Chapitre 1
L'évolution climatique et atmosphérique récente.
REVISION DES ACQUIS
Notion d'énergie par unité de surface, notion de caractéristiques physiques d'un milieu et d'écosystème.
* Document 1 p 76 : Climats et paysages.
* Document 2 p 76 : Evolution de l'atmosphère au cours des temps géologiques
Atmosphère de la Terre et son évolution, rôle de la vie et de la photosynthèse.
* Document 3 p 77 : Roches et reconstitution des paysages passés.
Rôle des fossiles et principe d'actualisme.
* Document 4 p 77 : Utilisation des énergies fossiles et conséquences.
Modification rapide de l'atmosphère de la Terre.
SYNTHESE page 78.
1/ Comprendre les climats actuels de la Terre.
2/ Les climats des 20 derniers millénaires.
3/ Les climats depuis 800 000 ans.
4/ L'atmosphère au cours des 800 000 dernières années.
1/ Comprendre les climats actuels de la Terre.
1-1/ La notion de climat:
Un climat correspond à un ensemble de paramètres physico-chimiques (température, précipitation, nébulosité de l'air) dont on a calculé les moyennes sur 30 ans.
Le climatogramme (document 2 page 80 du manuel) est une représentation graphique efficace pour définir un climat.
L'étude comparée de nombreux climatogrammes à la surface de la terre a permis de définir des zones climatiques (voir document 3 page 80 du manuel).
1-2/ Des causes des variations climatiques à la surface de la terre
Question :En vous basant sur les documents de la page 81 du livre (et p 76 si nécessaire...), expliquez :
- les variations latitudinales du climat,
- les variations climatiques entre Rio de Janeiro et Antofagasta (comme entre Maputo et Swakopmund).
L'énergie solaire reçue à la surface de la terre diminue depuis l'équateur jusqu'aux pôles, du fait de la sphéricité de la Terre (voir acquis p. 76). Ceci explique les différences de climat entre les pôles (climat plus froid) et l'équateur (plus chaud).
Les enveloppes fluides de la Terre (atmosphère et hydrosphère) sont le siège de mouvements importants liés aux échanges d'énergie entre l'équateur et les pôles (vents et courants marins). Ces mouvements peuvent moduler régionalement les conditions climatiques (climat plus sec par exemple à l'ouest de l'afrique et de l'amérique du sud au niveau du tropique du capricorne à cause de la présence d'un courant marin froid qui limite l'évaporation à la surface de la mer).
D'autres paramètres, comme les reliefs, l'éloignement d'un site à l'océan, ou encore la direction des vents dominants, rendent cette répartition encore plus complexe.
2/ Les climats des 20 derniers millénaires par l'étude des pollens.
Voir TP1 Pollens.
2-1/ Le pollen : un marqueur des climat passés.
Connaissance des climats anciens = nécessité de disposer d'indices, de marqueurs.
Reflet immédiat du climat = la végétation (voir doc 2 p 82).
Quelles traces pérennes peuvent laisser les végétaux ? Le pollen ! (voir document 3 p.82.)
qu'est-ce exactement que le pollen : gamète mâle au sens large. Il est protégé par une couche très résistante d'exine conférant à ce gamète une grande longévité.C'est cet emballage d'exine (vide, évidemment!) que l'on pourra retrouver dans des sédiments ou les tourbières des siécles plus tard.
IMPORTANT : la forme des grains de pollen est spécifique de chaque espèce végétale !.
L'étude de ces vieux pollens permettra de reconstituer la végétation et donc le climat passé.
2-2/ Comment utiliser ces marqueurs ?
Première étape :
Prélévement d'une carotte de tourbe (piège à pollens), Recenser tous les pollens présents dans toute la hauteur de la carotte de tourbe; vous disposez du résultat sous la forme d'un tableau d'abondance des pollens ==> Pollens d'une tourbière du Massif central.
Deuxième étape :
Utilisation du grapheur : Construire un diagramme pollinique de la variation des quantités de pollen en fonction de la profondeur donc du temps.
Troisième étape :
Certaines espèces végétales ont des préférences écologiques fortes donc sont des marqueurs climatiques. L'analyse de l'évolution de l'abondance de ces pollens caractéristiques au cours du temps (et donc de la profondeur dans une tourbière) permettra suivre l'évolution du climat au cours du temps.
