Centre Européen
de Recherche et d'Enseignement
des Géosciences de l'Environnement

Isotopes cosmogéniques des glaces polaires

Les archives glaciaires permettent d’obtenir des informations climatiques sur les dernières décennies, millénaires et centaines de milliers d’années et ceci avec une haute résolution temporelle. Les isotopes cosmogéniques tels que le béryllium 10 (10Be) et le chlore 36 (36Cl) étudiés à partir de ces archives, permettent de documenter l’activité solaire passée ainsi que de détecter les baisses du champ magnétique terrestre.

Les échantillons de neige et de glace étudiés au CEREGE proviennent exclusivement d’Antarctique et plus particulièrement des stations suivantes :

            - Dôme Talos : (72°S47’S, 159°5’°E, altitude 2316 m, température annuelle -41ºC), base italienne située du côté ouest de la mer de Ross à l’Est du Haut Plateau Antarctique. Dans le cadre du programme de forage européen TALDICE, une carotte de glace de 1620 m couvrant 200 000 ans approximativement, a été prélevée (Stenni et al. 2011).

            - Dôme C (75°S, 123°E, altitude 3240 m, température annuelle -54.5ºC), base franco-italienne située sur le Haut Plateau Antarctique. Le projet VOLSOL financé par l’ANR de 2009 à 2014 (ANR-09-BLAN-0003-01), a permis forer 6 carottes de glace de 100 m dont une est entièrement au CEREGE. Ce forage couvre un peu plus de 2000 ans.

            - Divers sites tels que Vostok, S2, Aurora Basin North pour des collectes de puits de neige de 2 à 6 m de profondeur et couvrant les dernières décennies (projet VANISH–ANR-07-VULN-013 et le projet européen ERC Combiniso).

 

Les carottes de glace de Dôme Talos et de Dôme C permettent d’étudier l’activité solaire à très haute résolution au cours des derniers millénaires et à plus basse résolution pour les époques plus lointaines. Les enregistrements de 10Be et de 36Cl sont systématiquement comparés avec les données de 14C des cernes d’arbres (Reimer et al. 2013). Un travail de modélisation se fait en parallèle pour reconstituer le forçage solaire passé (Delaygue and Bard 2011, Schmidt et al. 2011, 2012).

Les variations du champ magnétiques terrestres sont également étudiées à partir de ces forages et une attention particulière est portée sur les excursions géomagnétiques potentiellement enregistrées dans le forage de Dôme Talos. Ces données sont ensuite comparées avec les enregistrements marins. Il s’agit également d’un outil très utilisé pour dater les archives glaciaires.

En parallèle, des puits de neige couvrant les dernières décennies, sont analysés afin de mieux comprendre le signal de production du 36Cl et du 10Be enregistrés dans la glace et de le séparer d’autres contributions qui n’y sont pas reliées (Baroni et al. 2011). Un travail de modélisation est également mis en place (Delaygue et al. 2015).

Tous les échantillons sont préparés dans le laboratoire de glaciologie du CEREGE installé dans l’extension du bâtiment du Trocadéro financée par le Technopôle de l’Arbois. Le montage et l’activité du labo de glaciologie ont bénéficié de financements du Collège de France et de l’ANR (projets VOLSOL et VANISH). Les échantillons de glace sont stockés dans la chambre froide de 6 m2 installée dans le laboratoire (financement de l’ANR VANISH).

 

Laboratoire de glaciologie pour la préparation des échantillons de 10Be et de 36Cl à partir d’archives glaciaires. Chambre froide de 6m2, en température négative, pour le stockage et la découpe des échantillons de glace.

 

Lorsque les échantillons de glace sont découpés, ils sont mis à fondre dans le laboratoire. Afin de récupérer tout le béryllium ou tout le chlore présents dans les échantillons, on ajoute précisément, une masse connue des isotopes stables du béryllium 9 ou du chlore 35, l’objectif est double puisque cela permet également de fixer le rapport 10Be/9Be et 36Cl/35Cl.

