Cours - réchauffement climatique ELEVES
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Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? Une planète bientôt bouleversée réchauffement climatique par son OBJECTIF DU COURS • • • • Comprendre le changement climatique, ses causes ainsi que les facteurs qui le contrôlent Acquérir les notions de base de la climatologie Evaluer les impacts du changement climatique sur l’environnement La fonte des glaces de l’Arctique atteint un niveau historique L'étendue des glaces de l'Arctique, l'un des éléments clés du thermostat de la planète, vient de battre un triste record : son plus bas niveau depuis le début des observations par satellite en 1972. En effet, les glaces du pôle Nord couvrent aujourd’hui 4,24 millions de kilomètres carrés. Et les glaces arctiques ne représentent aujourd'hui que la moitié de la couverture observée au début des années 1980, autour de 8 millions de km2, selon l'agence spatiale européenne, la fonte de la glace de mer est un bon indicateur de l'importance de l'impact des activités humaines sur le climat au cours des dernières décennies. "Le recul de la glace de mer ne peut plus être expliqué par la variabilité naturelle d'une année sur l'autre. Les modèles climatiques montrent plutôt que ce recul est lié au réchauffement climatique, particulièrement prononcé en Arctique du fait de l'albédo. Quand une surface auparavant recouverte de neige ou de glace réfléchissante est remplacée par une étendue de mer de couleur foncée, cette dernière absorbe plus de lumière solaire et donc de chaleur. Cette fonte de la glace entraîne des conséquences néfastes, tant environnementales que sociales. Elle est ainsi à l'origine de modification des courants océaniques et atmosphériques. 1 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? INTRODUCTION A LA CLIMATOLOGIE Le mot «climat » dérive du mot Grec « KLIMA » qui signifie «Inclinaison ». Cela fait référence au premier facteur explicatif de la géographie des climats, le rayonnement solaire et notamment son inclinaison (incidence) sur la surface terrestre. La climatologie étudie les phénomènes atmosphériques à l’échelle d’une région, d’un pays, ou de la planète entière. Pour cela, elle utilise des relevés de température, de précipitations, de vents, de pression sur une période d'au moins trente ans. Son échelle est différente de celle de la météorologie, qui s’intéresse à la prévision du temps à court terme et à l’échelle locale. Définition simplifiée du temps et du climat Le temps (météorologie): C’est l’état dynamique et variable de l’atmosphère dans une zone donnée et un moment bien précis. Le climat : C’est l’Etat à long terme de l’atmosphère – Synthèse du temps sur une période statistiquement significative (30 ans d‘après OMM). L’atmosphère est l’enveloppe gazeuse de la Terre. Elle est formée d’un mélange d’azote (78%), d’oxygène (21%) et d’autres gaz (1%). Elle regroupe : • • • • La troposphère : couche inférieure de l’atmosphère, d’une épaisseur moyenne de 10 km, dans laquelle se produisent tous les phénomènes qui caractérisent le temps. Sa température diminue avec l’altitude car éloignement à sa source de chaleur qui est le rayonnement tellurique. La stratosphère : Sa température augmente avec l’altitude, grâce à la couche d’ozone présente, qui absorbe les rayons UV. La mésosphère : la pression est de plus en plus petite, l’air y est très raréfié. Sa température diminue avec l’altitude. La thermosphère : dernière couche de l’atmosphère. Son réchauffement avec l’altitude est lié à la décomposition des molécules d’air en molécules plus simples (atomes, ions) par UV et RX solaires. 2 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? 