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Quaternaire

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Présentation

En 1821, un ingénieur suisse, Ignaz Venetz, présente un article dans lequel il suggère la présence de traces de passage d'un glacier à une distance considérable des Alpes. Cette idée a d'abord été contestée par un autre scientifique suisse, Louis Agassiz, mais quand il a entrepris de la réfuter, il a fini par affirmer la théorie de son collègue. Un an plus tard, Agassiz a soulevé l'hypothèse d'une grande période glaciaire qui aurait eu des effets généraux de longue durée. Cette idée lui a valu une renommée internationale.

Le terme quaternaire («quatrième») a été proposé par Jules Desnoyers en 1829 pour désigner les sédiments du bassin de la Seine en France qui semblaient clairement plus jeunes que les roches de la période tertiaire. Le Quaternaire, qui suit le Tertiaire et s'étend jusqu'à nos jours, couvre à peu près la durée des glaciations récentes, y compris la dernière retraite glaciaire. Une utilisation alternative occasionnelle place le début du Quaternaire au début de la glaciation du Pôle Nord il y a environ 3 millions d'années et comprend des parties du Pliocène supérieur.

Le Pléistocène a été daté de 2005 par la Commission internationale de stratigraphie (un organisme de l'Union internationale des sciences géologiques) de 1,81 million à 11 550 ans avant le présent (BP), la date de fin étant exprimée en années radiocarbone et marquant le début de la Holocène. Le nom Pléistocène était censé couvrir la période récente de glaciations répétées; cependant, le début a été fixé trop tard et un refroidissement et une glaciation précoces devraient maintenant se produire à la fin du Pliocène. Certains climatologues préféreraient donc une date de début d'environ 2,5 millions d'années BP. Le nom Plio-Pléistocène est utilisé pour désigner la dernière période glaciaire.

L'histoire climatique continue du Pliocène au Pléistocène et à l'Holocène a été l'une des raisons pour lesquelles la Commission internationale de stratigraphie a découragé l'utilisation du terme «quaternaire».

Les 1,8-1,6 millions d'années du Quaternaire représentent l'époque où les humains reconnaissables existaient. Au cours de cette courte période, la quantité totale de dérive des continents a été inférieure à 100 km, ce qui est largement sans rapport avec la paléontologie. Néanmoins, les archives géologiques sont préservées plus en détail que celles des périodes antérieures et sont plus liées aux cartes d'aujourd'hui. Les principaux changements géographiques au cours de cette période comprenaient l'émergence du détroit du Bosphore et de Skaggerak au cours des époques glaciaires, qui ont respectivement transformé la mer Noire et la mer Baltique en eau douce, suivies de leurs inondations par l'élévation du niveau de la mer; le remplissage périodique de la Manche, formant un pont terrestre entre la Grande-Bretagne et l'Europe; la fermeture périodique du détroit de Béring, formant le pont terrestre entre l'Asie et l'Amérique du Nord; et l'inondation éclair périodique des Scablands du nord-ouest américain par l'eau glaciaire. Les Grands Lacs et la baie d'Hudson sont également les résultats du dernier cycle. Après chaque autre période glaciaire dans le Quaternaire, il y avait un modèle différent de lacs et de baies.

La période glaciaire quaternaire

L'analyse géologique et géochimique des carottes de glace et des carottes océaniques a vérifié qu'il y avait plusieurs périodes de mouvement vers l'avant et vers l'arrière des glaciers et que les températures passées sur Terre étaient très différentes de celles d'aujourd'hui. D'épaisses avancées et retraites glaciaires se sont produites en plusieurs étapes dans une grande partie de l'Amérique du Nord et de l'Europe, dans certaines parties de l'Amérique du Sud et de l'Asie, et dans tout l'Antarctique.

On pense que la survenue des glaciations du Pléistocène a entraîné, au moins en partie, la variation cyclique de l'absorption d'interception du rayonnement solaire. Ces cycles sont appelés cycles de Milankovitch, d'après le serbe Milutin Milankovitch qui les a décrits. Les cycles de Milankovitch influencent le climat en augmentant ou en diminuant la quantité de lumière solaire reçue par certaines parties du globe au fil du temps. Ces changements incluent un changement dans la précession des équinoxes, l'inclinaison de l'axe de la Terre, et à quel point l'orbite de la Terre est ronde par rapport à elliptique (excentricité). Celles-ci varient sur des échelles de temps de 21 000, 41 000 et 100 000 ans, respectivement. La domination de l'échelle de 100 000 ans des glaciations du Pléistocène au cours des 700 000 dernières années conduit de nombreux scientifiques à croire que le cycle d'excentricité a joué un rôle important dans le climat de cette époque. Avant cette époque, le cycle d'obliquité d'environ 41 000 ans semblait dominer. Certains scientifiques restent sceptiques quant à ces connexions, mais un récent article de Huybers et Wunsch (2005) a révélé que l'obliquité et l'excentricité jouaient un rôle statistiquement significatif dans les cycles glaciaires.

