Stades isotopiques de l'oxygene

Stades isotopiques de l'oxygene

Stades isotopiques de l'oxygène

Les stades isotopiques de l'oxygène ou OIS (pour Oxygen isotope stage) sont des épisodes climatiques définis à partir de la variation au cours du temps du rapport entre les isotopes de l'oxygène de masses atomiques 16 et 18 au sein de prélèvements dans les sédiments marins ou dans les calottes glaciaires. Ce rapport est lié à la température de l'eau des océans, qui reflète elle-même le climat global. Les variations cycliques de ce rapport traduisent des changements climatiques au cours de l'histoire géologique.

Sommaire

Isotopes de l'oxygène

Une molécule de dioxygène atmosphérique (O2) peut se présenter sous forme de trois isotopes : O-16, O-17 et O-18 16, 17 et 18 représentent les masses atomiques. Lisotope le plus abondant est O-16, avec un faible pourcentage de O-18 et un pourcentage encore plus faible de O-17. Lanalyse des isotopes de loxygène ne prend en considération que le rapport entre les quantités de O-18 et de O-16 présentes dans des carottages au sein des dépôts de calcaire océanique ou de calottes glaciaires au Groenland et en Antarctique.

Le rapport entre les masses de ces deux isotopes présents dans léchantillon est comparé à un rapport standard correspondant à une température donnée. La température de leau de mer au sein de laquelle le calcaire sest formé peut alors être estimée. Cette méthode est dautant plus fiable que le nombre déchantillons considérés est important.

La différence de concentration relative de l'O-18 est exprimée par le δ18O selon la formule:

\delta {}^{18}\!O=\left(\frac{\left(\dfrac {{}^{18}\!O}{{}^{16}\!O}\right)_{ech}}{\left(\dfrac {{}^{18}\!O}{{}^{16}\!O}\right)_{ref}}-1\right)*1000\ ^{o}\!/\!_{oo}

Relation entre calcaire et eau de mer

Le calcaire résulte de laccumulation de calcite provenant des coquilles de microorganismes marins. La calcite, ou carbonate de calcium (CaCO3) se forme à partir deau (H2O), et de dioxyde de carbone (CO2) dissous dans leau. Le dioxyde de carbone fournit deux des atomes doxygène présents dans la calcite. Le troisième est fourni par leau. Le rapport isotopique O18/O16 dans la calcite est donc le même, après compensation, que le rapport dans leau de laquelle les microorganismes dun niveau donné ont extrait leurs constituants.

Relation entre isotopes et température

Lisotope O-18 comporte deux neutrons de plus que O-16, de sorte que la molécule deau qui le contient est plus lourde dautant. Son évaporation nécessite donc plus dénergie quune molécule contenant du O-16 et à linverse sa condensation implique moins de perte dénergie.

Une température de leau plus chaude implique que les molécules requièrent moins dénergie pour s'évaporer, puisquelles ont déjà plus dénergie. Une eau plus froide implique que leau requiert plus dénergie pour se vaporiser. Étant plus lourde, une molécule deau O-18 requiert plus dénergie quune molécule deau O-16 pour quitter létat liquide, une eau plus froide libère de la vapeur plus riche en O-16. Une eau plus froide collecte donc plus dO-18 que dO-16 que ne le fait une eau plus chaude.

Relation entre température et climat

Le rapport O-18/O-16 fournit un enregistrement précis de la température passée de leau des océans.

  • Une eau plus froide que lactuelle de 10 à 15 degrés Celsius correspond à une glaciation. Les précipitations et donc les glaces contiennent de leau pauvre en O-18. De grandes quantités deau à O-16 étant immobilisées sous forme de masses glaciaires, le taux de O-18 océanique est important.
  • Une eau dont la température peut aller jusquà 5 degrés Celsius de plus quà lheure actuelle correspond à un interglaciaire, le taux dO-18 étant faible.

Létablissement dune courbe chronologique des températures indique que le climat a varié de manière cyclique au cours du Pléistocène. Cette technique a permis didentifier les différentes phases glaciaires et détablir une chronologie isotopique.

Numérotation et chronologie isotopique

La courbe basée sur la chronologie isotopique des températures a permis de définir une alternance de stades froids et tempérés, numérotés à partir du stade tempéré actuel ou stade 1, en remontant dans le temps. Les stades froids portent des numéros pairs (2, 4, 6, etc.) et les stades tempérés portent des numéros impairs (3, 5, 7, etc.). Ils peuvent correspondre respectivement aux phases glaciaires et aux interglaciaires des anciennes chronologies continentales, mais aussi à des épisodes intermédiaires, les interstades. La glaciation würmienne correspond approximativement aux stades isotopiques 2, 3, 4 et la majorité du stade 5 : deux stades froids (OIS 2 et 4) séparés par un interstade tempéré (OIS 3) et une série d'oscillations assez rapides (OIS 5a à d).

Article détaillé : Chronologie isotopique.

Références

Liens externes

Calculateur du Fractionnement des Isotopes Stables : http://www.ggl.ulaval.ca/cgi-bin/isotope/generisotope.cgi

  • Portail de l’origine et de l’évolution du vivant Portail de lorigine et de lévolution du vivant
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