plan · 2020-06-12 · plan - l’antarctique de nos jours l’antarctique, un continent unique …...
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PLAN
- L’ANTARCTIQUE DE NOS JOURSL’Antarctique, un continent unique… avec beaucoup de glaceLe climat de l’Antarctique
- DANS LE PASSÉL’Antarctique, maître d’œuvre du basculement dans l’ère glaciaire actuelle
Les oscillations climatiques depuis 3 Ma : les précieuses données de l’Antarctique
- CLIMAT ACTUEL/FUTUR ET ANTARCTIQUEAu niveau global, sur Terre : le changement climatiqueLe réchauffement de l’AntarctiqueLa fonte de la calotteL’instabilité des calottes marinesL’Antarctique et la montée du niveau marin
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Richard Brydges Beechey, 1842, Antarctic expedition : Gale in the Pack (1863).
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Continents : HN : 20°N jusqu‘à 80N jusqu‘à 80NHS : depuis 66S jusqu’au pôle
Vue depuis : le pôle Sud le pôle Nord
→ Situation polaire
Aucun entre 55°N jusqu‘à 80S et 66°N jusqu‘à 80S : que de l’océan !
→ Isolement géographique
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Le continent antarctique
L’Océan austral
Où les calottes peuvent-elles se former : océan et/ou continent ?
Où se situe le continent le plus froid de la planète : basses et/ou hautes latitudes ?
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1 - 2018
L’Antarctique et sa calotte de glace actuelle
Schéma des cellules atmosphériques (Hadley, Ferrel, polaire, dans chaque hémisphère).
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
HADLEYFERRELPOLAIRE
Les cellules de convexion hémisphérique dans la troposphère.
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
- Le système climatique antarctique
- Courants atmosphériques et océaniques
- … et une boucle de courant océanique qui fait le tour du globe
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Courant antarctiquecircum-polaire
Courant antarctique circum-polaire et bathymétrie de l’océan austral (jusqu’à 25°S).
Carte de l’océan arctique et des hautes latitudes Nord.
Hautes latitudes de l’hémisphère Sud = Aucun équivalent dans l’hémisphère Nord
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
→ Isolement thermiqueVents de surface zonaux (Ouest) + Courant océanique circum-polaire
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
- Température, précipitations et vents antarctiques
- Température : moyennes et extrêmes
Température la plus froide jamais enregistrée au niveau du sol :
- par mesure directe (thermomètre à 1,5 m/sol) : −89,2°C, Vostok, Juillet 1983
- par satellite : −93,2°C, Plateau Antarctique Est, Août 2010
En moyenne
- Sur le plateau antarctique intérieur : −55°N jusqu‘à 80C à Vostok
- Sur la côte : −10°N jusqu‘à 80C
Les extrêmes
Été : Pôle Sud −30°N jusqu‘à 80C, Pôle Nord −5°N jusqu‘à 80C
Hiver : Pôle Sud −55°N jusqu‘à 80C, Pôle Nord −35°N jusqu‘à 80C
Par comparaison
Surface temperature of Antarctica in winter and summer. (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
En moyenne sur Terre
Moyenne des températures annuelles à la surface de la planète.(Mélières and Maréchal, 2020)
≈ +27°C
≈ −15°C
≈ −50°C
Équateur
Région polaire Nord
Région polaire Sud
Température moyenne : ≈ +15°C
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
→ Antarctique : climat le plus froid sur Terre
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
= L’Antarctique est un désert (froid)
En moyenne
17 cm/a (en équivalent eau liquide)
< 5 cm/a sur le plateau intérieur
40 cm/a sur les régions côtières
< 250 mm/a = « désert »
Carte des précipitations moyennes annuelles en Antarctique (en mm équivalent en eau liquide).
