Comment mettre en évidence l’existence des nunataks pendant les glaciations grâce aux rayonnements cosmiques ?

Texte rédigé par Julien Carcaillet de Institut des Sciences de la Terre de Grenoble et  le Muséum de Grenoble - Octobre 2017

 Du Béryllium 10 (10Be) se forme par réactions nucléaires entre les particules énergétiques du rayonnement cosmique arrivant à la surface de la Terre et des atomes d’oxygène et de silice des cristaux de quartz de la roche. La quasi majorité des réactions a lieu dans les premiers centimètres de la surface rocheuse exposée. Le 10Be est un nucléide cosmogénique.

Dans le cas du Béryllium-10 (¹⁰Be), les atomes cibles sont l’oxygène et la silice. La concentration en ¹⁰Be dans les quartz (SiO₂) permet alors de connaitre le temps d’exposition de l’échantillon au rayonnement. 

On peut considérer deux cas

• Si les roches continuent d’être exposées pendant les glaciations (c’est-à-dire que les roches ne sont pas englacées), la concentration en ¹⁰Be augmente selon un taux connu. C’est le cas des hauts sommets au-dessus des glaciers pendant les glaciations (surnommés aussi nunataks).
• Mais si les roches sont recouvertes de glace, il n’y a pas de production de ¹⁰Be. Le ¹⁰Be étant radioactif (radioactivité naturelle), sa quantité préalablement produite pendant une exposition antérieure peut même baisser.

Il est alors possible de démontrer par la mesure en ¹⁰Be dans des échantillons de roches prélevés à hautes altitude que les hauts sommets sont restés émergés pendant les glaciations : ces roches contiennent de grosses quantités de Beryllium 10. Pour notre exemple schématique, la roche contient davantage de ¹⁰Be dans le cas A que dans le cas B.

C’est en réalité plus complexe car il faut prendre en compte de nombreux facteurs de correction car la production de ¹⁰Be n’est pas homogène à la surface de la terre (latitude, longitude, altitude, écrantage topographique, érosion de la surface rocheuse, ...). Et enfin la perte par radioactivité naturelle doit être aussi quantifiée.