1. Bilan radiatif à la surface de la terre Notre planète tire toute son énergie d'une seule source : le Soleil. Le sol, les océans et l'atmosphère reçoivent de l'énergie du Soleil sous forme de rayonnement. La lumière que nous voyons est formée de ce rayonnement. Le rayonnement auquel nos yeux sont sensibles ne représente qu'une petite portion du rayonnement que l'on reçoit du Soleil. La Terre reçoit l'énergie du Soleil, mais elle en émet également sous forme de rayonnement. La Terre rayonne de l'énergie, tout comme notre corps. En effet, tout corps qui possède une température supérieure à 0 Kelvin (-273° C) émet un rayonnement. Dans les cas de la Terre et de notre corps, ce rayonnement se nomme «rayonnement infrarouge ». Le bilan radiatif est la différence entre les rayonnements absorbés et émis par une masse quelconque. Si l’absorption l’emporte sur l’émission, il ya réchauffement. Le climat sur Terre est déterminé par un équilibre entre : • Le rayonnement solaire incident qui provoque le réchauffement de la Terre. • Le rayonnement solaire réfléchi, qui fait que moins de rayonnement solaire est absorbé et a donc un effet de refroidissement relatif. • Le rayonnement thermique émis vers l’espace sous forme de rayonnement infrarouge, ce qui induit un refroidissement. Pour que la Terre ne se refroidisse pas, ni se réchauffe, le bilan radiatif doit être en équilibre au sommet d e l’atmosphère. L’énergie moyenne que reçoit la Terre est de 342 W/m2. Sur ces 342 W/m2 (100%) qui arrivent au sommet de l'atmosphère : Un tiers de l'énergie rebondit sur l'atmosphère ou le sol ou les océans et est réfléchie directement vers l’espace. Cette fraction est appelée albédo. (rayonnement réfléchi/rayonnement incident). Par exemple les pôles ont des albédos élevés car les glaces renvoient beaucoup de lumière (les surfaces blanches réfléchissent beaucoup plus que les surfaces sombres qui ont tendance à absorber la lumière). La neige a un albédo de 80-90%. C'est-à-dire que 8090% des rayonnements solaires sont réfléchis. Les deux-tiers d’énergie qui ne sont pas directement renvoyés vers l’espace sont absorbée par l’atmosphère et la surface terrestre. La surface se réchauffe alors et réémet des rayonnements infrarouges. Une partie de des rayonnements est capturée par les gaz atmosphériques, au lieu d’être renvoyée vers l’espace. C’est ce phénomène naturel qui provoque l’effet de serre et permet une température moyenne sur notre planète de 15°C. L'effet de serre de la Terre est primordial à la vie. Sans l'effet de serre, notre planète aurait une température moyenne de -18° C au lieu de 15° C. Les principaux gaz à effet de serre sont • la vapeur d'eau (H2O), • le dioxyde de carbone (CO2), • le méthane(CH4), • l'oxyde nitreux (N2O), • les oxydes d'azote (NOx), • l'ozone (O3) • le monoxyde de carbone (CO). Au final, le bilan radiatif moyen de la Terre sur une année est nul car il existe un équilibre des échanges entre l’atmosphère et la surface terrestre. 3 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? Mais il existe des déséquilibres énergétiques régionaux dus à : ...................................................................................................................................................... Il existe deux conséquences de la variation de l’inclinaison des rayons solaires sur la surface de la terre : • • La surface qui reçoit une même quantité d’énergie est plus grande si l’inclinaison des rayons est faible. La longueur du rayonnement est plus longue pour les surfaces où l’inclinaison est la plus faible. Il existe alors des pertes d’énergie due à la réflexion, l’absorption, et la diffusion. L'équateur reçoit donc plus d'énergie que les deux pôles, car : • Les rayons arrivent de façon directe à l'équateur (contrairement aux autres régions où les rayons arrivent à l'oblique) ; • le Soleil est un peu plus proche de l'équateur que des autres régions. Le déséquilibre radiatif entre les pôles et l’équateur provoque un transport compensateur de chaleur depuis l’équateur vers les pôles. Ce transport est réalisé par les mouvements atmosphériques (87%) et les mouvements océaniques (13%). Au niveau zonal, la répartition des températures dépend de ............................................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................................ Au niveau azonal, d’autres facteurs sont responsables des variations de températures : .............................................................. ............................................................... .............................................................. 