Coupled modeling of global carbon cycle and climate in the Neoproterozoic: links between Rodinia breakup and major glaciations Modélisation couplée du cycle du carbone et du climat au Néoprotérozoïque : liens entre la dislocation du supercontinent Rodinia et les glaciations majeures

Abstract : A coupled climate–geochemical model of new generation (GEOCLIM) is used to investigate the possible causes of the initiation of snowball glaciations during Neoproterozoic times. This model allows the calculation of the partial pressure of atmospheric CO2 simultaneously with the climate at the continental surface with a rough 2D spatial resolution (10° lat. × 50° long.). We calculate that the breakup of the Rodinia supercontinent, starting 800 Myr ago, results in a global climatic cooling of about 8 °C triggered by enhanced consumption of atmospheric CO2 resulting from increased runoff over continental surfaces. This increase in runoff is driven by the opening of oceanic basins resulting in an increase of soil moisture sources close to continental masses. This climatic effect of the supercontinent breakup is particularly strong within the 800–700 Ma interval since all continents are located in the equatorial area, where temperature and runoff conditions optimize the consumption of CO2 through weathering processes. However, this effect alone is insufficient to trigger snowball. We propose that the efficient weathering of fresh basaltic surfaces that erupted during the Rodinia breakup, and were transported to the humid equatorial area through continental plate motion, contributed the necessary CO2 sink that triggered the ca. 730-Ma Sturtian glacial event. Simulations of the GEOCLIM model for the ca 580-Ma Gaskiers ice age, where all continents are centered on the South Pole, shows that no snowball glaciation can be initiated. The calculated CO2 partial pressure remains above 1000 ppmv, while a threshold of less than 80 ppmv is required to initiate a snowball glaciation. At that time, a polar configuration does not allow the onset of total glaciation. Nevertheless, a regional glaciation is simulated by the GEOCLIM when the climatic and geochemical (i.e. weathering related) effects of the Pan-African orogeny (not, vert, similar600 Ma) are taken into account. Finally, the question of the role of the paleogeographic setting in the Marinoan snowball event (not, vert, similar635 Ma) is still an open question, since no reliable Marinoan paleogeographic reconstruction exists due to the paucity of paleomagnetic data. Résumé Un modèle couplé géochimie–climat de nouvelle génération (GEOCLIM) est utilisé afin d'explorer les causes de l'initiation de glaciations de type « boule de neige » à la fin du Protérozoïque. Ce modèle permet le calcul de la teneur en CO2 dans l'atmosphère et du climat de manière simultanée, avec une résolution spatiale de 10° en latitude sur 50° en longitude. Sur la base de simulations par ce modèle, nous calculons que la dislocation du supercontinent Rodinia (qui commence vers 800 Ma) provoque un refroidissement global du climat de 8 °C, consécutif à l'augmentation de la consommation de CO2 atmosphérique, elle-même liée à l'augmentation du ruissellement continental. Cet accroissement du ruissellement est lié à l'ouverture de bassins océaniques, agissant comme autant de sources d'humidité à proximité des continents. Cet effet climatique de la dislocation d'un supercontinent est particulièrement efficace aux alentours de 800–700 Ma, puisque tous les continents se situent dans la zone équatoriale, où les conditions de température et de ruissellement optimisent la consommation de CO2 par les processus d'altération. Quand tous les effets liés à la dislocation de la Rodinia sont pris en compte, y compris l'altération très rapide des surfaces basaltiques fraîches qui se sont épanchées à la surface des continents durant les phases initiales de la dislocation et qui sont emmenées dans la zone équatoriale humide par la dérive des continents, une glaciation « boule de neige » est initiée, correspondant à l'événement glaciaire sturtien (not, vert, similar730 Ma). Des simulations du modèle GEOCLIM de la glaciation Gaskiers (580 Ma), où les continents sont regroupés aux alentours du pôle Sud, montrent qu'une glaciation de type « boule de neige » ne peut être initiée. La pression partielle de CO2 atmosphérique calculée par GEOCLIM est en effet supérieure à 1000 ppmv, alors que le seuil requis pour initier une glaciation « boule de neige » Gaskiers est de l'ordre de 80 ppmv. Nous en déduisons qu'une configuration polaire des continents n'autorise pas la formation d'une Terre « boule de neige ». Néanmoins, une glaciation régionale est simulée par GEOCLIM à 580 Ma, lorsque les effets géochimiques (impact sur l'altération) et climatiques de l'orogène panafricain sont pris en compte, en accord avec les données existantes. Enfin, le rôle de la paléogéographie dans le cadre de la glaciation « boule de neige » du Marinoen (not, vert, similar635 Ma) n'a pu être testé, par manque de données paléomagnétiques fiables, ce qui n'autorise pas une reconstruction paléogéographique précise.
Document type :
Journal articles
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https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00311340
Contributor : Eva Fareau <>
Submitted on : Thursday, August 14, 2008 - 1:17:47 PM
Last modification on : Monday, February 10, 2020 - 6:12:14 PM

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Citation

Yves Goddéris, Yannick Donnadieu, Céline Dessert, Bernard Dupré, Frédéric Fluteau, et al.. Coupled modeling of global carbon cycle and climate in the Neoproterozoic: links between Rodinia breakup and major glaciations Modélisation couplée du cycle du carbone et du climat au Néoprotérozoïque : liens entre la dislocation du supercontinent Rodinia et les glaciations majeures. Comptes Rendus Géoscience, Elsevier Masson, 2007, 339, pp.212-222. ⟨10.1016/j.crte.2005.12.002⟩. ⟨hal-00311340⟩

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