VARIABILITÉ CLIMATIQUE RAPIDE EN ATLANTIQUE NORD : L'APPORT DES ISOTOPES DE L'AIR PIÉGÉ DANS LA GLACE DU GROENLAND - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2004

RAPID CLIMATIC VARIABILITY IN NORTHERN ATLANTIC : ISOTOPIC MEASUREMENTS OF AIR TRAPPED IN GREENLAND ICE CORES

VARIABILITÉ CLIMATIQUE RAPIDE EN ATLANTIQUE NORD : L'APPORT DES ISOTOPES DE L'AIR PIÉGÉ DANS LA GLACE DU GROENLAND

Résumé

The water isotopes records from Greenland ice cores depict a succession of rapid warmings (Dansgaard-Oeschger) during the last glacial period. The records corresponding to the last interglacial and the glacial inception suggest as well a highly variable climate. We use here a recently developed method to perform isotopic measurements of the air trapped in the ice (N2, O2 and Ar) combined to firn modelling to (i) separate the true climatic variability from ice stratigraphic disturbance, (ii) quantify the temperature changes in Greenland during Dansgaard-Oeschger events and the glacial inception, and (iii) give a phasing between Greenland temperature evolution and other climatic parameters (Greenhouse gases concentration, ice sheet volume, vegetation, other latitude temperature). We first define the limits and precautions associated to the method. On the one hand, the isotopic composition of trapped oxygen can only be performed on ice conserved below -25°C to have a high precision. On the other hand, firn studies have enabled us to improve its description and modelling. However, even if we better understand the firn dynamic, uncertainties remain on the surface parameters (temperature, accumulation rate). The climatic interpretation of nitrogen and argon isotopes in Antarctica ice cores must consequently remains cautious as we show it on a deglaciation. We then essentially concentrate on Greenland (GRIP and NorthGRIP ice cores). The combination of air isotopes (nitrogen, argon, oxygen), water isotopes (oxygen, hydrogen) and a powerful firn model enables us to reconstruct the surface temperature evolution and to get rid of any bias due to the hydrological cycle in North Atlantic (the water isotopes can not be used as a quantitative paleothermometer). The amplitude of rapid warmings during the last glacial period is up to 16°C in ~100 years. The Greenland temperature over the Dansgaard-Oeschger events is less stable than initially suggested by the water isotopes hence highlighting the strong amplification of the thermohaline circulation variations by the atmosphere processes. Because of ice mixing, the GRIP ice core fails in giving a continuous record of the last interglacial period. The combination of oxygen isotopes and methane in the air trapped in the ice permits us to reconstruct a discontinuous sequence for the last interglacial in central Greenland. The temperature was 5°C warmer than today but ice was still there. The new NorthGRIP ice core contains ice from the last interglacial too. We show that NorthGRIP depicts the first Greenland continuous record for the glacial inception (the deepest part of the ice core can be dated to the middle of the last interglacial with ice volume minimum). The rapid climatic variability is first restricted to North Atlantic during a first Dansgaard-Oeschger event (DO event 25). When the ice volume is up to a certain threshold (~one third of the last glacial maximum/today difference), the second event depicts the classical signature of the Dansgaard-Oeschger events over the glacial period.
Les mesures isotopiques de la glace montrent une succession de réchauffements rapides (Dansgaard-Oeschger) pendant la dernière période glaciaire au Groenland. Ils suggèrent aussi une grande variabilité climatique du dernier interglaciaire et de l'entrée en glaciation. Notre travail s'est appuyé sur les développements récents des mesures isotopiques de l'air piégé dans la glace (N2, O2 et Ar) et de la modélisation du névé pour (i) distinguer la variabilité climatique rapide réelle des artéfacts d'écoulement de la glace, (ii) quantifier l'évolution de température au-dessus du Groenland pendant les événements rapides de la dernière période glaciaire et de l'entrée en glaciation, et (iii) étudier les relations de phase entre la dynamique de la température au Groenland et d'autres acteurs du système climatique (teneur en gaz à effet de serre, volume des calottes de glace, végétation, température aux autres latitudes). Nous nous sommes d'abord attachés à définir les limites et précautions associées à la méthode. D'une part, l'analyse isotopique de l'oxygène piégé ne peut être effectuée que sur de la glace de bonne qualité, conservée à -25°C. D'autre part, un ensemble d'études de névé ont permis d'affiner sa représentation et sa modélisation. Malgré la compréhension accrue de la physique du névé, nous montrons, à partir d'une étude de la déglaciation, que des incertitudes sur les caractéristiques de surface (taux d'accumulation, température) limitent l'interprétation climatique actuelle des isotopes de l'azote et de l'argon en Antarctique. La majeure partie de cette thèse est axée sur le Groenland (carottes de GRIP et NorthGRIP). En exploitant conjointement les isotopes de l'air (de l'azote, de l'argon et de l'oxygène), les isotopes de l'eau (de l'oxygène et de l'hydrogène) et un modèle performant de névé, nous pouvons reconstruire le scénario de température en surface du Groenland en éliminant les biais, liés au cycle hydrologique en Atlantique Nord, qui affectent l'interprétation conventionnelle des isotopes de l'eau comme paléothermomètre. Les réchauffements rapides en période glaciaire atteignent jusqu'à 16°C en une centaine d'années. La température au Groenland pendant les événements de Dansgaard-Oeschger se révèle moins stable qu'initialement interprétée d'après les isotopes de l'eau suggérant un lien fort avec l'intensité de la circulation thermohaline via l'atmosphère. A cause d'un mélange de glace, la carotte de GRIP ne permet pas de donner un enregistrement de la dernière période interglaciaire. Néanmoins, l'utilisation conjointe des isotopes de l'oxygène atmosphérique et du méthane piégés dans la glace permet de proposer une séquence discontinue pour le dernier interglaciaire au centre du Groenland. La température y était de 5°C plus importante qu'aujourd'hui mais la glace couvrait encore le centre du Groenland. Le nouveau carottage de NorthGRIP a permis d'obtenir à nouveau de la glace du dernier interglaciaire. Nous montrons que NorthGRIP donne le premier enregistrement continu de l'entrée en glaciation au Groenland et que la glace la plus profonde correspond au milieu du dernier interglaciaire (minimum de volume des glaces). La variabilité climatique rapide est d'abord restreinte à l'Atlantique Nord pendant un premier événement de Dansgaard-Oeschger (DO 25). Dès que le volume des glaces atteint un certain seuil (~ tiers de la différence entre le dernier maximum glaciaire et l'actuel), le deuxième événement de Dansgaard-Oeschger porte la signature typique des événements ponctuant l'ensemble de la période glaciaire.
Fichier principal
Vignette du fichier
tel-00007403.pdf (8.38 Mo) Télécharger le fichier

Dates et versions

tel-00007403 , version 1 (15-11-2004)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00007403 , version 1

Citer

Amaelle Landais. VARIABILITÉ CLIMATIQUE RAPIDE EN ATLANTIQUE NORD : L'APPORT DES ISOTOPES DE L'AIR PIÉGÉ DANS LA GLACE DU GROENLAND. Géochimie. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2004. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00007403⟩
463 Consultations
1456 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More