Preuve des cycles climatiques des isotopes de l'oxygène

Cycles de rapport isotopique de l'oxygène sont des variations cycliques du rapport de la masse d'oxygène avec un poids atomique de 18 à la masse d'oxygène avec un poids atomique de 16 présent dans la calcite du fond océanique, comme déterminé par les carottes. Le rapport est lié à la température de l'eau des océans anciens, qui à son tour reflète les climats anciens. On considère que les cycles du rapport reflètent les changements climatiques dans l'histoire géologique.

Concentration d'O-18 en fonction du temps

Isotopes d'oxygène

Une molécule d'oxygène (symbole chimique O) possède trois isotopes naturels: O-16, O-17 et O-18, où les 16, 17 et 18 se réfèrent aux poids atomiques. Le plus abondant est l'O-16, avec un petit pourcentage d'O-18 et un pourcentage encore plus petit d'O-17. L'analyse des isotopes de l'oxygène ne prend en compte que le rapport O-18 sur O-16 présent dans un carotte prélevée dans des dépôts de calcaire au fond de l'océan.

Le rapport calculé des masses de chaque échantillon est ensuite comparé à un rapport standard représentant une température standard. L'eau de mer ancienne dans laquelle le calcaire a été déposé est alors plus chaude ou plus froide d'une quantité quantitative. La méthode devient statistique lorsque de nombreux échantillons sont considérés.

Connexion entre la calcite et l'eau

Le calcaire est déposé à partir des coquilles de calcite des micro-organismes. Calcite ou carbonate de calcium (formule chimique CaCO3), est formé d'eau, H2O et le dioxyde de carbone (CO2) dissous dans l'eau. Le dioxyde de carbone fournit deux des atomes d'oxygène dans la calcite. Le calcium doit voler le troisième de l'eau. Le rapport isotopique dans la calcite est donc le même, après compensation, que le rapport dans l'eau d'où les micro-organismes d'une couche donnée ont extrait le matériau de la coquille.

Connexion entre les isotopes et la température

L'O-18 est deux neutrons plus lourds que l'O-16 et fait que la molécule d'eau dans laquelle il se trouve est plus lourde de cette quantité. L'ajout de plus d'énergie est donc nécessaire pour le vaporiser que pour l'O-16, et la molécule doit perdre moins d'énergie pour se condenser.

L'énergie ajoute ou prend du mouvement vibratoire de la molécule, exprimée en température. Au point d'ébullition, la vibration est suffisamment élevée pour surmonter l'adhésion entre les molécules d'eau et elles volent dans l'espace du récipient ou dans l'atmosphère. Au point de rosée, les molécules adhèrent aux gouttelettes et tombent de l'atmosphère sous forme de pluie ou de neige. En dessous du point d'ébullition, l'équilibre entre le nombre de molécules qui s'envolent et le nombre qui reviennent est fonction de la température de l'eau.

Une température de l'eau plus chaude signifie que les molécules nécessitent moins d'énergie pour se vaporiser, car elles ont déjà plus d'énergie. Une température de l'eau plus froide signifie que l'eau a besoin de plus d'énergie pour se vaporiser. En tant que molécule d'eau O-18 plus lourde, il faut plus d'énergie qu'une molécule d'eau O-16 pour s'écarter de l'état liquide, l'eau plus froide libère de la vapeur dont la teneur en O-16 est plus élevée. L'air plus frais précipite plus d'O-18 que l'air plus chaud. L'eau plus froide recueille donc plus d'O-18 par rapport à l'O-16 que l'eau plus chaude.

