Décalage temporel entre CO2 et température Antarctique lors de la dernière période glaciaire

Titre : Décalage temporel entre CO2 et température Antarctique lors de la dernière période glaciaire

Laboratoire de rattachement : LGGE

Encadrant : Frédéric Parrenin

Téléphone : 04.76.82.42.65

co-Encadrant : Amaëlle Landais (LSCE, Saclay)

Mots clés : glaciologie, mécanique, isotopes, paléoclimats

Contexte et objectifs de la mission de stage :

Les forages polaires profonds en Antarctique et au Groenland permettent de reconstruire des paramètres climatiques clés des dernières centaines de milliers d’années, comme la température et la précipitation au-dessus des calottes polaires, la teneur en impuretés de l’atmosphère et sa composition gazeuse (notamment la teneur en gaz à effet de serre comme le CO2, le CH4 et le N2O).

Une corrélation a été remarquée entre la concentration en CO2 et la température en Antarctique (Barnola et al., 1987 ; Lüthi et al., 2008 ; Petit et al., 1999 ; Siegenthaler et al., 2005). Pour déterminer de manière plus précise les relations de causalité, il convient de déterminer le décalage temporel, appelé relation de phase, entre ces deux variables climatiques. Une complication existe car il y a un décalage en profondeur, appelé Δprofondeur, entre la glace et les bulles de gaz emprisonnées d’un âge donné (Parrenin et al., 2012), qui est dû à la profondeur de piégeage des gaz. Les premières estimations de ce décalage glace-gaz concernaient les phases de déglaciation et aboutissaient à un retard du CO2 de 600 à 800 ans (Fischer et al., 1999 ; Monnin et al., 2001). Mais des études plus récentes remettent en cause cet important retard du CO2 lors de la dernière déglaciation (18000- 10000 ans dans le passé) et suggèrent que variations du CO2 et de la température Antarctique pourraient avoir été synchrones (Parrenin et al., 2013 ; Pedro et al., 2012).

Le but de ce stage sera de déterminer la relation de phase entre CO2 et température Antarctique lors de la dernière période glaciaire et à partir de la glace du forage EPICA Dronning Maud Land (EDML). Le candidat devra 1) modéliser l’écoulement de la glace le long de la ligne d’écoulement qui passe par le forage EDML, 2) mesurer la concentration en azote 15 des bulles de gaz, un marqueur de la profondeur de piégeage, 3) calculer la profondeur de piégeage des gaz, le Δprofondeur et le déphasage CO2/température Antarctique à partir des mesures et modélisation mécanique effectuées. La période visée sera la dernière partie de la dernière période glaciaire, plus précisément les Antarctic Isotopic Maxima (AIM) 12-17.

References
Barnola, J.-M., Raynaud, D., Korotkevich, Y. S. and Lorius, C. : Vostok ice core provides 160,000-years record of atmospheric CO₂, Nature, 329, 408–414, 1987.

Fischer, H., Wahlen, M., Smith, J., Mastroianni, D. and Deck, B. : Ice Core Records of Atmospheric CO₂ Around the Last Three Glacial Terminations, Science, 283(5408), 1712–1714, doi:10.1126/science.283.5408.1712, 1999.

Lüthi, D., Floch, M. L., Bereiter, B., Blunier, T., Barnola, J.-M., Siegenthaler, U., Raynaud, D., Jouzel, J., Fischer, H., Kawamura, K. and Stocker, T. F. : High-resolution carbon dioxide concentration record 650,000–800,000 years before present, Nature, 453, 379–382, 2008.

Monnin, E., Indermühle, A., Dällenbach, A., Flückiger, J., Stauffer, B., Stocker, T. F., Raynaud, D. and Barnola, J.-M. : Atmospheric CO₂ concentrations over the last glacial termination, Science, 291(5501), 112–114, 2001.

Parrenin, F., Barker, S., Blunier, T., Chappellaz, J., Jouzel, J., Landais, A., Masson-Delmotte, V., Schwander, J. and Veres, D. : On the gas-ice depth difference (Δdepth) along the EPICA Dome C ice core, Clim. Past, 8(4), 1239–1255, doi:10.5194/cp-8-1239-2012, 2012.

Parrenin, F., Masson-Delmotte, V., Köhler, P., Raynaud, D., Paillard, D., Schwander, J., Barbante, C., Landais, A., Wegner, A. and Jouzel, J. : Synchronous change of atmospheric CO₂ and Antarctic temperature during the last deglacial warming, Science, 339(6123), 1060–1063, 2013.

Pedro, J. B., Rasmussen, S. O. and van Ommen, T. D. : Tightened constraints on the time-lag between Antarctic temperature and CO₂ during the last deglaciation, Clim. Past, 8(4), 1213–1221, doi:10.5194/cp-8-1213-2012, 2012.

Petit, J. R., Jouzel, J., Raynaud, D., Barkov, N. I., Barnola, J.-M., Basile, I., Bender, M., Chappellaz, J., Devis, M., Delaygue, G., Delmotte, M., Kotlyakov, V. M., Legrand, M., Lipenkov, V. Y., Lorius, C., Pepin, L., Ritz, C., Saltzman, E. and Stievenard, M. : Climate and atmospheric history of the past 420,000 years from the Vostok ice core, Antarctica, Nature, 399(6735), 429–436, 1999.

Siegenthaler, U., Stocker, T. F., Monnin, E., Luthi, D., Schwander, J., Stauffer, B., Raynaud, D., Barnola, J.-M., Fischer, H., Masson-Delmotte, V. and Jouzel, J. : Stable Carbon Cycle-Climate Relationship During the Late Pleistocene, Science, 310, 1313–1317, 2005.