Spécialité
TS Thème 1
Du passé géologique à l’évolution future de la planète
I - Il est possible de reconstituer avec précision les variations climatiques des 700 000 dernières années.
A Les glaces polaires et certains sédiments fournissent des indications sur les changements climatiques.
1. Les couches de neige accumulées dans la glace des calottes polaires constituent des archives chronologiques des climats passés.
a. Le rapport 18O/16O des molécules d’eau de la glace dépend de la température atmosphérique.
La vapeur d’eau issue de la mer est appauvrie en 18O.
Au cours de la condensation de l’eau, les atomes de 18O se retrouvent préférentiellement dans la phase liquide.
La vapeur d’eau résiduelle s’appauvrit ainsi en 18O depuis les zones équatoriales jusqu’aux pôles.
Plus la température est basse, plus la neige est appauvrie en 18O et donc plus le rapport 18O/16O diminue.
La mesure du rapport 18O/16O des glaces anciennes permet d’évaluer localement la température au moment de la chute de neige.
b. Les glaces renferment des bulles de l’air présent à la période où la neige est tombée et s’est accumulée.
Elles contiennent des informations sur la teneur en gaz à effet de serre de l’atmosphère à l’échelle de la planète.
2. Le rapport 18O/16O peut être mesuré dans les tests carbonatés accumulés dans les sédiments marins.
Ces tests sont fabriqués à partir des éléments chimiques de l’eau.
En période froide, il y a accumulation de glace appauvrie en 18O et donc enrichissement de l’eau de mer.
En période plus chaude, il y a fonte de glace pauvre en 18O et donc appauvrissement de l’eau de mer.
Le rapport 18O/16O des tests varie comme celui de l’eau et constitue un paléothermomètre à l’échelle de la planète.
3. Les sédiments lacustres et les tourbières fournissent des indications sur les variations climatiques continentales.
L’étude des pollens d’un sédiment permet de reconstituer les peuplements végétaux de l’époque.
L’association des diverses espèces végétales d’un environnement est étroitement liée au climat.
B. La Terre a subi des alternances de périodes froides et de périodes plus chaudes.
Les périodes froides sont dites glaciaires et les périodes plus chaudes interglaciaires.
100 000 ans séparent chaque maximum glaciaire.
Entre 2 maxima, d’autres cycles plus courts de réchauffement et refroidissement ont été mis en évidence.
Actuellement, la Terre se situe dans une période interglaciaire.
C. Ces variations climatiques périodiques peuvent s’expliquer en partie par des modifications des paramètres orbitaux de la Terre.
1. L’orbite de la Terre est plus ou moins elliptique : son excentricité varie selon une période de 100 000 ans.
Cela modifie l’insolation globale de la Terre.
2. L’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre par rapport au plan de son orbite varie de quelques degrés selon une période plus courte.
Cela augmente le contraste entre les saisons aux différentes latitudes.
3. L’orientation de l’axe de rotation de la Terre varie périodiquement selon un cône.
Cela accentue les contrastes entre les saisons.
D. D’autres mécanismes amplifient les variations de température.
1. L’albédo conditionne la température de surface terrestre.
L’albédo est le rapport de l’énergie solaire réfléchie sur l’énergie incidente.
La neige et la glace ont un albédo très supérieur à celui de la végétation ou de l’eau liquide.
Le développement des calottes glaciaires augmente l’albédo global de la planète et accentue son refroidissement.
La diminution des calottes glaciaires et le développement de la végétation diminuent l’albédo global de la planète et accentuent son réchauffement.
2. Le dioxyde de carbone atmosphérique participe à l’effet de serre.
Quand la température de l’eau augmente, la solubilité du dioxyde de carbone diminue.
Cela entraîne la diffusion du dioxyde de carbone océanique vers l’atmosphère.
L’augmentation de l’effet de serre qui en résulte amplifie le phénomène de réchauffement.
Lorsque la température diminue, la pression partielle de dioxyde de carbone atmosphérique diminue.
Cette diminution réduit l’effet de serre amplifiant le phénomène de refroidissement.
II. La reconstitution des variations climatiques, au cours du dernier milliard d’années, présente une marge d’incertitude plus importante.
A. A cette échelle de temps, les roches sont les seuls témoins capables de conserver les traces de modifications climatiques.
Les moraines et les roches striées par des glaciers sont des indicateurs de climat froid.
Certains fossiles sont de bons indicateurs de climats chauds : par exemple les coraux.
Ces indices rendent compte de modifications climatiques dans des régions dont la latitude a pu varier en raison du déplacement des plaques lithosphériques.
B. A l’échelle des temps géologiques, les variations climatiques sont directement corrélées aux variations de la pression partielle du dioxyde de carbone atmosphérique.
1. Des processus consommant du dioxyde de carbone atmosphérique tendent à refroidir le climat global, comme au Carbonifère – Permien.
a. Le piégeage de la matière organique dans les roches carbonées stocke du dioxyde de carbone atmosphérique.
