ciaires. Ces événements se succèdent tous les 1500 à
5000 ans et sont également identifiés dans des indices de
changement de circulation atmosphérique (composition
chimique de la glace) et de changements de cycle de
l'eau via les teneurs atmosphériques de certains gaz à
effet de serre (la teneur des bulles d'air de la glace en
méthane et en oxyde nitreux augmente de 30% pendant
les réchauffements des D/O).
Quelle est l'étendue spatiale de ces bouleversements cli-
matiques ? L'observation de changements importants des
teneurs en méthane et oxyde nitreux laisse déjà entendre
que de vastes étendues ont été affectées par ces boulever-
sements climatiques (voir encart sur le méthane).
Récemment, les événements de D/O ont également été
détectés dans des séries climatiques à haute résolution
(quelques dizaines d'années) à des latitudes tempérées et
tropicales (pollens, sédiments marins et lacustres, spéléo-
thèmes, etc. ; voir carte figure 1).
La signature dans les sédiments atlantiques
Au cours de la dernière période glaciaire, les sédiments
marins de l'Atlantique Nord sont caractérisés par plusieurs
événements détritiques, décrits pour la première fois par
le géologue allemand Heinrich. Au cours de ces événe-
ments, les sédiments de l'Atlantique Nord deviennent
brutalement pauvres en micro-organismes (les rares fos-
of atmospheric circulation change (chemical composition of
the ice) and water cycle changes by way of the isotopic com-
position of some greenhouse gases (the concentrations of
methane and nitrous oxide in air bubbles trapped in the ice
increase by 30% during the D/O warmings).
What is the spatial scale of these climatic upheavals? The
large changes observed in the atmospheric concentrations of
methane and nitrous oxide atmospheric levels already sug-
gest that large areas of the globe undergo large climatic
changes (see methane inset). Recently, D/O events have also
been detected in high resolution (a few decades) paleocli-
matic records at temperate and tropical latitudes (pollens,
lake and marine sediments, speleothemes... , see figure 1).
The north Atlantic sediment records
During the last ice age, the north Atlantic deep sea sedi-
ments were characterised by several detritic events,
described for the first time by German geologist Heinrich.
During these events, north Atlantic sediments become
abruptly poor in micro-organisms (the scarce fossils reveal a
surface water cooling of 2 to 6°C) but contain stones, some-
times larger than 1 cm.
American paleoceanographers Bond and Broecker have
shown that these Heinrich events are synchronous over the
entire North Atlantic Ocean and that the stones (Ice Rafted
Lettre pigb-pmrc France n°15 - Changement global
10
Les isotopes dans l'air piégé dans la glace
Les variations de la composition isotopique de l'azote et de l'argon piégés dans les bulles d'air dépendent uniquement des pro-
cessus physiques de diffusion dans le névé (partie poreuse d'environ 80 m à la surface de la calotte). A l'effet bien connu de la
gravité entraînant les isotopes lourds vers la base du névé se superpose un effet de diffusion thermique lors des augmentations
rapides de température associées aux événements D/O : le gradient thermique établi lors de la transition (chaud en haut et
encore froid à la base) force la diffusion des isotopes les plus lourds vers la base du névé où l'air est piégé et par conséquent
l'anomalie isotopique conservée. Cet effet de diffusion par gradient thermique est possible car la chaleur met 10 fois plus de
temps que le gaz à diffuser dans le névé. L'intérêt de la mesure conjointe de la composition isotopique de l'azote et de l'argon
est de séparer les effets gravitationnel et thermique, ce dernier permettant une estimation quantitative, puisque liée à des pro-
cessus physiques, connus de la température. De plus, cette mesure de température directement dans l'air permet de connaître
de façon précise le déphasage entre augmentation de température et augmentation de la teneur en gaz atmosphériques (CH
4
,
N
2
O,...). On s'affranchit ainsi du problème de la différence d'âge entre la glace et le gaz lié à l'utilisation des isotopes de la
glace comme indicateurs de température. Cependant, cette méthode analytique est plus difficilement applicable aux transitions
climatiques lentes car l'effet de diffusion thermique y est nul.
Isotopic composition of the air trapped in ice
Changes in the isotopic composition of nitrogen and argon trapped in air bubbles only depend on physical diffusion processes in the
firn (the porous upper part of the ice cap, about 80 m deep). In addition to the well-known gravitational effect, which tends to
concentrate the heavy isotopes in the bottom of the firn, a thermal diffusion effect during D/O rapid temperature changes also acts to
fractionate the gases: the thermal gradient set up during a transition (with a warm surface and a still cold bottom part) causes the dif-
fusion of heavy isotopes towards the firn base, where the air is trapped and the isotopic anomaly well preserved. This thermal gradient
diffusion is possible because the gases diffuse 10 times faster than heat diffuses through the firn. The simultaneous measurements of
nitrogen and argon isotopic ratios provide a means of separating the gravitational and thermal effects, and, hence, of quantifying the
temperature changes. This temperature measurement in the air phase further permits a precise quantification of the phase lag bet-
ween changes in temperature and changes in atmospheric gas concentrations (CH
4
, N
2
O...), getting rid of the age difference problem
between ice (where the temperature is classically estimated from water stable isotopes) and gases. However, this method presents a
challenge for slow climatic transitions, where the thermal diffusion effect is nil.