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Earth dynamics and climate changes - 01/01/03

Doi : 10.1016/S1631-0713(03)00004-X 

Frédéric  Fluteau ab

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Résumé

The evolution of the Earth's climate over geological time is now relatively well known. Conversely, the causes and feedback mechanisms involved in these climatic changes are still not well determined. At geological timescales, two factors play a prevailing role: plate tectonics and the chemical composition of the atmosphere. Their climatic effects will be examined using palaeoclimatic indicators as well as results of climate models. I focus primarily on the influence of continental drift on warm and cold climatic episodes. The consequences of peculiar land sea distributions (amalgamation/dispersal of continental blocks) are discussed. Plate tectonics also drive sea level changes as well as mountain uplift. Marine transgressions during the Mid-Cretaceous favoured warmth within the interiors of continents, although their effect could be very different according to the season. Mountain uplift is also an important factor, which is able to alter climate at large spatial scales. Experiments relative to climatic sensitivity to the elevation of the Appalachians during the Late Permian are discussed. To affect the whole Earth, the chemical composition of the atmosphere appears to be a more efficient forcing factor. The carbon dioxide driven by the long-term carbon cycle has influenced the global climate. Geochemical modelling simulates more or less accurately the long-term evolution of pCO2, which corresponds roughly to the icehouse/greenhouse climatic oscillations. However, the uncertainties on pCO2 are still important because different parameters involved in the long-term carbon cycle (degassing rate, chemical weathering of silicates, burial of organic matter) are not well constrained throughout the past. The chemical composition of the atmosphere is also altered by the emissions of modern volcanic eruptions leading to weak global cooling. The influence of large flood basalt provinces on climate is not yet known well enough; this volcanism may have released huge amounts of SO2 as well as CO2. At last, the chemical composition of the atmosphere may have been altered by the release of methane in response to the dissociation of gas hydrates. This scenario has been proposed to explain the abrupt warming during the Late Palaeocene.

Résumé

L'évolution du climat de la Terre à l'échelle des temps géologiques est maintenant relativement bien connue. En revanche, les causes ainsi que les mécanismes de rétroaction impliqués dans ces changements climatiques ne sont pas encore totalement déterminés. À l'échelle des temps géologiques, deux facteurs semblent avoir joué un rôle majeur : la tectonique des plaques et la composition chimique de l'atmosphère. Leurs effets climatiques seront examinés en utilisant à la fois des indicateurs paléoclimatiques ainsi que les résultats de modèles climatiques. Je me focaliserai tout d'abord sur l'influence de la dérive des continents dans le cadre de périodes globalement chaudes puis froides. Les conséquences d'une répartition continent-océan particulière (regroupement/dispersion des blocs continentaux) seront présentées. La tectonique des plaques pilote aussi bien les changements de niveau marin que la surrection de reliefs. Une transgression marine au Crétacé moyen a favorisé l'extrême douceur qui règne au coeur des continents, mais son influence sur le climat peut différer nettement d'une saison à une autre. Enfin, la surrection des reliefs est un forçage climatique important qui peut affecter le climat à l'échelle d'un continent. Des expériences de sensibilité climatique à la hauteur de la chaîne des Appalaches au Permien supérieur le montrent clairement. Pour affecter la Terre dans son intégralité, la composition chimique de l'atmosphère semble être le forçage le plus efficace. Le dioxyde de carbone piloté par le cycle du carbone a influencé le climat global. Des modèles géochimiques ont simulé, avec plus ou moins de précision, l'évolution à long terme de la pCO2, laquelle correspond approximativement aux grands cycles climatiques chauds et froids que la Terre a connus. Cependant, les incertitudes sur la pCO2 restent importantes, car les différents paramètres impliqués dans le cycle du carbone à long terme (taux de dégazage, altération chimique des silicates, enfouissement de la matière organique) ne sont pas très bien contraints dans le passé. La composition chimique de l'atmosphère est également perturbée par les émissions de gaz au cours d'éruptions volcaniques récentes. L'influence des larges traps basaltiques sur le climat reste mal connue, malgré le fait que ce volcanisme ait pu relâcher des quantités énormes de SO2 et de CO2. Enfin, la composition chimique de l'atmosphère peut être également modifiée par les émissions de méthane issues de la dissociation d'hydrates de gaz. Ce scénario a été proposé pour expliquer le réchauffement brutal à la fin du Paléocène.

Mots clés  : Palaeoclimate ; Forcing factor ; Plate tectonics ; Sea level ; Gas.

Mots clés  : Paléoclimat ; Forçage ; Tectonique des plaques ; Niveau marin ; Gaz.

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Vol 335 - N° 1

P. 157-174 - janvier 2003 Retour au numéro
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  • Thermal convection in a heterogeneous mantle
  • Anne Davaille, Michael Le Bars, Catherine Carbonne

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