2. Les effets de la latitude dans les déséquilibres énergétiques régionaux Quelles différences observez-vous dans le rayonnement solaire (la quantité d’énergie solaire est la même aux 2 endroits) entre les 2 latitudes ? L'inclinaison différente des rayons par rapport au sol (angle d'incidence) est à l'origine du réchauffement inégal de la surface terrestre. L’intensité du rayonnement est atténué vers les pôles et maximale dans la zone intertropicale. Dans les régions polaires les rayons solaires arrivent obliquement, le flux d énergie solaire se répartit sur une plus grande surface terrestre (a) et après avoir traversé une grande épaisseur d’atmosphère (b) 4 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? 3. Le mécanisme des saisons et son effet dans les déséquilibres énergétiques régionaux POURQUOI Y A-T-IL DES SAISONS SUR TERRE ? Le mot clef est "Inclinaison de l'axe de rotation de la Terre par rapport au plan de son orbite". En effet, la révolution de la Terre, jointe à l'inclinaison de l'axe des pôles par rapport à la verticale, détermine les saisons et l'existence des grandes zones climatiques et biologiques. Le mouvement de révolution de la Terre autour du Soleil décrit une ellipse que l'on appelle orbite de la Terre. Notre planète effectue une révolution complète en 365 jours et un quart. (d’où année bissextile de 366jours tous les quatre ans) Le plan dans lequel se déplace la Terre, appelé plan de l'écliptique, n'est pas perpendiculaire à l'axe des pôles. De ce fait, la Terre est représentée par rapport à la verticale avec une inclinaison de 23° 27'. L'inclinaison de l'axe des pôles est donc responsable de l'existence des saisons. En été, une surface de sol reçoit une certaine quantité d'énergie par seconde. En hiver, la même surface, à la même heure solaire, en reçoit une bien plus faible, car la surface s'est beaucoup inclinée par rapport à la direction d'arrivée des rayons solaires. 5 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? Durée Jour / nuit : La deuxième conséquence de l'inclinaison de l'axe de rotation terrestre, est que la durée du jour l'emporte sur celle de la nuit en été. Vous pouvez bien sûr le constater réellement par vous-même, mais aussi via le schéma ci-dessous, où vous observerez que la longueur de parallèle exposée au jour est plus grande que la partie nocturne. Ainsi, le Soleil dispose de plus de temps en été pour nous réchauffer... Vue de ce côté, la Terre tourne dans le sens de la flèche rouge. On y voit clairement les durées inégales des jours (en bleu) et des nuits (en noir). Sauf à l'équateur, où les durées sont identiques toute l'année. Ce qui explique les faibles écarts saisonniers constatés dans ces régions... -On y remarque aussi ces régions spéciales qui peuvent n'avoir qu'un jour et pas de nuit (ou l'inverse), situées au-delà des cercles polaires. Même si seules les régions confinées près des pôles "bénéficient" d'un jour de 6 mois, qui suit une nuit toute aussi longue... A l'équateur: la durée du jour est égale à la durée de la nuit toute l'année, dans les autres régions, la durée du jour est différente de celle de la nuit, sauf aux équinoxes (21 Mars et 23 Septembre). Cependant on note que: • • • sur la zone tropicale (entre les tropiques du Cancer [23°27'Sud] et du Capricorne [23°27'Nord]), il y a peu de variation entre la durée du jour et celle de nuit, sur les zones tempérées (entre 23°27' et 66°33'): l'inégalité entre la durée du jour et celle de la nuit augmente en fonction de la latitude sur les zones glaciales (arctique: pole nord, et antarctique: pole sud): on parle du jour polaire et de nuit polaire qui durent aux pôles 6 mois chacun. Doc. : Soleil de Minuit Trajet apparent du soleil : En hiver, le Soleil ne se lève pas exactement à l'Est mais légèrement décalé vers le Sud; le Soleil s'élève peu dans le ciel et se couche, pas tout à fait à l'Ouest. Le Soleil est moins longtemps au dessus de l'horizon: Les jours sont plus courts.