2-3/ Bilan du TP1 : évolution du climat depuis 20 000 ans.
L'étude des pollens dans les tourbières du Massif central comme d'Amérique du nord ou des Vosges (doc 5 page 83) montre un changement important des espèces de pollen présentes il y a environ 10 000 à 12 000 ans. Avant cette époque, il y a dominance de pollens typiques de climats froids (poacées, pins). Après cette époque, il y a dominance de pollens typiques de climats plus tempérés (noisetier, chêne, aulne,...). Cette variation dans l'abondance des pollens montre qu'il y a eu il y a environ 10 000 à 12 000 ans un important réchauffement climatique qui a concerné l'ensemble de la planète (l'europe comme l'amérique du nord).
3/ Les climats depuis 800 000 ans.
Voir TP2 Reconstituer l'histoire récente du climat + documents livre page 84-85.
Un des marqueurs climatiques utilisés pour reconstituer le climat des 800 000 dernières années est la composition isotopique de l'élément Hydrogène dans les glaces des pôles (isotope Protium 1H ou Deutérieum 2H). On utilise pour cela des carottes de glace prélevées dans les banquises (voir docs page 84) sachant que plus la glace est profonde, plus elle s'est formée il y a longtemps donc permet de reconstituer un climat ancien. Sur ces carottes de glace, on détermine la composition isotopique en Protium et Deutérium pour calculer un rapport isotopique D/1H exprimé sous la forme d'un indice : delta D (voir doc 4 p 85). Les mesures actuelles montrent que les variations du delta D sont directements corrélées avec la température des précipitations (voir explications doc 4 page 85 et constat docs 5 et 6 page 85), Ce qui fait que le delta D dans les glaces est un excellent THERMOMETRE ISOTOPIQUE.
Les variations dans le temps du delta D repérées dans les carottes de glaces (doc 7 page 85 ou voir TP2) montrent qu'il y a eu des variations climatiques régulières lors des 800 000 dernières années avec alternance de périodes chaudes (interglaciaires) d'environ 10 000 ans et de périodes froides (glaciaires) d'environ 100 000 ou la température était d'environ 13 °C de moins. Nous sommes actuellement dans une période interglaciaire depuis environ 10 000 ans.
Un autre marqueur isotopique utilisable est le rapport isotopique Oxygène 18 / Oxygène 16 avec exactement la même démarche et les mêmes résultats.
Remarque : Les travaux d'un scientifique (Milankovich) ont montré que ces cycles glaciaires / interglaciaires d'une période d'environ 100 000 ans ont une origine astronomique : il existe de légères variations de paramètres astronomiques régulières (inclinaison de la terre par rapport au plan de l'écliptique,...) avec une périodicité d'environ 100 000 ans qui expliquerait ces variations climatiques.4/ L'évolution de l'atmosphère au cours des 800 000 dernières années.
Voir TP2 Reconstituer l'histoire récente du climat + documents livre page 86-87.
Lors du processus de formation de la glace, des bulles d'air sont piégées à l'intérieur cette glace. L'étude de la composition chimique de ces bulles permet d'étudier la composition de l'air atmosphérique de ces 800 000 dernières années. Cette analyse montre (vor TP2) qu'il y a une corrélation très forte entre la variation de la concentration en C02 et la variation du delta D (thermomètre isotopique). Les données du doc 4 p 87 montrent qu'il y a aussi une corrélation correcte avec la variation de la concentration en méthane. Le méthane et le CO2 étant chacun un gaz à effet de serre (voir chapitre suivant), il est logique de trouver une corrélation : plus de gaz à effet de serre => climat plus chaud => delta D plus élevé.
Cette étude de la composition de l'atmosphère montre également une très importante augmentation de la concentration en Méthane et C02 (doc 4 p 87 + TP2) dans l'atmosphère depuis environ 150 ans (bien au delà des variations constatées dans les périodes précédentes). Cette augmentation actuelle a une origine essentiellement anthropique (pollution atmosphérique liée aux activités humaines). La grande majorité des scientifiques considèrent que cette augmentation d'origine anrthropique des Gaz à effet de serre est à l'origine du réchauffement climatique global constaté depuis 150 ans (voir TP2). D'autres, minoritaires, pensent que le réchauffement actuel ne s'explique pas par les activités huamines mais par d'autres facteurs naturels (paramètres astronomiques,....).