“paleoclimatique_t2” — 2013/10/24 — 11:38 — page 224 — #247
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Paléoclimatologie
Une seconde méthode permet de remonter jusqu’au Paléozoïque. Elle repose sur la mesure du δ
13 C de carbonates pédogéniques dans des paléosols.
Cette méthode se base sur le fait que le niveau de CO 2 dans les sols modernes
résulte du mélange de CO 2 atmosphérique et de CO 2 respiré dans les sols. Les
carbonates pédogéniques enregistrent le δ
13 C de ce mélange
CO
atm
2
= S(z)
δ sample − 1,004 4δ resp − 4,4
δ atm − δ sample
(6.7)
où δ sample est le δ
13 C du carbonate pédogénique. La méthode requiert de fixer
le δ
13 C du CO 2 respiré δ resp à des valeurs typiques. Elle est donc dépendante
du pourcentage de plantes en C 4 par rapport aux plantes en C 3 , pour lesquelles les fractionnements isotopiques sont très différents. En pratique, elle
n’est donc pas applicable après l’émergence des plantes en C 4 , il y a 15 Ma.
La méthode nécessite également la connaissance du δ
13 C de l’atmosphère δ atm
et de S(z), quantité de CO 2 respirée à la profondeur estimée z du carbonate
pédogénique dans le paléosol. Le δ
13 C de l’atmosphère est estimé en mesurant le δ
13 C de carbonates marins de même âge et en imposant la valeur du
fractionnement entre les carbonates et le CO 2 de l’atmosphère. Quant à la
fraction de CO 2 respirée, elle est calculée en faisant des hypothèses majeures
sur la température des sols, leur porosité et la productivité biologique. En
effet, si la production de CO 2 dans les sols est une fonction de la productivité et de la température (qui contrôle en partie l’activité de dégradation
de la matière organique par les bactéries), sa diffusion vers l’atmosphère dépend très largement de la structure physique de sols. Le niveau de CO 2 à une
profondeur donnée est donc dépendant de l’importance relative de la production et de la perte par diffusion. C’est de loin la méthode la plus incertaine.
Une recalibration récente de la méthode a mené à une baisse considérable des
pressions de CO 2 reconstruites dans le passé (Breecker et al., 2010 [3]). Une
méthode similaire consiste à étudier le δ
13 C de carbonates pédogéniques en
trace contenu dans la goethite, qui est un minéral qui se forme au cours des
réactions d’altération dans les sols (Royer et al., 2001 [25]).
Une troisième approche utilise la mesure du fractionnement isotopique du
carbone par le phytoplancton et son lien avec la teneur en CO 2 dissous dans
l’eau de mer. Dans un premier temps, la différence entre le δ
13 C des carbonates
et celui du carbone organique total a été utilisé. Il est ensuite apparu que
cette mesure était entachée d’erreur, en particulier suite à la présence de
matière organique d’origines variées dans les sédiments, à la fois continentale
et marine. On mesure aujourd’hui ce fractionnement en utilisant directement
des biomarqueurs dans la matière organique, tels que les alcénones (Pagani
et al., 2005 [21]). Le lien entre le fractionnement isotopique et le niveau de
CO 2 dissous dans l’eau est basé sur des corrélations établies pour l’actuel.
À titre d’exemple, citons celle basée sur une compilation des données de la
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Paléoclimatologie
Une seconde méthode permet de remonter jusqu’au Paléozoïque. Elle repose sur la mesure du δ
13 C de carbonates pédogéniques dans des paléosols.
Cette méthode se base sur le fait que le niveau de CO 2 dans les sols modernes
résulte du mélange de CO 2 atmosphérique et de CO 2 respiré dans les sols. Les
carbonates pédogéniques enregistrent le δ
13 C de ce mélange
CO
atm
2
= S(z)
δ sample − 1,004 4δ resp − 4,4
δ atm − δ sample
(6.7)
où δ sample est le δ
13 C du carbonate pédogénique. La méthode requiert de fixer
le δ
13 C du CO 2 respiré δ resp à des valeurs typiques. Elle est donc dépendante
du pourcentage de plantes en C 4 par rapport aux plantes en C 3 , pour lesquelles les fractionnements isotopiques sont très différents. En pratique, elle
n’est donc pas applicable après l’émergence des plantes en C 4 , il y a 15 Ma.
La méthode nécessite également la connaissance du δ
13 C de l’atmosphère δ atm
et de S(z), quantité de CO 2 respirée à la profondeur estimée z du carbonate
pédogénique dans le paléosol. Le δ
13 C de l’atmosphère est estimé en mesurant le δ
13 C de carbonates marins de même âge et en imposant la valeur du
fractionnement entre les carbonates et le CO 2 de l’atmosphère. Quant à la
fraction de CO 2 respirée, elle est calculée en faisant des hypothèses majeures
sur la température des sols, leur porosité et la productivité biologique. En
effet, si la production de CO 2 dans les sols est une fonction de la productivité et de la température (qui contrôle en partie l’activité de dégradation
de la matière organique par les bactéries), sa diffusion vers l’atmosphère dépend très largement de la structure physique de sols. Le niveau de CO 2 à une
profondeur donnée est donc dépendant de l’importance relative de la production et de la perte par diffusion. C’est de loin la méthode la plus incertaine.
Une recalibration récente de la méthode a mené à une baisse considérable des
pressions de CO 2 reconstruites dans le passé (Breecker et al., 2010 [3]). Une
méthode similaire consiste à étudier le δ
13 C de carbonates pédogéniques en
trace contenu dans la goethite, qui est un minéral qui se forme au cours des
réactions d’altération dans les sols (Royer et al., 2001 [25]).
Une troisième approche utilise la mesure du fractionnement isotopique du
carbone par le phytoplancton et son lien avec la teneur en CO 2 dissous dans
l’eau de mer. Dans un premier temps, la différence entre le δ
13 C des carbonates
et celui du carbone organique total a été utilisé. Il est ensuite apparu que
cette mesure était entachée d’erreur, en particulier suite à la présence de
matière organique d’origines variées dans les sédiments, à la fois continentale
et marine. On mesure aujourd’hui ce fractionnement en utilisant directement
des biomarqueurs dans la matière organique, tels que les alcénones (Pagani
et al., 2005 [21]). Le lien entre le fractionnement isotopique et le niveau de
CO 2 dissous dans l’eau est basé sur des corrélations établies pour l’actuel.
À titre d’exemple, citons celle basée sur une compilation des données de la