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TS Spé Ch1- les climats passés de la planète

 

Partie : Du passé géologique à l’évolution future de la planète
Ch1- les climats passés de la planète
 
Quelles sont les causes explicatives et quelle est l’ampleur du réchauffement actuel de la planète ?
Les variations du climat au cours des temps géologiques peuvent nous fournir des indices. Il s’agit de les étudier.
 
I -les changements climatiques du dernier million d’années.
 
Quelles informations climatiques peut-on tirer des forages dans les calottes glaciaires ?
 
1- Les indices contenus dans les glaces
 
Les glaces polaires résultent de l’accumulation et du tassement des précipitations neigeuses au cours du temps.
Ces glaces renferment des bulles d’air. L’air ambiant au moment de la chute de neige est ainsi fossilisé.
D’autre part les variations de la composition isotopique de l’oxygène de la glace sont mesurables dans les "carottes de glace" des calottes glaciaires.
Isotope : noyau d’un élément chimique possédant le même nombre de protons, mais un nombre différent de neutrons.
ex 168O et 188O forme AZX
A = nombre de masse (neutrons + protons)
Z = nombre de charge (protons)
Ainsi 18O est un isotope plus "lourd" que 16O
 
Doc p 8-9 Les glaces polaires
Poly Cycle de l’eau
 
Formule du δ18O
 
Le δ18O constitue un "paléothermomètre" , sa mesure dans une glace ancienne permet de connaître la température qui régnait à l’époque de la formation de la glace.
 
Schémas pour comprendre la corrélation.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
L’évaporation-condensation favorise la passage de l’16O plus léger vers la calotte glaciaire.
Plus la calotte glaciaire est importante, plus la mer et les sédiments s’enrichissent en et donc plus la calotte glaciaire est pauvre en 18O .
 
Docs p 10-11 Corrélation entre la teneur de la glace en isotopes lourds ( 18O et 2H(Deutérium)) et les atmosphères fossiles en gaz à effet de serre CH4, CO2 etc.
Corrélations Nord- Sud. "Mondialisation" des variations climatiques.
 
Les variations de température obtenues par 18O et Deutérium dans la glace sont corrélées aux variations de gaz à effet de serre dans l’atmosphère (CH4, CO2).
 
Glaces : si δ18O ↗ alors la température ↗
Sédiments marins : si δ18O ↗ alors la température
 
2- Les informations climatiques contenues dans les sédiments océaniques, les sédiments des lacs et des tourbières.
 
a- Indicateurs du climat dans les sédiments océaniques.
 
Quelles informations climatiques peut-on tirer des forages dans les sédiments océaniques ? Ces informations sont-elles en accord avec les résultats obtenus par l’analyse des glaces ?
 
Activités p 12-13, 1 à 4
 
Les sédiments des fonds océaniques contiennent des restes d’animaux marins fossilisés. Parmi eux, les foraminifères sont des animaux planctoniques à test carbonatés (CaCO3). Il est possible d’y doser les isotopes de l’oxygène 18O/16O.
On en déduit la variations du volume des glaces représentatives des changements climatiques à l’échelle planétaire (voir schéma précédent).
 
b- Des indicateurs de climat sur le continent.
 
Doc p 14 à 17 : sédiments des lacs et des tourbières.
 
Sur le continent, les sédiments et les pollens des lacs et des tourbières constituent d’excellents indicateur climatiques.
En période de réchauffement, les lacs se comblent, le niveau d’eau baisse (régression).
Séquence sédimentaire : CaCO3 puis tourbe.
En période de refroidissement, les lacs se creusent, il y a peu de végétation, des apports détritiques importants, des pluies abondantes (transgression). CaCO3 .
 
Spores et pollens permettent de reconstituer les environnements végétaux du passé typiques de certains climats.
Ex : végétation herbacée des climats froids et végétation arbustive des climats tempérés.
 
3- Recherche des causes explicatives des variations climatiques.
Influence des paramètres orbitaux de la Terre.
 
Docs p 18-19
Quels sont les paramètres orbitaux variables de la Terre ?
Quelle est leurs périodicité ?
Quelle est la périodicité des variations climatiques ?
Comment les paramètres orbitaux peuvent-ils influencer les variations climatiques ?
Chaque réponse doit être argumentée à partir des documents.
 
Les paramètres orbitaux de la Terre varient de façon cycliques :
- Orbite : circulaire → elliptique : T = 100 000 ans
- Inclinaison de l’axe de rotation : T = 43 000 ans
- Précession : T = 19 000, 23 000 ans
Schématiser
Ces paramètres influencent la répartition et les variations de l’énergie solaire reçue aux différentes latitudes. Ils permettent d’expliquer en partie l’alternance de période glaciaires et interglaciaires.
 
Cependant les variations de l’ensoleillement sont insuffisantes pour expliquer les variations climatiques. Alors ?
 
4- Les facteurs amplificateurs des variations climatiques.
 
a- Le CO2
 
Doc p 20-21
Réaliser un schéma explicatif de l’effet de serre.
Comment varie la teneur en CO2 lors des périodes glaciaires et interglaciaires ?
Sachant que l’océan est un réservoir de CO2 , proposer une explication à ces variations.
 
Le CO2 participe à l’effet de serre de la planète. Sa concentration dans l’atmosphère est en équilibre avec celle de l’océan.
Quand la température augmente, la teneur en CO2 de l’océan diminue, celle de l’atmosphère augmente, ce qui induit une augmentation de l’effet de serre.
 
Schématiser
 
 
 
 
 
 
 
b- L’albédo.
 