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
→ Le plus grand désert au monde
Déserts Sahara + Arabie : 11,5 millions de km2
Désert Antarctique : 14 millions de km2
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Représentation schématique de l’alternance de ceintures de pluie et de régions arides.(Mélières and Maréchal, 2015)
Précipitations moyennes : ≈ 1 m/a
Pluie
Pluie
Désert
Désert
Pluie
Désert
Désert
… 1 m/a
… 0,7 m/a
… 2 m/a
En moyenne sur Terre
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
→ Antarctique : climat parmi les plus secs sur la planète
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Groenland : remonte le temps sur 130 000 ansAntarctique : - - - sur 800 000 ans != Actuellement !
… Probablement plus !!
→ Les plus vieilles archives de glace : mémoire des climats passés
1,5 million d’années visé par le programme européen « Beyond EPICA » (2019-2025)
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
- Vitesse des vents : moyennes et extrêmes
Vents les plus forts : les vents catabatiques
(katabatikos, grec- : « descendant la pente »)Vent gravitationnel produit par le poids d’une masse d’air froid dévalant un relief géographique
Vents catabatiques le long de la côte antarctique.
Ils soufflent du plateau intérieur (2500-3500 m) vers la côte
Vent catabatique en Antarctique.
→ Des vents particulièrement forts
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
(5) (4) (3) (2) (1) (i-ii)
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Age (Millions d’années)(Milliards d’années)
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PrésentFormation de la Terre
(A) C
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Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Les grands climats sur Terre, depuis sa formation, selon une échelle temporelle logarithmique (! Zoom sur les temps récents !). Maréchal et Sommier (in prep)
Eres glaciaires : 15% du temps cumulé
(5) La glaciation oligocène-… (Cénozoïque) : depuis 35 Ma BP actuelle
(i) Cycles « glaciaires-interglaciaires » fin Pliocène-Holocène : depuis ≈ 3 Ma BP
Évolution de la température océanique profonde depuis 65 MaBeerling et Royer (2011)
De 50 Ma BP à l’actuel : T ≈ −12°C
T 12°C
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Image d’éléments détritiques grossiers (grains de quartz) ou IRD (Ice Rafted Debris)
Formation des IRD dans les sédiments océaniques.
Apparition d’une calotte de glace en Antarctique de l’Est il y a 35 Ma
Développement de la calotte de glace en Antarctique de l’Ouest il y a 15 Ma
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Évolution du signal isotopique 18O des tests de foraminifères benthiques depuis 65 MaZachos et al. (2001) – Billups et al. (2002), Bohaty et Zachos (2003), Lear et al. (2004)
≈ 35 Ma
Refroidissement progressif depuis ≈ 50 Ma
ponctué par 3 phases d’accélération du refroidissement :
≈ 15 Ma ≈ 3 Ma
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
- Début du refroidissement
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Surrection de l’Himalaya (collision Inde-Asie il y a 50 Ma)
Diminution de l’expansion océanique ?
Évolution de la géographie
- Il y a 35 Ma
Englacement
Quelles sont les origines du refroidissement global ?
Fin Jurassique ≈ −150 Ma
Fin Crétacé ≈ −90 Ma
(i) passage en position polaire
Région la plus froide de la planète
(ii) puis isolement des autres continents
Début Paléocène ≈ −65 Ma
Quaternaire ≈ −2 Ma
→ Isolement thermique du continent
- l’Antarctique
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Édification progressive d’une calotte de glace = blanc = réfléchit une partie de l’énergie solaire = + refroidissement sur Terre
- Il y a 3 Ma
Englacement se poursuit …
Une fois la calotte antarctique construite, où d’autres calottes peuvent-elles se développer ?
Répartition des masses continentales sur Terre.
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
L’épopée des enregistrements glaciaires
L’Antarctique (gauche) et le Groenland (droite) avec les stations scientifiques.
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Coupe des forages de Vostok 3G à 5G (du troisième au cinquième forage), avec leurs dérivations suite aux carottiers coincés.
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Station de Vostok.
Variation des compositions isotopiques de l’hydrogène et de l’oxygène dans la glace en fonction de la température locale en Antarctique et au Groënland.