(en bleu). Le jour de l'année où le Soleil descend le plus bas (le plus au Sud) est le jour du solstice d'hiver (21 décembre). En Eté, le Soleil se lève non pas à l'Est mais légèrement décalé vers le Nord, il s'élève très haut dans le ciel et se couche, pas tout à fait à l'Ouest (en jaune). Le Soleil est plus longtemps au dessus de l'horizon: Les jours sont plus longs. Le jour de l'année où le Soleil monte le plus haut est le jour du solstice d'été (21 juin). Au Printemps et en Automne, le Soleil suit une course intermédiaire (en vert). Deux jours par an, le Soleil se lève exactement à l'Est et se couche exactement à l'Ouest lors de l'équinoxe de printemps et de l'équinoxe d'automne. Durant ces 2 jours, la durée du jour est identique à la durée de la nuit. 6 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? La figure suivante montre qu’au Solstice d’hiver chez nous, le Soleil à midi est bas sur l’horizon soit une hauteur de……………..Il se lève au …………et se couche au ……….Au Solstice d’été, il est beaucoup plus haut sur l’horizon soit une hauteur de…………..Il se lève aux environs de ………….heure et se couche aux environs de …………..Dans nos régions, le Soleil n’est jamais au zénith Au cours de l'année, on distingue donc quatre positions remarquables du Soleil par rapport à la Terre : le 23 septembre et le 21 mars, le jour et la nuit ont la même durée; il s'agit des équinoxes, qui ouvrent l'automne et le printemps. Le 21 décembre et le 21 juin, les jours sont respectivement le plus court et le plus long de l'année dans l'hémisphère Nord, alors que c'est l'inverse dans l'hémisphère Sud : il s'agit des solstices, qui inaugurent l'été et l'hiver. Résumé : A faire au verso... Exercices : Conclusion : A faire au verso 7 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? 4. Les transports compensateurs de chaleur 4.1 La dynamique de l’atmosphère Si tous les points de l'atmosphère étaient à la même pression, l'air serait en équilibre et il n'y aurait ni vent ni masse d'air. Mais ce n'est pas le cas. Ce point va nous permettre de comprendre pourquoi : - Il fait chaud et humide sur et à proximité de l’équateur ? Il existe 2 saisons (sèche et humide) dans les zones tropicales ? Il fait chaud et sec dans les zones subtropicales ? Il fait tempéré et humide en zone tempérée ? Il fait froid et sec dans les régions polaires ? FORMATION DES ANTICYCLONES ET DES DÉPRESSIONS L'air chaud a une densité relativement faible et a donc tendance à s'élever. Il est animé d'un mouvement ascendant qui va créer au sol un déficit d'air qui se marquera par une zone de basse pression. Faites le même raisonnement pour la formation des hautes pressions ? Lorsqu’il existe une différence de pression entre 2 points, l’air circule toujours de l’endroit où la pression est la plus forte vers l’endroit où la pression est la plus faible. Exemple pratique : Lorsque dans un autobus, il y a énormément de personnes à l’avant de celui-ci et peu à l’arrière, les personnes se dirigeront vers l’endroit où il ya plus de places. En quelque sorte, de l’endroit de haute pression vers l’endroit de basse pression. Les masses d’air Définition : ensemble de constituants de l’atmosphère ayant eu dans le passé récent (quelques jours à une semaine) des lieux d’origine voisins et des existences semblables. 8 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? Une masse d’air est une zone de l'atmosphère où les conditions de température, de pression et d'humidité, sont homogènes. Elle prend donc naissance dans une région où l’air est resté relativement stagnant pendant un temps assez long. (par ex., une zone océanique dans laquelle les vents ont étés nuls ou faibles pendant plusieurs jours). Voici quelques masses d’air que l’on désigne selon leur source : - air équatorial, chaud et humide air tropical, chaud et humide ET l’air continental, chaud et sec air polaire, froid et humide ET l’air continental, froid et sec air arctique et antarctique, très froids et très secs S'il est difficile de délimiter précisément une masse d'air, on peut en revanche assez aisément cerner un front. Les fronts Définition : zone où des masses d'air différentes se rencontrent. En bougeant, ces masses d'air arrivent sur des secteurs dont les températures sont différentes des leurs. Des masses d'air chaud arrivent sur des surfaces plus froides et des masses d'air froid arrivent sur des surfaces plus chaudes. On distingue différents types de fronts, les deux principaux sont : - le front chaud : zone où l'air de la masse d'air la plus chaude est déplacée vers celle plus froide par les vents. le front froid : endroit où la masse d'air froid se