Les indices de la dernière période glaciaire à la fin du Pléistocène

Les principales associations végétales (forêt tropicale dense, savane, steppe, forêt tempérée ou encore toundra) sont appelées des biomes.

La présence des espèces dépend de nombreux facteurs dont la température et l’humidité : ainsi, le peuplement végétal actuel est un bon indicateur du climat local. En effet, les espèces végétales sont adaptées à des conditions climatiques relativement précises.

D'après le principe d'actualité, on peut supposer que dans le passé, les lois régissant la répartition des végétaux étaient les mêmes qu'aujourd'hui. La végétation du passé (paléo-végétation) est donc utilisée comme indicateur du climat de l'époque (ou paléoclimat). En appliquant le principe d'actualité, on peut donc par l'étude des pollens piégés, reconstituer les biomes passés et donc enregistrer les variations de climat.

L'observation d'un grain de pollen permet d'identifier l'espèce émettrice car la taille, la forme, l'ornementation de l'exine sont différentes d'une espèce (ou d'un groupe d'espèces) à l'autre. Chaque espèce végétale possède donc un pollen ou des spores caractéristiques qui permettent de l’identifier. 

Chaque biome est caractérisé par la présence des pollens des espèces qui lui sont caractéristiques. 

En identifiant puis en dénombrant les grains de pollens à différents niveaux d'une carotte sédimentaire, on peut faire une étude statistique de la fréquence de chaque type pollinique. En ne conservant que les espèces caractéristiques d'un biome spécifique, on peut établir un diagramme pollinique, témoin de l'évolution du peuplement local et donc des variations climatiques. 

On peut alors comparer ces résultats avec d'autres diagrammes pour constater que le changement climatique de -10 000 ans se retrouve régulièrement avec plus ou moins de précision. En combinant les résultats obtenus en différents sites, on construit des cartes de répartition de la végétation à différentes époques. La comparaison de ces cartes révèle des changements climatiques.

Les glaciers lors de leur déplacement, provoquent la formation de moraines.

On observe parfois des blocs erratiques.

Lors de la fonte du glacier, le bloc erratique est abandonné sur place.

L'avancée des glaciers se traduit par des stries sur les roches sous-jacentes. Ces stries sont en général nombreuses et parallèles et sont causées par les roches et graviers transportés par les glaciers qui polissent et rayent le sol. La plupart des stries actuellement visibles datent de la dernière glaciation ou du petit âge glaciaire du Moyen-âge.

Ainsi on retrouve la trace des glaciations récentes précédemment évoquées dans les ensembles sédimentaires mais aussi de glaciations plus anciennes.

Durant la glaciation de Würm, l'art des chasseurs-cueilleurs de Cro-Magnon (de –35 000 à –8 000 ans environ) est fait d'animaux, d'humains et de signes géométriques. La vie quotidienne est rythmée par les saisons. Elles se reflètent assez souvent dans la morphologie et/ou le comportement des grands herbivores représentés.

La présence de certaines espèces traduit des épisodes froids : mammouths, rhinocéros laineux, ovibos, rennes, mégacéros.

D'autres témoignent de réchauffements : chevaux, bisons et surtout aurochs, cerfs et biches, bouquetins.

À la fin de la glaciation, la faune froide n'est plus représentée. Le grand art animalier des Cro-Magnons exprimé sur les parois des grottes (art pariétal) disparaît au profit d'un art des rochers de plein air (art rupestre), schématique et souvent narratif.

Alors que les données satellitaires ainsi que des capteurs au sol permettent de suivre l'évolution de la composition atmosphérique « en direct », les calottes glaciaires ayant emprisonné au cours de leur formation des bulles d'air nous permettent de suivre l'évolution de l'évolution de composition atmosphérique de leur époque.

Cet enregistrement permet d'identifier les stades climatiques glaciaires et interglaciaires.

Plusieurs paramètres sont mesurés et notamment les teneurs des bulles d'air en CO2 et CH4. Ces deux gaz à effet de serre séjournent assez longtemps dans l'atmosphère pour que la concentration de ces gaz s'homogénéise à la surface de la Terre. Il est donc possible de se servir de ces mesures pour comparer et dater relativement des profils obtenus dans différentes carottes de glace.

L’analyse révèle qu’à chaque période interglaciaire, le taux de CO2 atmosphérique était élevé et vice-versa.  

L'oxygène est présent sous la forme de 3 isotopes :

L'utilisation la plus commune des isotopes de l'oxygène est basée sur le rapport entre les quantités de 18O et de 16O de la glace issue de carottages glaciaires ou de carbonates issus de forages sédimentaires.

En effet, le dioxygène est présent dans les molécules d’eau H2O et dans les molécules de carbonate de calcium CaCO3 des tests des foraminifères marins formés à partir d’éléments en solution et s’accumulant au fond des océans. 

La composition isotopique d'un échantillon ('ech') est mesurée relativement à un standard ('std') de composition connue. On exprime classiquement cette composition comme une déviation relative à ce standard, par la notation géochimique « delta » dans laquelle les rapports isotopiques sont en nombres d'atomes (abondance isotopique). 

Le standard utilisé est appelé « SMOW » qui signifie Standard Mean Oceanic Water et qui représente l’eau de mer à 25°C. Comme ce delta est petit on l'exprime en pour mille (plutôt qu'en pour cent).

L’isotope 18O comporte deux neutrons de plus que 16O, de sorte que la molécule d’eau qui le contient est plus lourde. Son évaporation nécessite donc plus d’énergie qu’une molécule contenant du 16O et à l’inverse sa condensation implique moins de perte d’énergie. 

Le rapport 18O/16O de la vapeur est ainsi environ 1 % plus faible que celui de l'eau en équilibre. 

Au cours de l'évaporation, l'16O plus léger passe donc préférentiellement dans la phase gazeuse et 18O reste donc préférentiellement dans la phase liquide, l'eau de mer. Lors des précipitations, l'18O passe majoritairement dans la phase liquide (la pluie). Cela a deux conséquences : le nuage restant s'appauvrit en 18O (le rapport 18O/16O du nuage diminue) et l'eau de mer s'enrichit en 18O (son rapport 18O/16O augmente). On observe alors une variation du 18O du nuage et de l'eau de mer.

Deux scenarios se dessinent alors.

Les résultats obtenus par l'étude de la teneur en CO2 des bulles prisonnières de la glace de l'antarctique coïncident avec les résultats de l'étude sur le δ18O des tests carbonatés des foraminifères planctoniques comme le montrent les 2 documents suivants.

Attention l’image a volontairement été placée en miroir afin de faciliter la comparaison de l’axe des temps avec le document suivant.

Sur ce document sont représentés les écarts de température à la normale. Concernant le volume glaciaire, attention, la courbe représente l’évolution du niveau du glacier vers son point le plus bas. Ainsi une courbe haute indique une altitude basse du glacier et vice-versa.

On observe un anti-parallélisme des courbes. 

À chaque hausse du δ18O des tests carbonatés des foraminifères planctoniques correspond une baisse de température et une augmentation du volume glaciaire, et vice versa.