- Les signaux isotopiques 18O et D de la glace
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Température antarctique
→ Thermomètre isotopique
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Évolution du D de la glace sur près de 800 000 ans grâce au forage EPICA au centre de l’Antarctique (Dôme C), en parallèle avec celle des 18O des foraminifères benthiques. Jouvel et al. (2007)
La T°N jusqu‘à 80 moyenne à Dôme C lors du dernier stade glaciaire il y a 23 000 ans était de ≈ 10°N jusqu‘à 80C plus basse qu’actuellement
Temps
Variations de température antarctique double température moyenne globale
Extension des calottes glaciaires et de la banquise actuellement et au Dernier Maximum Glaciaire il y a 23 000 ans. Le niveau marin était alors 120 mètres plus bas que l’actuel.
Interglaciaire actuel Dernier Maximum Glaciaire
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Entre périodes glaciaires et périodes interglaciaires, la variation de température moyenne globale est de ≈ 5°N jusqu‘à 80C
(sur les derniers 600 000 ans)
Une cinquantaine d’oscillations a eu lieu depuis 3 millions d’années
Neige récente
Piégeage de l’air récent
NévéL’air se diffuse entre les pores
Glace vieille de plusieurs centaines d’années (Groenland) à quelques milliers d’années (Antarctique)
0 m
10-25 m
Profondeur
100 m
- Les bulles d’air fossile dans la glace
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Schéma de transformation de la neige en glace dans un glacier ou une calotte glaciaire.
Composition de l’air
Échantillons de glace À droite : glace antarctique prélevée à une centaine de mètres de profondeur
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Lame de glace de 2 millimètres d'épaisseur en lumière polarisée, avec des bulles d'air piégées dans la glace.
Évolution du CO2 atmosphérique et de la température en Antarctique (reconstruite à partir des enregistrements D de la glace) sur les derniers 800 000 ans au forage EPICA au centre de l’Antarctique (Dôme C) et à Vostok. Données de Lüthi et al. (2008) et Jouzel et al. (2007)
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Évolution du dioxyde de carbone CO2, du méthane CH4 et de l‘oxyde nitreux N2O
sur près de 800 000 ans grâce au forage EPICA au centre de l’Antarctique (Dôme C). Étoiles : valeurs ≈ actuelles. Jouzel et al. (2007)
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
→ Concentration des gaz à effet de serre
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
- De la calotte aux icebergs …
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Instabilité des calottes marines, liée à la topographie du socle
Topographie de l’Antarctique. Fretwell et al. 2013
Pourquoi cela peut s’emballer …
À creuser !!
Le bloc de glace géant ne s'est pas encore complètement détaché de Larsen C, mais pourrait offrir un spectacle aussi désolant que celui de cet immense iceberg (64 km par 17 km, 1100 km2) qui s'était détaché en octobre 1999 de l’Antarctique, ici aperçu dérivant au sud du Cap Horn. Crédits : Reuters
Le démantèlement des grandes plateformes de glace (« arc-boutants ») déjà à l’œuvre
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Déstabilisation de la calotte antarctique
Larsen C : aperçu aérien de la brèche datant du
10 novembre 2016. NASA
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
EM GMSL without TOPEX A drift correction (black curve), sum of EM components (red curve), and individual EM components over January 1993 to December 2015.
Shaded areas represent one standard error. Dieng et al. (2017)
= Expansion thermique
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Quel est le rôle de l’Antarctique ?
Montée du niveau marin (2016) :
60-70% fonte des glaces
30-40% dilatation thermique des océans
(dont Antarctique 6%)
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Contribution de l’Antarctique à l’élévation du niveau marin. Deconto et al., 2016.
- Les prévisions d’évolution future du niveau marin
Schéma montrant les différentes constantes de temps des réponses du système Terre à l’émission de gaz à effet de serre dans l’atmosphère.
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Et après l’horizon 2100 ?
Le niveau de la mer continue à augmenter bien après la réduction des émissions de gaz à effet de serre…
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
Connaissez vous sur Terre un lac qui soit en pente … ?
Le lac sous-glaciaire de Vostok.
Climat antarctique Chloé Maréchal – Université Ouverte Lyon 1
… les formations de yukimarimo ?
Yukimarimo proches de la base Concordia. Ces formations se rencontrent en Antarctique uniquement.