déplace vers celle plus chaude. Lorsque deux masses d'air ayant différentes caractéristiques physiques entrent en contact, elles ne se mélangent pas ! L'air froid, plus dense, tend à glisser sous l'air chaud qui s'élève en s'étendant. Une fois l'air chaud refroidi dans les couches supérieures de la troposphère, l'humidité qu'il contient se condense en donnant naissance aux nuages. Plus les dépressions sont importantes, plus le front froid s'engouffre violemment sous le front chaud en produisant un fort courant d'ascendance qui donne naissance à des nuages convectifs (cumulus, cumulonimbus). Ces derniers produisent de grosses averses ou même des orages. L’équilibre tend toujours à se rétablir plus ou moins lentement entre les deux masses d'air. Le passage des fronts froids ou chauds sur une région cause l'abaissement ou l'élévation de la température atmosphérique locale. 9 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? Le front polaire : Il se développe localement dans les Westerlies, au contact des masses d’air tropical et polaire. Le contraste de t° entre les deux masses d’air est maximal à environ 10km d’altitude. Il induit un contraste maximal de pression qui génère à cette altitude un vent d’ouest très rapide : le JET STREAM. Le fort contraste thermique oblige l'air à s'écouler horizontalement et comme la Terre tourne, cet air en déplacement rapide prend de la vitesse et produit un courant jet. Les régions intertropicales océaniques : Le moteur de la circulation atmosphérique dans les tropiques est le réchauffement solaire. À cause de l'inclinaison de 23.5 degrés de l'axe de rotation de la Terre, le Soleil n'est jamais plus qu'à quelques degrés (au maximum 23,5 !) du zénith à midi tout au long de l'année dans les tropiques ce qui donne un maximum de réchauffement autour de l'équateur géographique. Cette chaleur est transportée en grande partie dans l'atmosphère sous forme de relâchement de chaleur latente dans les orages tropicaux. Le mécanisme de formation des cellules de Hadley se décrit donc ainsi : - Dans l'image, on voit en (4) que l'air chaud et humide converge à l'équateur parce que le facteur de Coriolis y est négligeable et que les vents n'y ont pas de direction privilégiée. L'air se déplace alors vers les zones de pression plus basses (4) où ils s'élèvent en formant des orages (1). C'est la zone dite de convergence intertropicale (CIT) où les précipitations sont très abondantes mais les vents faibles. Mvt vertical de l’air en Bleu (concentré autour équateur) et air descendant en rouge. 10 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? - - - Quand les parcelles d'air chaud et humide atteignent 12 à 15 km d'altitude, elles ne peuvent monter plus haut ni ne peuvent rester à cet endroit à cause du flux constant venant des basses couches de l'atmosphère. Par conséquent, elles sont repoussées vers le nord (2a) ou le sud (2b) de l'équateur. En s'éloignant de l'équateur, la force de Coriolis augmente ce qui dévie les parcelles vers l'Est (du point de vue d'un observateur terrestre). En se déplaçant vers les Pôles, l'air se refroidit et il commence à descendre (3). On a donc un air sec qui en descendant se réchauffe (adiabatiquement). Cela se produit autour de 30 à 35 degrés N et S où l'on retrouve la zone de calme subtropical aride dominée par un anticyclone (HP). Finalement, l'air venant de l'anticyclone subtropical se dirige vers l'équateur pour compléter le cycle et cette fois, la force de Coriolis le dévie vers l'Ouest, ce sont les alizés. L'alizé est un vent des régions intertropicales (entre 23°27 nord et 23°27 sud), soufflant d'est en ouest de façon régulière des hautes pressions subtropicales vers les basses pressions équatoriales. Dans l'hémisphère nord, il souffle du nord-est vers le sud-ouest, dans l'hémisphère sud du sud-est vers le nord-ouest. Rm : Les alizés sont au départ des vents secs puisque qu'ils résultent de la descente de l'air sec d'altitude. Mais les alizés continentaux, qui traversent des terres émergées et fréquemment arides, diffèrent par leur nature des alizés océaniques, qui soufflent longuement au-dessus de surfaces d'eau à température élevée et peuvent ainsi se régénérer en eau. (exemple mousson en Inde…) Explication du schéma de la circulation atmosphérique globale : L’air qui quitte les pôles est dévié, par la force de Coriolis, vers la droite dans l’hémisphère Nord et vers la gauche dans l’hémisphère Sud. Cela produit les vents d’Est polaires. L’air qui se déplace des latitudes de 30° (HP) vers les latitudes de 60° (BP) est dévié vers la droite dans l’hémisphère Nord et vers la gauche dans l’hémisphère Sud pour produire les vents d’Ouest. De la même façon, l’air qui se dirige des latitudes 30° vers l’équateur est dévié. Cela produit près du sol les vents nommés alizés qui se rencontrent à l’équateur. 