background image
Enfin, dernier indice, les paléocéanographes de Gif-sur-
Yvette découvrent en mer de Norvège des événements
détritiques moins importants mais plus nombreux que les
événements de Heinrich, et dont la fin coïncide avec les
réchauffements de D/O du Groenland. Cette fois les
débâcles associées proviennent uniquement des petites
Their origin ?
All of the rapid climatic fluctuations are associated with mas-
sive injections of iceberg meltwater into the high latitudes of
the North Atlantic. Such freshwater injections may slow
down or even suppress deep water formation and profoundly
Lettre pigb-pmrc France n°15 - Changement global
12
L'excès en deutérium
L'excès en deutérium, (défini par : = D ­ 8
18
O), dans les molécules d'eau constituant la glace signe la température de la
région océanique où s'est produite l'évaporation initiale des masses de vapeur d'eau parvenant aux pôles. En effet, les coeffi-
cients de fractionnement à l'équilibre pour le deutérium et l'oxygène-18 ont un rapport d'environ 8 (rapport des masses des
atomes d'oxygène et de deutérium), qui contraint au premier ordre un facteur 8 entre les compositions des précipitations dans
ces deux isotopes. Au second ordre, dans les processus de fractionnement hors équilibre (évaporation à la surface de l'océan,
formation des cristaux de glace), apparaît un fractionnement cinétique supplémentaire dû aux différences de diffusivité des
divers isotopes. Cet effet de second ordre justifie la définition d'excès en deutérium. A l'évaporation, ce fractionnement ciné-
tique appauvrit moins la vapeur formée en deutérium qu'en oxygène-18 et dépend des conditions d'évaporation : température
de surface, mais également humidité relative de l'air et vitesse du vent. Les modèles de distillation et les modèle de circulation
générale de l'atmosphère incluant les isotopes stables de l'eau montrent que le signal de l'évaporation dans l'excès en deuté-
rium est conservé le long de la trajectoire des masses d'air jusqu'aux pôles.
Deuterium excess
The deuterium excess (defined by = D ­ 8
18
O) of ice water molecules reflects the temperature of the oceanic area where the initial
evaporation of water vapor transported to the poles had occurred. Indeed, the equilibrium fractionation coefficients for deuterium and
18-oxygen have a ratio around 8 (ratio between the oxygen and deuterium masses), which constraints a first order ratio of 8 between
the composition of the precipitation of these two isotopes. At the second order, during non equilibrium fractionation processes (ocean
surface evaporation, ice crystal formation), the different molecular diffusivities induce an additional kinetic fractionation. This second
order effect justifies the definition of the deuterium excess. During evaporation, this kinetic frationation results in a relatively less
intense depletion of water vapour in deuterium compared to 18-oxygen, and depends on the evaporation conditions (surface tempera-
ture, but also air relative humidity and wind speed). The distillation models and the atmospheric general circulation models including
the explicit modelling of water stable isotopes show that the initial deuterium excess signal imprinted at the moisture source is preser-
ved along the air mass trajectories to the poles.
Isotopes de l'eau et paléotempératures
Les teneurs en deutérium (rapport D/H) et en oxygène 18 (rapport
18
O/
16
O) dans les molécules d'eau constituant la glace per-
mettent d'estimer les températures du passé. Le cycle atmosphérique de l'eau (depuis l'évaporation à la source jusqu'à la préci-
pitation sous forme de neige dans les régions polaires) implique de nombreux changements de phase liquide-vapeur-neige aux
cours desquels il y a fractionnement : la phase condensée est isotopiquement enrichie par rapport à la phase vapeur et d'autant
plus enrichie que la température est froide (effet de distillation). Il en résulte pour les régions polaires une croissance linéaire
entre la température de surface (reliée simplement à la température de formation de la précipitation) et la composition isoto-
pique. Cet effet linéaire est mesuré par des traverses au Groenland et en Antarctique : à chaque site, on mesure teneur isoto-
pique de la neige précipitée et température de surface. La relation linéaire obtenue est ensuite appliquée pour retrouver les
températures du passé avec l'hypothèse forte que cette relation était la même dans le passé. Cette dernière hypothèse a été
fortement remise en question par une méthode s'appuyant sur l'inversion des mesures de température dans les trous de forage
et par l'analyse isotopique de l'air piégé dans la glace.
Water stable isotopes and paleotemperatures
The content of deuterium (D/H) and 18-oxygen (
18
O/
16
O) in water molecules of ice enable to estimate past temperatures. The atmos-
pheric water cycle (from the source evaporation to the polar snowfall) implies numerous liquid-vapor-ice phase changes during which
isotopic fractionations occur: the condensed phase is isotopically enriched compared to the vapor phase, and its enrichment depends
on the temperature (distillation effect). As a result, a linear correlation is observed in polar regions between surface temperature (sim-
ply related to condensation temperature) and snow isotopic composition. This linear effect is measured on traverse data from
Greenland and Antarctica: for each site, the surface temperature and the surface snow isotopic composition are measured. The linear
slope obtained this way is then used to reconstruct past temperatures, with the strong hypothesis that this relationship was stable in
the past. This last hypothesis has been strongly questioned by the borehole thermometry method and by the isotopic analysis of the
air trapped in ice.