation du modèle Géochimie-Climat COMBINE pour tester

L’impact du trap Laurentien

Page 13: Laboratoires et personnes impliqués :
Page 14: Laboratoires et personnes impliqués :

1 - Mise en place d’une surface

basaltique de 6.2 M de km2 à 780 Ma

avec un CO2 de 280 ppm

2 - Dérive vers le Sud à raison de 2 cm/a puis 8 cm/a

après 750 Ma (ouverture du Proto-

Pacifique)

3 - 145 ppm consommés

(1.8x pCO2 Modern-LGM)

4 – 50 Ma après les traps > SBE

Page 15: Laboratoires et personnes impliqués :

Hypothèse des traps : un mécanisme nécessaire mais non suffisent …

Les conditions requises :

1 Écoulement des basaltes proche de

l’équateur

2 Un climat pré-perturbation froid (Tglob= 0.8°C)

Point fort de l’hypothèse :

Peut expliquer une réduction du dC13 de

l’eau de mer de 3.3 %o

Page 16: Laboratoires et personnes impliqués :

Mécanismes de refroidissement global à long terme:

1 – Apparition de traps successives

2 – Position à basses et moyennes des continents

3 - Fragmentation du supercontinent Rodinia

Page 17: Laboratoires et personnes impliqués :

Exemple d’approche à l’équilibre:Modèle 0D GEOCARB (Berner,94)

Version 0: Fvol = Fsw

Fvol = k Runoff PCO20.3 exp[(T-288.15)/17.7)]

T = 288.15 + 6.5 ln(PCO2) Runoff = [1 + 0.038 (T-288.15)]

Fvol = k [1+0.038 (6.5 ln (PCO2))] PCO20.3 exp[6.5 ln (PCO2)/17.7]

K= area x fe x …

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0.00E+001.00E+022.00E+023.00E+024.00E+025.00E+026.00E+02

gymnospermesAngiospermesfe

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

0100200300400500600

area

Page 18: Laboratoires et personnes impliqués :

Royer et al, 2001

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0100200300400500600

Age (Ma)

Indice de dégazage

Résultats

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

020406080100120140160180200

Page 19: Laboratoires et personnes impliqués :

Com

plex

itéBLAG, GEOCARB (Berner, Lasaga, Garrels, 1983

Berner, 1991,1994 Berner, Kothavala, 2001)

T=T0 + ln (PCO2) – Ws (T/570)

GCCM (François and Walker, 1992

COMBINE 1 François et al, 1993 Goddéris and François, 1995 Goddéris and Joachimski, 2002)

Couplage géochimie-climat (EBM-1D)T dans 18 bandes de latitudeRunoff reste une relation paramétriqueMAIS fonction de T et aire par bande de latitudeModification de la paléogéographie en moyenne zonale

Connection climat-CO2 dans les modèles géochimiques

Variabilité globale

Variabilité zonale

Page 20: Laboratoires et personnes impliqués :

Apport d’une nouvelle dimension dans les modèles couplés climat-géochimie

Contraintes sur le choix du modèle

de climatClimber-2.3 couplé au

modèle COMBINE

Autres CAL : Fvol imposé, Cste Solaire –6%,

lithologie constante imposée

800 Ma

750 Ma

Application au Néoprotérozoique

:

Page 21: Laboratoires et personnes impliqués :

Les premiers résultats … 1 – A 800 Ma

Le modèle s’équilibre à un pCO2 d’environ

1800 ppm

Soit une température globale moyenne de

10.2 °C

Une position tropicale des continents ne

semble pas être une condition suffisante à

la formation de calotte de glaces

continentale mais le climat est quand

même relativement froid

Page 22: Laboratoires et personnes impliqués :

Les premiers résultats … 1 – A 750 Ma

Le modèle s’équilibre à un pCO2 d’environ

500 ppmRéduction de 1300

ppm

Soit une température globale moyenne de

2°CRéduction de 8.2°C

Une configuration ou les continents sont plus petits et plus dispersés apparaît très favorable au

déclenchement d’une glaciation importante

Page 23: Laboratoires et personnes impliqués :

Les premiers résultats …En rouge (noir), Runoff et T pour l’expérience à 750 (800) Ma et pour une pCO2 de 1800 ppm

Fvol800 Ma=Fsw800Ma (1800ppm)

Fsw800 Ma-1800 << Fsw750Ma-1800

comme T et R + grd

- de CO2 = R et T diminuent afin d’atteindre Fsw800 Ma (1800ppm) = Fsw750Ma (500ppm)

Page 24: Laboratoires et personnes impliqués :

Sensibilité au flux de dégazage

Page 25: Laboratoires et personnes impliqués :
Page 26: Laboratoires et personnes impliqués :

Conclusions / Discussions

Qu’en est-il des autres fragmentations de supercontinent ? Relation Constante

Solaire / Forçage tectonique

Paléoprotérozoique / SBE … Gondwana / pPCO2 diminue / Runoff augmente (Simulations GCM de Gibbs et al.)