11 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? 12 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? Les cyclones tropicaux : cyclones dans océan indien typhons dans Ouest du Pacifique hurricanes dans Ouest Atlantique au Nord de l’équateur. Définition : Un cyclone désigne une grande zone où l'air atmosphérique est en rotation autour d'un centre de basse pression local. On parle également de dépression. Un fort gradient de pression y provoque des vents violents, tourbillonnaires dont la vitesse est supérieure à 120km/h. En dehors de la zone centrale calme, l’œil du cyclone, le vent croît de la périphérie vers le centre où il peut atteindre 260 km/h. Cette rotation affecte une masse d’air chaude qui va monter brutalement, entraînant une nébulosité et des pluies intenses. L’œil du cyclone est lui caractérisé par une colonne d’air descendante. Il se manifeste par une éclaircie souvent totale dont la base a un diamètre d’environ 30km. Source et lieu de formation : L'eau chaude est la source d'énergie des cyclones tropicaux. Ils se forment donc sur les mers chaudes (26-27°) où le mouvement de convection est plus important. Lorsque le cyclone arrive sur le continent, il meurt car il n’est plus alimenté par cette forte humidité. Presque tous les cyclones tropicaux se forment à moins de 30° de l'équateur et 87% à moins de 20° de celui-ci. Comme la force de Coriolis donne aux cyclones leur rotation initiale, ceux-ci se développent cependant rarement à moins de 10° de l'équateur car la force de Coriolis y est trop faible pour amorcer le mouvement tourbillonnaire. 13 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? 4.2 La Les mouvements océaniques Malgré le faible pourcentage de chaleur transporté par les océans par rapport aux mouvements atmosphériques, les mouvements océaniques sont non négligeables. N’oublions pas que les océans couvrent plus de 70% de la surface du globe. Ils jouent donc un rôle essentiel dans la détermination du climat. La circulation thermohaline est la circulation permanente à grande échelle de l'eau des océans engendrée par des écarts de température et de salinité des masses d'eau. La salinité et la température ont un impact sur la densité de l'eau de mer. Les eaux, refroidies et salées plongent au niveau des hautes latitudes (Norvège, Groenland, ...) et descendent vers le sud à des profondeurs comprises entre 1 et 3 km. Elles sont réchauffées sous les Tropiques, et remontent alors à la surface, où elles se refroidissent, et ainsi de suite. On estime qu'une molécule d'eau fait le circuit entier en environ 1000 ans. La circulation thermohaline a un impact aujourd'hui mal mesuré sur le climat. Moteurs de la circulation thermohaline Comme le nom l'indique, il existe deux moteurs à l'origine de cette circulation: Des différences de température : l'eau de mer est d'autant plus dense que sa température est basse. Des différences de salinité (concentration de l'eau en sels). Une eau plus concentrée en sel est plus dense qu'une eau moins concentrée. Ces deux moteurs agissent directement sur la densité de l'eau. Une eau froide ayant une forte concentration en sel sera dense, alors qu'une eau chaude pauvre en sel sera peu dense. Dans les régions polaires (océan Arctique et mer de Weddell), l'eau de mer, froide donc dense, se transforme en glace. Lors de la solidification, le sel est rejeté (la glace n'en contient pas ou peu) et enrichit donc l'eau liquide en sel. Ceci la rend encore plus dense, et elle plonge donc vers les fonds marins. 14 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? 