Lien entre température et climat

Le rapport O-18 / O-16 fournit un enregistrement précis de la température de l'eau ancienne. Une eau de 10 à 15 degrés Celsius (18 à 27 degrés Fahrenheit) plus froide que la température actuelle représente une glaciation. Les précipitations et donc la glace glaciaire contiennent de l'eau à faible teneur en O-18. Étant donné que de grandes quantités d'eau O-16 sont stockées sous forme de glace glaciaire, la teneur en O-18 de l'eau océanique est élevée. Une eau jusqu'à 5 degrés Celsius (9 ° F) plus chaude qu'aujourd'hui représente une période interglaciaire, lorsque la teneur en O-18 est plus faible. Un graphique de la température de l'eau ancienne au fil du temps indique que le climat a varié de façon cyclique, avec de grands cycles et harmoniques, ou des cycles plus petits, superposés aux grands. Cette technique a été particulièrement utile pour identifier les maxima et les minima glaciaires dans le Pléistocène.

La température et le changement climatique sont cycliques lorsqu'ils sont tracés sur un graphique de la température en fonction du temps. Les coordonnées de température sont données sous la forme d'un écart par rapport à la température moyenne annuelle actuelle, prise à zéro. Ce type de graphique est basé sur un autre rapport isotopique en fonction du temps. Les ratios sont convertis en une différence en pourcentage (δ) du rapport trouvé dans l'eau de mer moyenne standard (SMOW).

Le graphique sous l'une ou l'autre forme apparaît comme une forme d'onde avec des harmoniques. La moitié d'une période est un stade isotopique marin (MIS). Il indique un glaciaire (en dessous de zéro) ou un interglaciaire (au dessus de zéro). Les harmoniques sont des stades ou des interstades.

Selon ces preuves, la Terre a connu 44 stades MIS commençant à environ 2,4 MYA dans le Pliocène. Les stades pliocènes étaient peu profonds et fréquents. Les dernières sont les plus intenses et les plus espacées.

Par convention, les étapes sont numérotées à partir de l'Holocène, qui est MIS1. Les glaciers reçoivent un nombre pair; interglaciaires, bizarre. Le premier glaciaire majeur a été le MIS22 à environ 850 000 YA. Les plus grands glaciaires étaient 2, 6 et 12; les interglaciaires les plus chauds, 1, 5, 9 et 11.

Les Grands Lacs se sont formés et des mammifères géants ont prospéré dans certaines parties de l'Amérique du Nord et de l'Eurasie non couvertes de glace. Ces mammifères ont disparu lorsque la période glaciaire s'est terminée il y a environ 10 000 ans. Les humains modernes ont évolué il y a environ 100 000 ans.

Pléistocène

Le nom Pléistocène est dérivé du grec pleistos (la plupart) et ceno (Nouveau). Le Pléistocène suit l'époque du Pliocène et est suivi de l'époque de l'Holocène. Le Pléistocène est la troisième époque de la période néogène, la première époque du Quarternaire et la sixième époque du Cénozoïque. Elle a duré de 1,8 million à 12 000 ans avant le présent.

La fin du Pléistocène correspond à la fin du Paléolithique utilisé en archéologie.

Caractéristiques et positions glaciaires du Pléistocène

Les continents modernes étaient essentiellement à leurs positions actuelles pendant le Pléistocène, n'ayant probablement pas bougé plus de 100 km depuis. Pendant les cycles glaciaires du Pléistocène, les glaciers ont poussé jusqu'à la 40e latitude parallèle à certains endroits. On estime que, dans l’étendue glaciaire maximale, 30% de la surface de la Terre était recouverte de glace. De plus, une zone de pergélisol s'étendait vers le sud à partir du bord de la nappe glaciaire, à quelques centaines de kilomètres en Amérique du Nord et plusieurs centaines en Eurasie. La température annuelle moyenne au bord de la glace était de -6 ° C; au bord du pergélisol, 0 ° C.

Chaque avancée glaciaire a retenu d'énormes volumes d'eau dans des calottes glaciaires continentales de 1 500 à 3 000 m d'épaisseur, entraînant des chutes temporaires du niveau de la mer de 100 m ou plus sur toute la surface de la Terre. Pendant les périodes interglaciaires, telles que celles que nous connaissons actuellement, les littoraux noyés étaient courants, atténués par les mouvements isostatiques ou autres mouvements émergents de certaines régions.

