Bilan : Toutes les informations apportées par les indices étudiés nous permet de reconstituer les climats des 700 000 ans passés et de mettre en évidence des phénomènes cycliques de glaciation (intense refroidissement) et de réchauffement, d’amplitude différentes.
Les variations climatiques montrent des alternances de périodes glaciaires et interglaciaires. Un cycle 100 000 ans rythme les glaciations. Des cycles de réchauffement-refroidissement sont observés entre deux maxima glaciaires avec des périodes de 43 000, 24 000 et 19 000 ans.
Quels sont les mécanismes qui permettent d’expliquer cette cyclicité ? II. Les mécanismes à l’origine de la cyclicité climatique.
Hypothèse 1 : La température de la planète étant directement liée à la quantité d’énergie solaire reçue, il y aurait eu des variations cycliques de la quantité d’énergie solaire reçue au cours des 700 000 dernières années.
Pour vérifier l’hypothèse 1, il est nécessaire de vérifier que la quantité d’énergie solaire reçue par la Terre a varié au cours des 700 000 dernières années avec la même périodicité que l’alternance des périodes glaciaires et interglaciaires.
On ne peut pas déterminer de façon directe la quantité d’énergie reçue par la Terre dans le passé : il faut donc utiliser une méthode indirecte. Il nous faut connaître les paramètres qui conditionnent la quantité d’énergie reçue par la Terre et vérifier que ces paramètres ont varié dans le passé avec la même périodicité que les périodes glaciaires et interglaciaires.
http://appli-etna.ac-nantes.fr:8080/peda/disc/svt/soleilesao/pages/index.htm 1. Les variations des paramètres orbitaux de la planète.(docs livre page18) Une animation : http://menaceclimatique.free.fr/anim_milankovitch.php
L'astronome Milutin Milankovitch avait calculé une courbe de variation de l'intensité du rayonnement solaire au sol à la latitude 65˚ en fonction de trois caractéristiques de la rotation de la Terre autour du Soleil, soit :
(1) La variation de l'excentricité de l'orbite terrestre autour du Soleil,
(2) La variation de l'inclinaison de axe de rotation terrestre par rapport au plan de l'écliptique (3) La précession des équinoxes.
Dans le modèle de Milankovitch, l'émission solaire est constante et la variation de l'intensité solaire à la lattitude 65˚ ne dépend que de la distance Terre - Soleil et de son angle d'exposition. La sommation de ces trois cycles astronomiques (22 000 ans, 41 000 ans et 100 000 ans) produit la courbe d'oscillations de l'intensité du rayonnement solaire qui contrôle le climat terrestre, à l'échelle des temps géologiques.
Figure 1 : Rayonnement solaire à la latitude N 65˚, moyenne des 30 jours suivant le solstice d'été, entre - 200 000 ans et +600 000 ans par rapport à l'actuel.
Ce modèle climatique est tombé dans l'oubli pendant plus de cinquante ans, jusqu'à ce que l'on découvre une cyclicité semblable enregistrée par le rapport oxygène-18/oxygène-16 dans la composition des fossiles carbonatés des fonds marins et de la glace des glaciers continentaux.
Figure 2 : Comparaisons entre la courbe du rayonnement solaire à la latitude 65˚(en haut) et la courbe de températures calculée d'après le rapport O-18/O-16 de la glace à Vostok, Antarctique (en bas).
Excentricité : Paramètre exprimé en % qui mesure l'aplatissement de la forme de l'orbite.
Cyclicité : 110 000 ans (100 000 ans et 413 000 ans) Amplitude : l'excentricité varie entre 0 - 0,06
Situation actuelle : : excentricité de 0,02 décroissante (l'orbite terrestre est présentement presque circulaire)
La variation de l'excentricité de l'orbite terrestre est le seul des trois cycles astronomiques qui influence la quantité totale du rayonnement solaire reçu sur Terre, en faisant varier la distance Terre – Sol. Malgré le fait que la variation de l'excentricité de l'orbite terrestre ne cause qu'une variation de seulement 1% de l'énergie solaire reçue sur Terre, ce cycle de 110 000 ans semble être le principal contrôle du climat pour les derniers 500 000 ans.
Obliquité : Angle entre l'axe de rotation de la Terre et la perpendiculaire au plan de l'orbite terrestre (plan de l'écliptique).
Cyclicité : 41 000 ans
Amplitude : l'inclinaison varie entre 22˚ et 24,5˚
Situation actuelle : 23,5˚ (décroissant)
Le cycle de variation de l'inclinaison de l'axe de rotation terrestre n'affecte pas la quantité totale de chaleur solaire reçue sur Terre mais sa distribution.
- Lorsque l'axe de rotation terrestre devient moins incliné, la chaleur solaire se concentre autour de l'équateur.
- Lorsque l'axe de rotation terrestre devient plus incliné, cela favorise une meilleure distribution de la chaleur solaire dans les hautes latitudes.
Le cycle de variation de l'inclinaison de l'axe de rotation terrestre cause un refroidissement périodique dans les régions polaires, là où une glaciation peut s'amorcer.
Limite programme :
Tout en gardant la même inclinaison, l’axe de rotation tourne (précesse) autour de l’axe de l’écliptique (il décrit un cône) : c’est la précession des équinoxes.
Le cycle de la précession de l'axe de rotation terrestre n'affecte pas la quantité totale de chaleur solaire reçue sur Terre mais fait varier l'écart moyen des températures entre la saison chaude et la saisonfroide
2. Relation entre paramètres orbitaux et climats sur la planète.
Les périodes glaciaires sont provoquées par des contrastes de saison peu marqués. En effet, les hivers
doux avec précipitations favorisent l’accumulation de neige aux pôles, alors que des étés doux ne permettent pas la fonte des calottes glaciaires.
Les périodes interglaciaires sont provoquées par des saisons très marquées. En effet, les hivers très rigoureux sont associés à de faibles précipitations et les étés caniculaires entraînent la fonte des calottes glaciaires.
On observe des variations climatiques avec des alternances de périodes glaciaires et interglaciaires. Un cycle de 100 000 ans rythme les glaciations, des cycles de réchauffement et de refroidissement sont observés entre deux maximums glaciaires avec une période de 43 000, 24 000 et 19 000 ans. Ces périodicités s’expliquent par les paramètres orbitaux de la terre qui déterminent la quantité d’énergie reçue par la planète aux différentes latitudes.
Exercice polycopié (voir correction dans la rubrique « correction »)
La diminution du flux d'énergie solaire annuel arrivant sur Terre ne varie que de 0,2 % (0,5 W/m2) quand l'orbite de la Terre passe d'un cercle à une ellipse, ce qui devrait se traduire par des variations de t° de 0,5°C au maximum. Cependant, les seules variations de l'ensoleillement n'expliquent pas l'amplitude observée des variations de températures : il existe d’autres phénomènes.
PB : Quels sont les autres facteurs qui peuvent amplifier l’effet astronomique