L’extraction du 10Be et du 36Cl se fait grâce à une succession de réactions acido-basiques, et d’une pyrolyse dans le cas du 10Be, pour obtenir des composés sous forme solide, l’oxyde de béryllium (BeO) et le chlorure d’argent (AgCl). Ces solides sont ensuite mesurés sur les sources 1 et 2 (Elément 3 de l’Equipex ASTER-CEREGE) du Spectromètre de Masse par Accélérateur, ASTERisques.

 

Equipements de laboratoire pour la préparation des échantillons de glace (balances dont une de précision 10-4g, centrifugeuse, four à calcination)

Contacts :

Responsables scientifiques : Edouard Bard, Mélanie Baroni

 

Références :

Baroni M, Bard E, Petit JR, Magand O, Bourlès D. Volcanic, solar activity, and atmospheric circulation influences on cosmogenic 10Be fallout at Vostok and Concordia (Antarctica) over the last 60 years Geochimica et Cosmochimica Acta 71, 7132-7145, (2011).

Cauquoin A, Landais A, Raisbeck GM, Jouzel J, Bazin L, Kageyama M, Peterschmitt JY, Werner M, Bard E, ASTER Team. Comparing past accumulation rate reconstructions in East Antarctic ice cores using 10Be, water isotopes and CMIP5-PMIP3 models. Climate of the Past 11, 355-367 (2015).

Cauquoin A, Raisbeck GM, Jouzel J, Bard E, ASTER Team. No evidence for planetary influence on solar activity 330 ka ago. Astronomy & Astrophysics 561, A132, 1-5 (2014).

Delaygue G, Bard E. An Antarctic view of beryllium-10 and solar activity for the past millennium. Climate Dynamics 36, 2201-2218 (2011).

Delaygue G, Bekki S, Bard E. Modelling the stratospheric budget of beryllium isotopes.Tellus B 67, 28582, 1-16, (2015).

Reimer PJ, Bard E, Bayliss A, Beck JW, Blackwell PG, Bronk Ramsey C, Buck CE, Cheng H, Edwards RL, Friedrich M, Grootes PM, Guilderson TP, Haflidason H, Hajdas I, Hatté C, Heaton TJ, Hoffmann DL, Hogg AG, Hughen KA, Kaiser KF, Kromer B, Manning SW, Niu M, Reimer RW, Richards DA, Scott EM, Southon JR, Staff RA, Turney CSM, van der Plicht J. IntCal13 and Marine13 radiocarbon age calibration curves 0-50,000 years Cal BP. Radiocarbon 55 (4) : 1869-1887 (2013).

Schmidt GA, Jungclaus JH, Ammann CM, Bard E, Braconnot P, Crowley TJ, Delaygue G, Joos F, Krivova NA, Muscheler R, Otto-Bliesner BL, Pongratz J, Shindell DT, Solanki SK, Steinhilber F, Vieira LEA. Climate forcing reconstructions for use in PMIP simulations of the Last Millennium (v1.0). Geoscientific Model Development 4, 33-45, (2011).

Schmidt GA, Jungclaus JH, Ammann CM, Bard E, Braconnot P, Crowley TJ, Delaygue G, Joos F, Krivova NA, Muscheler R, Otto-Bliesner BL, Pongratz J, Shindell DT, Solanki SK, Steinhilber F, Vieira LEA. Climate forcing reconstructions for use in PMIP simulations of the Last Millennium (v1.1). Geoscientific Model Development 5, 185-191, (2012).

Stenni B, Buiron D, Frezzotti M, Albani S, Barbante C, Bard E, Barnola JM, Baroni M, Baumgartner M, Bonazza M, Capron E, Castellano E, Chappellaz J, Delmonte B, Falourd S, Genoni L, Iacumin P, Jouzel J, Kipfstuhl S, Landais A, Lemieux-Dudon B, Maggi V, Masson-Delmotte V, Mazzola C, Minster B, Montagnat M, Mulvaney R, Narcisi B, Oerter H, Parrenin F, Petit JR, Ritz C, Scarchilli C, Schilt A, Schüpbach S, Schwander J, Selmo E, Severi M, Stocker TF, Udisti U. Unified Antarctic and Greenland climate seesaw during the last deglaciation. Nature Geoscience 4, 46-49 + 32 p. suppl. (2011).