Les effets de la glaciation étaient mondiaux. L'Antarctique était lié à la glace tout au long du Pléistocène ainsi que du Pliocène précédent. Les Andes étaient couvertes au sud par la calotte glaciaire de Patagonie. Il y avait des glaciers en Nouvelle-Zélande et en Tasmanie. Les glaciers en décomposition actuels du mont Kenya, du mont Kilimandjaro et de la chaîne de Ruwenzori en Afrique orientale et centrale étaient plus grands. Des glaciers existaient dans les montagnes d'Ethiopie et à l'ouest dans les montagnes de l'Atlas.

Dans l'hémisphère nord, de nombreux glaciers ont fusionné en un seul. La calotte glaciaire de la Cordillère couvrait le nord-ouest nord-américain; l'est était couvert par la calotte glaciaire des Laurentides. La calotte glaciaire fenno-scandinave reposait sur l'Europe du Nord, y compris la Grande-Bretagne, et la calotte glaciaire alpine reposait sur les Alpes. Des dômes épars s'étendent à travers la Sibérie et le plateau arctique. Les mers du nord étaient gelées.

Au sud des calottes glaciaires, de grands lacs se sont accumulés en raison du blocage des exutoires et de la diminution de l'évaporation dans l'air plus frais. Le centre-nord de l'Amérique du Nord était entièrement recouvert par le lac Agassiz. Plus de 100 bassins, maintenant secs ou presque, débordaient dans l'ouest américain. Le lac Bonneville, par exemple, se trouvait là où se trouve maintenant le Grand Lac Salé. En Eurasie, de grands lacs se sont développés à la suite du ruissellement des glaciers. Les rivières étaient plus grandes et avaient un débit plus copieux. Les lacs africains étaient plus pleins, apparemment à cause d'une diminution de l'évaporation.

L'accumulation accrue de poussière dans les carottes de glace du Groenland et de l'Antarctique suggère que les conditions étaient plus sèches et plus venteuses, car une grande partie de l'eau était emprisonnée dans les calottes glaciaires. Une diminution de l'évaporation océanique et autre en raison des températures de l'air plus froides, a entraîné des déserts plus secs qui étaient beaucoup plus étendus.

Événements majeurs

Quatre événements glaciaires majeurs ont été identifiés, ainsi que de nombreux événements intermédiaires mineurs. Un événement majeur est une excursion glaciaire générale, appelée simplement «glaciaire». Les glaciers sont séparés par des «interglaciaires». Pendant un glaciaire, le glacier connaît des avancées et des retraits mineurs. La petite excursion est un "stade"; les temps entre les stades sont des "interstades".

Ces événements sont définis différemment dans différentes régions de l'aire glaciaire, qui ont leur propre histoire glaciaire en fonction de la latitude, du terrain et du climat. Il existe une correspondance générale entre les glaciers de différentes régions. Les enquêteurs échangent souvent les noms si la géologie glaciaire d'une région est en train d'être définie. Cependant, il est généralement incorrect d'appliquer le nom d'un glacier dans une région à une autre. Vous ne feriez pas référence au Mindel comme à l'Elsterian ou vice versa.

Quatre des régions les plus connues avec les noms des glaciers sont répertoriées dans le tableau ci-dessous. Il convient de souligner que ces glaciaires sont une simplification d'un cycle plus complexe de variation du climat et du terrain. Bon nombre des avancées et stades ne sont pas identifiés. De plus, les preuves terrestres pour certains d'entre eux ont été effacées ou obscurcies par de plus grandes, mais nous savons qu'elles existaient à partir de l'étude des changements climatiques cycliques.

Quatre des régions les plus connues avec les noms des glaciers: RegionGlacial 1Glacial 2Glacial 3Glacial 4AlpesGünzMindelRissWürmEurope du nordEburonianElsterianSaalianWeichselianîles britanniquesBeestonianAnglianWolstonianDevensianMidwest des États-UnisNebraskanKansanIllinoianWisconsinLes interglaciaires correspondant aux glaciaires antérieurs: RégionInterglaciaire 1Interglaciaire 2Interglaciaire 3AlpesGünz-MindelMindel-RissRiss-WürmEurope du nordWaalianHolsteinienEemianîles britanniquesCromerianHoxnianIpswichianMidwest des États-UnisAftonienYarmouthianSangamonian

Correspondant aux termes glaciaire et interglaciaire, les termes pluvial et interpluvial sont utilisés (latin: pluvia, pluie). Un pluvial est une période plus chaude d'augmentation des précipitations; un interpluvial, de diminution des précipitations. Auparavant, un pluvial était censé correspondre à un glaciaire dans des régions non glacées, et dans certains cas, il en est ainsi. Les précipitations sont également cycliques. Les pluviaux et les interpluviaux sont répandus.

