{"id":1147,"date":"2012-01-18T20:36:01","date_gmt":"2012-01-18T19:36:01","guid":{"rendered":"http:\/\/tristan.ferroir.fr\/?p=1147"},"modified":"2012-11-11T12:02:03","modified_gmt":"2012-11-11T11:02:03","slug":"ce-quil-faut-comprendre-et-retenir-du-delta-18-o-en-tant-quindicateur-paleoclimatique","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/2012\/01\/18\/ce-quil-faut-comprendre-et-retenir-du-delta-18-o-en-tant-quindicateur-paleoclimatique\/","title":{"rendered":"Ce qu’il faut comprendre et retenir du \u03b418O (delta 18 O) en tant qu’indicateur pal\u00e9oclimatique"},"content":{"rendered":"

Je vous propose ici de quoi faire le point sur l’utilisation du \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em> comme indicateur pal\u00e9oclimatique. Beaucoup d’erreurs sont souvent commises l\u00e0 dessus… (Si vous en voyez dans l’article, n’h\u00e9sitez pas \u00e0 me le signaler)<\/a><\/p>\n

Cet article est disponible en pdf<\/a><\/p>\n

Comme de nombreux \u00e9l\u00e9ments sur Terre, l\u2019oxyg\u00e8ne existe sous la forme d\u2019isotopes, c\u2019est \u00e0 dire un m\u00eame \u00e9l\u00e9ment mais dont le noyau atomique poss\u00e8de un nombre diff\u00e9rents de neutrons. On a ainsi, pour l\u2019oxyg\u00e8ne, 3 isotopes : l\u2019isotope 16 (8 protons, 8 neutrons) qui est le plus abondant, l\u2019isotope 17 (8 protons, 9 neutrons) et l\u2019isotope 18 (8 protons, 10 neutrons).<\/p>\n

<\/a>1 Le \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span>, qu\u2019est-ce que c\u2019est?<\/strong><\/h3>\n
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Le \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span> est un indicateur qui quantifie la quantit\u00e9 d\u2019isotope 18 de l\u2019oxyg\u00e8ne par rapport \u00e0 l\u2019oxyg\u00e8ne 16 dans un \u00e9chantillon. Afin de pouvoir comparer les diff\u00e9rentes valeurs de ce rapport, on choisit un standard qui fera office de r\u00e9f\u00e9rent universel. Ainsi, tous les rapports (<\/span>18<\/sup>O<\/em><\/span>)\/(<\/span>16<\/sup>O<\/em><\/span>)<\/span><\/span><\/span> seront compar\u00e9s \u00e0 un standard ce qui permettra ensuite de comparer les diff\u00e9rentes valeurs entre elles.<\/p>\n

En pratique, le \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span> est calcul\u00e9 \u00e0 partir de la formule suivante apr\u00e8s avoir mesur\u00e9 le rapport (<\/span>18<\/sup>O<\/em><\/span>)\/(<\/span>16<\/sup>O<\/em><\/span>)<\/span><\/span><\/span> d\u2019un \u00e9chantillon par un spectrom\u00e8tre de masse :<\/p>\n

\"Formule<\/a>Etant donn\u00e9 qu\u2019on multiplie le r\u00e9sultat obtenu par 1000, le \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span> s\u2019exprime donc en \u2030 (pour mille). De fa\u00e7on simple, le \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span> quantifie donc la quantit\u00e9 d\u2019isotope 18 de l\u2019oxyg\u00e8ne par rapport \u00e0 l\u2019oxyg\u00e8ne 16. Si la quantit\u00e9 d\u2019isotope 18 dans l\u2019\u00e9chantillon est importante, alors le num\u00e9rateur est grand et donc le \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span> est \u00e9lev\u00e9. Au contraire, s\u2019il y a peu d\u2019oxyg\u00e8ne 18 dans l\u2019\u00e9chantillon, alors le num\u00e9rateur est petit et le \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span> est donc faible.<\/span><\/p>\n<\/div>\n

2<\/a> Pourquoi y a-t-il des variations du \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span>?<\/strong><\/h3>\n
A priori, quel que soit l\u2019\u00e9chantillon, il devrait y avoir toujours la m\u00eame quantit\u00e9 d\u2019oxyg\u00e8ne 18 par rapport \u00e0 l\u2019oxyg\u00e8ne 16 puisque dans les deux cas, il s\u2019agit du m\u00eame \u00e9l\u00e9ment. Cependant, il existe une l\u00e9g\u00e8re diff\u00e9rence de masse \u00e0 cause de la pr\u00e9sence, pour l\u2019oxyg\u00e8ne 18 de 2 neutrons suppl\u00e9mentaires : l\u2019oxyg\u00e8ne 18 p\u00e8se donc plus lourd. Cette diff\u00e9rence peut donc \u00eatre \u00e0 l\u2019origine d\u2019un fractionnement isotopique qu\u2019on dit d\u00e9pendant de la masse puisque du \u00e0 cette diff\u00e9rence de masse.<\/div>\n

3<\/a> Qu\u2019est-ce que le fractionnement isotopique et comment se produit-il?<\/strong><\/h3>\n
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Nous l\u2019avons dit, \u00e9tant donn\u00e9 la diff\u00e9rence de masse entre les deux isotopes, ceux-ci ne vont pas avoir exactement la m\u00eame r\u00e9action lors des processus physico-chimiques. Prenons un exemple : l\u2019\u00e9vaporation.<\/p>\n<\/div>\n