Doc p 22-23 expérience radiomètre glace et eau ( végétaux, glace, eau, sable).
Comment varient les surfaces de glaces en période de faible insolation ?
Montrez comment l’albédo est un facteur amplificateur de l’effet atmosphérique ?
Même question pour les surfaces de forêts.
 
Albédo (%) = (E réfléchie / E reçue) X 100
 
Lors des périodes de faible insolation, l’effet astronomique est amplifié par le développement des calottes glaciaires qui en augmentant l’albédo global de la planète, contribue à son refroidissement.
Si l’albédo alors la température
 
En périodes de fortes insolations, le développement des forêts produit l’effet inverse.
Si l’albédo alors la température ↗
 
Schématiser
 
II -Les changements climatiques du dernier milliard d’années
 
Comment reconstituer les climats du dernier milliard d’années ?
 
1 - Les traces de périodes glaciaires et de périodes chaudes au cours des temps géologiques
 
a- La période du Carbonifère ( 300 millions d’années)
 
docs p 36 à 39 Analyse d’archives géologiques et d’indicateurs du climat de cette période. Utilisation du principe de l’actualisme.
 
Les "archives géologiques" d’Europe de l’Ouest, bois fossilisés, charbon, attestent de la présence de forêts très importantes : forêts de fougères géantes (cf polycopié).
 
Les "archives" d’Amérique du Sud, d’Afrique, d’Inde et de l’Antarctique : moraines, stries glaciaires indiquent la présence d’une imposante calotte glaciaire dans ces zones aujourd’hui dispersées, mais qui étaient réunies au Carbonifère.
 
Tillite : roche d’origine glaciaire constituée de débris morainiques mal classés, de tailles variées, souvent striés (docs p 38 et 40).
 
Ainsi, au Carbonifère, si la France se situait à une latitude équatoriale, l’Afrique et l’Inde se situaient à proximité du pôle Sud.
 
b- Le principe de l’actualisme
 
Ce principe atteste que les causes des phénomènes géologiques actuels sont les mêmes que celles ayant agit dans le passé.
 
ex : comparaison des dépôts glaciaires actuels p 36 à ceux du passé p 38 et 40
 
c- La période du Crétacé (100 millions d’années)
 
"Le Crétacé est une période chaude". Justifiez cette affirmation en relevant dans les archives géologiques les indicateurs du climat. Voir polycopié .
 
La période mésozoïque (secondaire) Trias, Jurassique, Crétacé, est globalement chaude. Les calcaires récifaux sont très développés.
La température moyenne du globe est supérieure d’environ 10° à la température actuelle.
Les dépôts de bauxite (doc p 34-35), l’imposante mer de la craie (= Crétacé), les plate-formes carbonatées, caractérisent la période du Crétacé.
La Terre est entièrement dépourvue de glace et le niveau marin est d’environ 250m au dessus du niveau actuel.
 
Observation d’ammonites, de calcaire corallien, de fossiles de fougère.
 
2 - Les mécanismes qui contrôlent les variations climatiques
 
Docs p 46-47 Quels sont les mécanismes qui contrôlent les variations du climat à l’échelle du milliard d’années ?
 
Les changements climatiques aux grandes échelles de temps proviennent des fluctuations de l’effet de serre de l’atmosphère.
ex : le Carbonifère correspond à un minimum de la teneur en CO2 de l’atmosphère.
le Crétacé correspond à un maximum.
 
a- Processus consommant du CO2
 
Au Carbonifère, la végétation luxuriante qui se fossilise sous forme de charbon engendre un piégeage de carbone organique.
-Le CO2 de l’atmosphère diminue ;
-L’effet de serre diminue ;
-La température diminue, ce qui cause une glaciation.
A cette même époque, la chaîne montagneuse hercynienne (Massif central, Massif armoricain, Vosges) subit une importante érosion.
Il s’en suit un processus d’altération des silicates : roches granitiques et métamorphiques.
Processus qui consomme du CO2
ex : altération d’un pyroxène calcique
CaSiO3 + 2 CO2 + H2O →SiO2 + Ca2+ + 2 HCO3-
pyroxène                        silice              ion hydrogènocarbonate
La dissolution des carbonates consomme du CO2
CaSiO3 + 2 CO2 + H2O →SiO2 + Ca2+ + 2 HCO3-
 
b- Processus libérant du CO2
 
doc p 47
 
Au Crétacé, les formes planctoniques : cocolithoforidés et foraminifères sont à l’origine de dépôts considérables de craie.
Il s’en suit un processus de précipitation des carbonates.
Ca2+ + 2HCO3- →CaCO3 + H2O + CO2
 
Une activité volcanique accrue caractérise cette période.
-épanchements de basalte
-fort taux d’expansion des dorsales
Ce volcanisme transfère du CO2 du manteau vers l’atmosphère et dans l’océan.
 
3 - Envisager les climats du futur
 
doc p 48-49 évolution future du climat
 
Pour envisager les climats du futur, les scientifiques construisent des modèles climatiques.
Ces modèles intègrent les paramètres qui contrôlent le climat.
L’impact de l’activité humaine provoquerait un réchauffement de 2 à 5°C durant le 21ème siècle. Ce réchauffement serait dû à un accroissement de l’effet de serre (CO2 ).
 
doc 4-5 p 49
 
Réinjection de CO2 dans l’atmosphère par les combustions.
Ce réchauffement à l’échelle du siècle se superpose à un refroidissement constant, de plus grande ampleur, commencé il y a 20 millions d’années.
doc 1 p 48 (échelle inversée)
 
 
Bilan
Schéma représentant les principaux facteurs à l’origine des variations climatiques
 
 
 
 

 

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