“paleoclimatique_t2” — 2013/10/24 — 11:38 — page 191 — #214
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5. Le climat au Précambrien
191
Les puits sont représentés par la précipitation de minéraux carbonatés F cd
sur les fonds océaniques ou sur les plateformes continentales, via l’entremise
ou non de la biocalcification, et l’enfouissement de carbone organique dans les
sédiments F od , à la fois en milieu continental et marin.
Ca
2+ + 2HCO
−
3 → CaCO 3 + CO 2 + H 2 O
(5.5)
précipitation des carbonates
CO 2 + H 2 O → CH 2 O + O 2
(5.6)
productivité autotrophe et enfouissement de carbone organique.
L’équilibre à long terme du cycle du carbone, requis d’un point de vue mathématique à cause du temps de résidence faible dans le système exosphérique,
se traduit par la quasi égalité suivante, qui doit être vérifiée sur des échelles
de l’ordre du million d’années pour assurer une relative stabilité du climat :
F vol + F MOR + F cw + F ow ≈ F cd + F od .
(5.7)
Les petits écarts à cette quasi égalité seraient susceptibles d’expliquer les
fluctuations climatiques, qui peuvent être aussi importantes que la mise en
place de la glaciation Permo-Carbonifère ou l’optimum climatique du Crétacé
moyen. En général, sous l’effet des forçages géologiques, ces déséquilibres
sont deux ordres de grandeur plus petits que les flux eux-mêmes (François
et Goddéris, 1998 [7]). Mais ce quasi équilibre nécessite une base physique, ce
que la théorie du paléothermostat décrite ci-dessous fournit.
Le flux d’altération des silicates F sw n’apparaît pas dans le bilan de carbone car la croûte continentale silicatée n’en contient pas de manière significative. Par contre, ce flux consomme effectivement du carbone exosphérique :
CaSiO 3 + 2CO 2 + 2H 2 O → Ca
2+ + 2HCO
−
3 + SiO 2 .
(5.8)
Cette réaction est une réaction générique, le minéral silicaté (ici la Wollastonite) considéré étant peu abondant à la surface de la Terre, mais elle rend
compte du budget de l’altération et est donc illustrative du propos. Les ions
Ca
2+ et HCO
−
3 sont emmenés à l’océan par les rivières. Si l’océan est saturé
par rapport aux minéraux carbonatés, cet apport d’alcalinité va provoquer
la précipitation de carbonates de calcium (équation (5)), et donc le stockage
d’un carbone exosphérique dans l’enveloppe sédimentaire de la Terre. Les apports d’alcalinité à l’océan sont donc représentés par l’altération des silicates
et des carbonates, alors que la perte d’alcalinité est liée à la précipitation des
carbonates. Le temps de réponse du cycle de l’alcalinité à toute perturbation
géologique est de l’ordre de 3 000 ans, en lien direct avec le temps de mélange
de l’océan qui contraint le temps de réponse de l’alcalinité de l’océan global
à toute perturbation (François et Goddéris, 1998 [7]). On a donc à nouveau
la quasi égalité :
F sw + F cw ≈ F cd .
(5.9)
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5. Le climat au Précambrien
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Les puits sont représentés par la précipitation de minéraux carbonatés F cd
sur les fonds océaniques ou sur les plateformes continentales, via l’entremise
ou non de la biocalcification, et l’enfouissement de carbone organique dans les
sédiments F od , à la fois en milieu continental et marin.
Ca
2+ + 2HCO
−
3 → CaCO 3 + CO 2 + H 2 O
(5.5)
précipitation des carbonates
CO 2 + H 2 O → CH 2 O + O 2
(5.6)
productivité autotrophe et enfouissement de carbone organique.
L’équilibre à long terme du cycle du carbone, requis d’un point de vue mathématique à cause du temps de résidence faible dans le système exosphérique,
se traduit par la quasi égalité suivante, qui doit être vérifiée sur des échelles
de l’ordre du million d’années pour assurer une relative stabilité du climat :
F vol + F MOR + F cw + F ow ≈ F cd + F od .
(5.7)
Les petits écarts à cette quasi égalité seraient susceptibles d’expliquer les
fluctuations climatiques, qui peuvent être aussi importantes que la mise en
place de la glaciation Permo-Carbonifère ou l’optimum climatique du Crétacé
moyen. En général, sous l’effet des forçages géologiques, ces déséquilibres
sont deux ordres de grandeur plus petits que les flux eux-mêmes (François
et Goddéris, 1998 [7]). Mais ce quasi équilibre nécessite une base physique, ce
que la théorie du paléothermostat décrite ci-dessous fournit.
Le flux d’altération des silicates F sw n’apparaît pas dans le bilan de carbone car la croûte continentale silicatée n’en contient pas de manière significative. Par contre, ce flux consomme effectivement du carbone exosphérique :
CaSiO 3 + 2CO 2 + 2H 2 O → Ca
2+ + 2HCO
−
3 + SiO 2 .
(5.8)
Cette réaction est une réaction générique, le minéral silicaté (ici la Wollastonite) considéré étant peu abondant à la surface de la Terre, mais elle rend
compte du budget de l’altération et est donc illustrative du propos. Les ions
Ca
2+ et HCO
−
3 sont emmenés à l’océan par les rivières. Si l’océan est saturé
par rapport aux minéraux carbonatés, cet apport d’alcalinité va provoquer
la précipitation de carbonates de calcium (équation (5)), et donc le stockage
d’un carbone exosphérique dans l’enveloppe sédimentaire de la Terre. Les apports d’alcalinité à l’océan sont donc représentés par l’altération des silicates
et des carbonates, alors que la perte d’alcalinité est liée à la précipitation des
carbonates. Le temps de réponse du cycle de l’alcalinité à toute perturbation
géologique est de l’ordre de 3 000 ans, en lien direct avec le temps de mélange
de l’océan qui contraint le temps de réponse de l’alcalinité de l’océan global
à toute perturbation (François et Goddéris, 1998 [7]). On a donc à nouveau
la quasi égalité :
F sw + F cw ≈ F cd .
(5.9)