Si on consid\u00e8re un oc\u00e9an au-dessus duquel flottent des nuages, il y a des processus d\u2019\u00e9vaporation qui se produisent de l\u2019oc\u00e9an vers les nuages et qui permettent leur formation. Etant donn\u00e9 que l\u2019oxyg\u00e8ne 18 est plus lourd que l\u2019oxyg\u00e8ne 16, l\u2019oxyg\u00e8ne 18 s\u2019\u00e9vapore moins facilement. En terme physique, il s\u2019agit d\u2019une diff\u00e9rence d\u2019\u00e9nergie d\u2019activation permettant la vaporisation. L\u2019\u00e9nergie necessaire \u00e0 la vaporisation de l\u2019oxyg\u00e8ne 16 (en fait de l\u2019eau contenant de l\u2019oxyg\u00e8ne 16) est plus faible que celle n\u00e9cessaire \u00e0 la vaporisation de l\u2019oxyg\u00e8ne 18 puisque la mol\u00e9cule d\u2019H<\/em> <\/span><\/span>2<\/sub> <\/em>16<\/sup><\/span>O<\/em><\/span> est plus l\u00e9g\u00e8re que celle d‘H<\/em><\/span>2<\/sub> <\/em> <\/em>18<\/sup><\/span>O<\/em><\/span>. Comme cette \u00e9nergie de vaporisation est plus faible, pour une m\u00eame temp\u00e9rature, l\u2019\u00e9nergie de vaporisation d\u2019H<\/em><\/span>2<\/sub> <\/em> <\/em>16<\/sup><\/span>O<\/em><\/span> sera plus souvent atteinte que celle d\u2019H<\/em> <\/span><\/span>2<\/sub> <\/em>18<\/sup><\/span>O<\/em><\/span>. Les nuages seront donc plus riches en H<\/em><\/span>2<\/sub> <\/em> <\/em>16<\/sup><\/span>O<\/em><\/span> qu\u2019en H<\/em> <\/span><\/span>2<\/sub> <\/em>18<\/sup><\/span>O<\/em><\/span> donc plus riches en oxyg\u00e8ne 16 qu\u2019en oxyg\u00e8ne 18. Il se produit donc lors de l\u2019\u00e9vaporation un fractionnement isotopique au profit de l\u2019isotope l\u00e9ger. A l\u2019inverse, la condensation et donc les pluies seront plus charg\u00e9es en oxyg\u00e8ne 18 qu\u2019en oxyg\u00e8ne 16.<\/div>\n
Ceci explique par exemple que les nuages ait un \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span> plus faible (comprendre plus n\u00e9gatif) que celui de l\u2019oc\u00e9an puisqu\u2019il y a moins d\u2019oxyg\u00e8ne 18 dans les nuages.<\/div>\n

4<\/a> Pourquoi le \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span> varie-t-il avec la latitude?<\/strong><\/h3>\n
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Quand on regarde le trajet des nuages, ils vont globalement de l\u2019\u00e9quateur vers les p\u00f4les. Au niveau de l\u2019\u00e9quateur, ils se chargent en eau au cours de l\u2019\u00e9vaporation et l\u2019eau des nuages a donc un \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span> plus n\u00e9gatif que celui de l\u2019oc\u00e9an. Au fur et \u00e0 mesure de leur migration vers les p\u00f4les, il va y avoir des pr\u00e9cipitations qui vont donc appauvrir le nuage en oxyg\u00e8ne 18 (puisque celui-ci pr\u00e9cipite pr\u00e9f\u00e9rentiellement) : le \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span> des nuages devient donc de plus en plus n\u00e9gatif de l\u2019\u00e9quateur vers les p\u00f4les. Le \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span> varie donc avec la latitude.<\/p>\n<\/div>\n

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Figure 1\u2003La diminution du \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span> en fonction de la latitude s\u2019explique par le d\u00e9placement des nuages et les pr\u00e9cipitations.<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

5<\/a> Le \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span> des glaces peut \u00eatre interpr\u00e9t\u00e9 comme un pal\u00e9othermom\u00e8tre<\/strong><\/h3>\n
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Nous avons vu que le \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span> variait avec la latitude. Pour pouvoir utiliser le \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span> comme un pal\u00e9othermom\u00e8tre, il faut donc toujours rester \u00e0 la m\u00eame laltitude et mesurer conjointement la temp\u00e9rature et le \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span> des pr\u00e9cipitations neigeuses pour avoir une r\u00e9f\u00e9rence. C\u2019est ce qui a \u00e9t\u00e9 fait par Jouzel et collaborateurs aux p\u00f4les.<\/p>\n<\/div>\n

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\"Corr\u00e9lation<\/a>Figure 2\u2003Relation entre le \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span> et la temp\u00e9rature au niveau des glaces.<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n
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La figure montre que lorsque la temp\u00e9rature augmente, le \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span> des glaces augmentent et inversement, lorsque la temp\u00e9rature diminue, le \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span> diminue. Il est tr\u00e8s important pour expliquer cela de bien comprendre la figure suivante et son explication.<\/p>\n<\/div>\n

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\"Figure<\/a>Figure 3\u2003La figure majeure pour comprendre l\u2019utilisation du \u03b4<\/em>18<\/sup>O<\/em><\/span> comme pal\u00e9othermom\u00e8tre.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n