Il n'y a cependant pas de correspondance systématique des pluviaux avec les glaciaires. De plus, les pluviaux régionaux ne se correspondent pas globalement. Par exemple, certains ont utilisé le terme «Riss pluvial» dans des contextes égyptiens. Toute coïncidence est un accident de facteurs régionaux. Des noms pour certains pluviaux dans certaines régions ont été définis.

Faune pléistocène

Aucun stade faunique n'est défini pour le Pléistocène ou l'Holocène. Les faunes marines et continentales étaient essentiellement modernes. La plupart des scientifiques pensent que les humains sont devenus des hommes modernes pendant le Pléistocène. Peu de nouveaux animaux majeurs ont évolué, probablement à cause de la courte durée géologique de la période. Il y avait une extinction majeure de grands mammifères dans les régions du Nord à la fin de l'époque du Pléistocène. De nombreuses formes telles que les chats à dents de sabre, les mammouths, les mastodontes, les glyptodontes, etc., ont disparu dans le monde. D'autres, dont des chevaux, des chameaux et des guépards, ont disparu en Amérique du Nord.

Climat holocène

La fin du Pléistocène est marquée comme le début d'un réchauffement climatique important à environ 10 000 ans BP. La période de temps à partir de ce moment est connue comme l'Holocène.

Pendant l'Holocène, trois changements distincts se sont produits.

Le premier d'entre eux est une augmentation significative du dioxyde de carbone (de 210 ppm à 280 ppm), qui a été signalée par les bulles de gaz piégées dans les carottes de glace (Neftel et al., 1982).

Le deuxième changement qui a été observé dans le monde à peu près à cette époque était un changement dans l'assemblage des espèces de foraminifères, micro-organismes océaniques microscopiques, trouvés dans les sédiments océaniques. Ce changement vers 11 k BP indique une augmentation des températures de l'océan (Broecker et al. 1960).

Le troisième changement majeur pendant cette période (12k BP à 10k BP) a été l'extinction d'un certain nombre de grands mammifères en Amérique du Nord (Kurten et Andersen 1980). Les extinctions ont été particulièrement graves en Amérique du Nord où les chevaux et les chameaux indigènes ont été éliminés. Les palynologues ont noté des changements brusques de la végétation dans le monde pendant cette période, les forêts remplaçant la toundra.

La fin du Pléistocène marque également la fin d'un renversement brutal du climat connu sous le nom de Dryas plus jeunes (12,7 à 11,5 ky BP), où après la déglaciation et le réchauffement climatique, les températures ont rapidement baissé, transformant à nouveau le paysage forestier en toundra. Presque aussi rapidement que le climat s'est refroidi, les températures chaudes ont été rétablies.

Remarques

  1. ↑ Néogène et quaternaire. Récupéré le 8 mars 2008.

Les références

  • Broecker, W. S., M. Ewing et B. K. Heezen. 1960. Preuve d'un changement brusque du climat il y a près de 11 000 ans. American Journal of Science 258:429-448.
  • Clague, J., et le comité exécutif d'INQUA. 2006. Lettre ouverte du comité exécutif d'INQUA. Perspectives quaternaires 16 (1): 1-2. (INQUA signifie International Union for Quaternary Research.) Récupéré le 26 mars 2008.
  • Hinton, A. C. 2006. Gagner du temps. BlueSci Online. Récupéré le 3 décembre 2006.
  • Huybers, P. et C. Wunsch. 2005. Rythme d'obliquité des terminaisons glaciaires tardives. La nature 434:491-494.
  • Kurten, B. et E. Anderson. 1980. Mammifères pléistocènes d'Amérique du Nord. New York: Columbia University Press.
  • Neftel, A., J. Schwander, B. Stauffer et R. Zumbrunn. 1982. Un échantillon de carotte de glace mesure cinq CO atmosphériques2 contenu au cours des 40 000 dernières années. La nature 295:220-3.
  • Ogg, J. 2004. Aperçu des sections et des points du stratotype de limite mondiale (GSSP). Récupéré le 30 avril 2006.
  • Pielou, E. C. 1991. Après la période glaciaire: le retour de la vie dans l'Amérique du Nord glaciaire. Chicago: Presses de l'Université de Chicago.

Voir également

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