Les roches carbonées sont particulièrement abondantes au Carbonifère.
b. L’altération des silicates de calcium et de magnésium des roches magmatiques et métamorphiques continentales consomme du dioxyde de carbone.
Ces altérations sont associées à l’érosion des reliefs de la chaîne hercynienne du Carbonifère – Permien.
2. Des processus libérant du dioxyde de carbone dans l’atmosphère tendent à réchauffer le climat global, comme au Crétacé.
L’accroissement de l’activité des dorsales et le volcanisme des points chauds provoquent un flux de dioxyde de carbone du manteau vers l’atmosphère.
Au Crétacé, les trapps du Deccan et l’ouverture de l’Atlantique témoignent d’une forte activité volcanique.
3. Le rôle du dioxyde de carbone potentiellement retenu dans les carbonates lithosphériques dépend de l’échelle des temps considérée.
a. Sur des échelles de temps de plusieurs millions d’années, les réactions de précipitation - dissolution des carbonates ont peu d’impact sur la teneur en dioxyde de carbone de l’atmosphère.
Dans les océans, la précipitation des carbonates libère du dioxyde de carbone.
Sur les continents, leur dissolution consomme du dioxyde de carbone.
Le bilan de ces processus est nul pour la quantité du dioxyde de carbone atmosphérique sur de grandes périodes de temps.
b. Sur de plus courtes périodes de temps, un déséquilibre entre ces deux processus peut influer sur le climat.
III. La connaissance des paramètres qui contrôlent le climat global permet d’élaborer des modèles prédictifs.
A. Ces modèles reposent sur des paramètres prenant en compte les variabilités naturelles du climat.
Depuis 20 millions d’années, le climat terrestre est caractérisé par une période de refroidissement.
Au sein de cette période, une phase de réchauffement a débuté il y a environ 1 200 ans.
B. L’impact des activités humaines conduit les climatologues à envisager un réchauffement de la planète.
La destruction des forêts et le développement des industries augmentent le taux de dioxyde de carbone atmosphérique.
L’effet de serre ainsi amplifié, a provoqué une élévation de la température moyenne d’environ 0,6 °C depuis 1850.
Actuellement, les climatologues envisagent un réchauffement de la planète de 2 à 5 °C au cours du XXIème siècle
.
IV. Les variations du niveau de la mer au cours de l’histoire de la Terre ont pour origine des changements climatiques et des phénomènes tectoniques.
A. Les formations sédimentaires enregistrent les variations du niveau marin par rapport au niveau actuel.
1. Ces variations sont établies par l’étude de la nature et de l’extension des formations sédimentaires.
La composition des roches sédimentaires permet de définir la présence d’une mer ainsi que la profondeur des dépôts à une époque et en un lieu donnés.
Des vestiges de plages fossiles témoignent de la position de lignes de rivage à une époque et en un lieu donnés.
Des informations tectoniques complémentaires sont nécessaires pour prendre en compte d’éventuelles modifications survenues depuis le dépôt sédimentaire.
2. Les variations du niveau marin se traduisent par des transgressions et des régressions.
Une transgression est une avancée de la mer avec immersion plus ou moins importante des parties basses des continents.
Une régression est un retrait de la mer avec émersion plus ou moins importante de nouvelles terres.
B. Les variations du niveau marin s’expliquent principalement par des variations de température et par l’activité du manteau terrestre.
1. Les variations de température entraînent des variations du volume d’eau liquide dans les océans.
a. On considère que durant les derniers 200 millions d’années, le volume total d’eau sous ses trois états est constant à la surface de la terre.
b. La dilatation thermique de l’eau due à une augmentation de température, permet d’expliquer les variations rapides à l’échelle du siècle.
La mesure du niveau marin pendant la période historique montre une élévation de l’ordre de 10 à 20 centimètres par siècle.
c. La formation et la destruction des glaces continentales se produisent lorsque la température varie suffisamment.
Elles provoquent des transferts d’eau entre l’océan mondial et les glaces continentales.
Ces variations sont de l’ordre de la centaine de mètres sur des durées de 10 000 à 100 000 ans.
2. Le volume des bassins océaniques varie avec la profondeur des océans.
Les dorsales ayant une vitesse d’expansion élevée provoque un bombement du fond océanique.
Une augmentation du nombre de ces dorsales conduit à une élévation significative du niveau marin.
Ces variations sont de l’ordre de la centaine de mètres sur des durées d’une dizaine de millions d’années.
Mots clés
Albédo Activité du manteau Altération
Calottes glaciaires Climat Carbonates
Dioxyde de carbone CO2 Niveau marin Paramètres orbitaux Périodes glaciaires Périodes interglaciaires Rapport 18O/16 O
Régressions Roches carbonées Silicates de calcium et de magnésium Transgressions
