La composition isotopique de la vapeur d'eau ; apport à l'étude des processus atmosphériques

Abstract

RésuméLa composition isotopique des préci-pitations est utilisée depuis longtemps pour reconstruire la variabilité climatique passée à partir de sa conservation dans des archives comme les glaciers, les spéléothèmes, etc. Elle permet aussi d'aborder et de décorti-quer des mécanismes qui régissent le climat présent. La mise sur le marché d'une nouvelle technique a permis d'étendre les mesures isotopiques sur la phase vapeur et d'accéder à une information continue dans le temps. À travers divers exemples choisis sur des terrains variés, des régions polaires aux tropiques, cet article illustre le potentiel de la composition isotopique de la vapeur d'eau en surface, en regard de données météorolo-giques plus classiques, pour étudier des processus aussi divers que le mélange de masses d'air, l'origine de la vapeur d'eau, la structure, l'intensité et l'organisation de la convection, la formation et la dissipation des nappes de brouillard et la circulation atmosphérique à différentes échelles de temps. 32La Météorologie -n°81 -mai 2013 (H 2 18 O et HD 16 O) ont tendance à se retrouver préférentiellement dans la phase condensée lors de la condensation ou lors de l'évaporation. Cela résulte du fait que la pression de vapeur saturante de ces molécules lourdes est inférieure à la pression de vapeur saturante de la molécule ordinaire. Les molécules lourdes présentent aussi une diffusion dans l'air amoindrie relativement à la molécule ordinaire. Ainsi, un phénomène comme l'évaporation va renforcer le fractionnement induit par les différences de pression saturante et appauvrir encore un peu plus en molé-cules lourdes la vapeur formée. C'est l'appauvrissement ou l'enrichissement en molécules lourdes qui est mesuré (cf. section sur la mesure). L'ensemble de ces changements de phase est intrinsè-quement lié à l'histoire de la masse d'air (son origine, sa recharge en eau par le recyclage océanique ou continental, son refroidissement et les différents cycles de condensation-évaporation), et l'outil isotopique se présente comme un traceur géochimique de qualité pour reconstruire les conditions climatiques à différentes échelles de temps. En quoi la composition isotopique des précipitations nous est-elle utile ?La composition isotopique des précipi-tations peut être parfaitement conservée dans des archives climatiques comme les carottes de glace (archive directe) ou les spéléothèmes (archives indirectes). Elle est alors largement utilisée pour reconstruire la variabilité climatique passée. Ces reconstructions sont basées, aux hautes latitudes, sur la relation linéaire positive que l'on observe aujourd'hui entre la composition isotopique des précipitations et la température de surface, appelée thermomètre isotopique (MassonDelmotte et Chappellaz, 2002 ;Vimeux, 2003). Cette relation découle de l'appauvrissement en molécules lourdes que subit une masse d'air au fur et à mesure qu'elle se refroidit lors de son transport depuis les sources océa-niques tropicales et subtropicales vers les pôles. Plus le refroidissement est important, ...

Comprendre la dynamique atmosphérique pour mieux reconstituer l'altitude passée des chaînes de montagnes

“…La proportion relative de ces différentes molécules (appelée rapport isotopique) est notée δ 18 O et est exprimée en pour mille (‰) par rapport à une référence (un échantillon d'eau marin). On peut mesurer ce rapport isotopique dans les réservoirs d'eau actuels (précipitation, vapeur d'eau, océan, eau souterraine, rivière, glace) (Risi et Bony, 2011 ;Vimeux, 2013), mais aussi dans les roches carbonatées telles que les spéléothèmes, les carbonates présents dans les sols ou d'origine lacustre (figure 1). En effet, lors de la formation de ces carbonates, l'oxygène provient de celui de l'eau de pluie.…”