5. Les différents climats Isotherme: Observez les températures de l’Equateur vers les Pôles. Les températures varient avec la ……………….. On distingue 3 grandes zones bioclimatiques (climats zonaux) : chaudes, froides, et tempérés. Au sein de ces zones existent différents climats. De l’équateur vers les pôles… 15 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? Les climats chauds : Cette zone comprend le climat équatorial, auquel fait suite en latitude les climats tropical humide, tropical sec, steppique et désertique. Le climat équatorial : Exemple : Mbandaka (RDC) 3° N T° annuelle : 24°C Amplitude thermique annuelle : 1°C Total des précipitations annuelles : 1678 mm Une seule saison, t° élevée toute l’année, amplitude thermique annuelle négligeable (<5°C) CAR toute l’année le soleil monte haut dans le ciel ET toute l’année la durée du jour = nuit (constance…) Les précipitations sont abondantes toute l’année. La région se situe en permanence dans une zone de basse pression. On a donc essentiellement des pluies d’origine convectives avec 2 maxima aux équinoxes où l’évaporation est plus forte car soleil y est exactement au zénith. Les cours d'eau ont donc souvent des débits gigantesques : le Congo écoule 40 000 mètres cubes à la seconde et l'Amazone, près de 150 000. Sa végétation naturelle est la forêt dense. Le climat tropical : Exemple : Niamey (Niger) 13°N T° annuelle : 27.9°C Amplitude thermique annuelle : 9.5°C Total des précipitations annuelles : 551 mm Quand on s’éloigne de l’équateur, une saison sèche apparaît qui s’allonge au fur et à mesure qu’on se rapproche des tropiques. L’amplitude thermique est plus grande que dans les climats équatoriaux (à cause de la variation de la hauteur maximale du soleil et de la durée du jour au cours de l’année). Les précipitations tombent en été lorsque la BP équatoriale atteint la région. La sécheresse de l’hiver est due à la présence de la HP subtropicale. Un climat tropical est un climat non aride où la température moyenne mensuelle ne descend pas en dessous de 18°C tout au long de l'année. C'est donc la pluviosité qui définit avant tout les saisons. Il existe une saison sèche (faibles températures, précipitations quasiment nulles) et une saison humide (hautes températures, très fortes précipitations) selon la position de la CIT. 16 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? Le climat subtropical : d s la zone de HP subtropicales. On observe Le climat est désertique car la région est toute l’année située dans cependant une nette opposition entre les façades ouest et est des continents à ces latitudes. Exemple climat côte ouest : Walvis Bay (S-O (S africain) 23°S T° moyenne annuelle : 16.60C Précip annuelles : 30 mm Sur les côtes ouest, les précipitations sont très faibles car les façades occidentales des continents sont longées par des courants marins froids ds qui limitent l’évaporation. Exemple climat côte Est : Maputo (Mozambique) 25°S T° moyenne annuelle : 21.9°C Précip annuelles : 785 mm Sur les côtes est, les précipitations peuvent être supérieures à cause des typhons,…. 17 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? Les climats tempérés La zone tempérée a ses climats surtout commandés par la situation et par le relief : les climats océaniques sont en contraste, sur un même parallèle, avec les climats continentaux. Le climat méditerranéen : Exemple : Alger, 36°N T° moyenne annuelle : 15.7°C Précip totale annuelles : 696mm L’été est sec car les HP subtropicales s’étendent jusque dans cette zone climatique à cette saison. L’hiver est doux et humide car les BP tempérées ont alors remplacées les HP subtropicales. Des vents marins et des perturbations du front polaire provoquent des précipitations. Ce climat, dont les précipitations sont liées à des vents d’ouest, est typique des façades ouest des continents (ex, le sud de la Californie) Le climat océanique : Exemple : Valentia (Irlande) 51°N T° moyenne annuelle : 10.4°C Amplitude annuelle : 7.9°C Précip totale annuelle : 1414mm Pour une telle latitude, l’amplitude thermique est faible. Les précip sont abondantes toute l’année car ces régions se situent dans la zone de BP tempérées : toute l’année, les vents d’ouest et les cyclones du front polaire amènent des précipitations. Rm : importance d’un océan à l’ouest. C’est pourquoi, l’hiver jouit d’une t° d’autant plus douce que la côte est longée par un courant marin chaud. Le climat continental : Exemple : Winnipeg 49°N T° moyenne anuelle : 2.5°C Amplitude annuelle : 37.9°C Précip totale annuelles : 517mm Amplitude élevée car situation de la station à l’intérieur du continent. Le faible total de précip est également lié à la situation de la station, loin des sources d’humidité. Le climat froid : Tendances maritimes ou continentales mais dans les 2 cas, les précip sont très faibles car il y a peu d’évaporation, et donc la convection et la quantité vapeur que peut contenir air froid sont très petites ! 18 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? Les variations des climats 6. Les climats n’ont guère cessé de varier au cours des centaines de millions d’années qui constituent constitu les temps géologiques. Les témoignages de ces changements sont innombrables : - - Ce sont les débris de puissantes forêts nées en climat équatorial ou subtropical que l’on exploite, sous la forme de houille, aujourd’hui dans les gisements d’Europe occidentale. Au début de l’ère tertiaire (entre 15 et 70 millions d’années), les palmiers prospéraient dans la région parisienne, avec toute une faune chaude. On ne connaît pas exactement les causes de ces amples variations climatiques, essentiellement caractérisées par la succession de plusieurs périodes glaciaires au cours desquelles desquelles les énormes calottes de glace polaire se sont dilatées en direction des latitudes plus basses, décalant ainsi tous les climats vers l’équateur. On peut néanmoins classer ces causes en différents points : 6.1 Modification climatique naturelle d’origine d’origi astronomique : Laa Terre subit des oscillations dans ses déplacements autour du Soleil. Selon trois paramètres dits astronomiques. Le mouvement de la Terre a beaucoup d'influence sur le climat. L'astronome Serbe Milutin Milankovitch a démontré entre 1920 et 1941 que la Terre subit trois variations et qu'elles sont les causes des différentes saisons qu’on observe sur la terre : Variations de l’excentricité La Terre circule sur une ellipse dont le soleil occupe l’un des foyers. L’orbite faiblement elliptique de la Terre est influencée par les interactions gravitationnelles avec les autres planètes du système solaire, provoquant de légères variations d’excentricité alors que la Terre tourne autour du soleil Période de 100.000 ans 19 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? Variations de l’obliquité La Terre tourne autour de son axe avec un angle de 23°27’ par rapport aux rayons du soleil. Cet angle entre l’axe de la Terre et le plan elliptique comprend de faibles variations entre 22° et 24°30’ Période de 40.000 ans affecte ffecte essentiellement le climat aux pôles et intensifie les contrastes entre les saisons. Les temps de forte obliquité sont associés à des étés polaires plus chauds et des hivers polaires plus froids Précession des équinoxes L’orientation de l’axe de la Terre change par rapport au soleil par un mouvement de précession. La Terre décrit un mouvement precessionnel résultant de la traction gravitationnelle du soleil sur le renflement équatorial incliné. Période de 20.000 ans (22.000 ans), implique des inversions inversions des saisons pour les deux hémisphères, ainsi que des variations d’intensité des étés et des hivers, boréaux et austraux. Apport solaire résultant Les effets combinés des trois paramètres orbitaux, génère des fluctuations de saisons et contribuent contribu à expliquer l’alternance de périodes glaciaires et de périodes de réchauffement au Quaternaire. 20 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? 6.2 Modification climatique naturelle d’origine tectonique : Par l’évolution de leur position et de leur configuration géographiques, en relation avec les mouvements des plaques tectoniques, les continents ont connu (et connaissent) des modifications climatiques majeures. Constitution du globe : La Terre est une sphère formée de couches concentriques homogènes de densité, pression, et température croissantes avec la profondeur. - Lithosphère : Elle constitue l’enveloppe extérieure du gobe. Elle est très mince (33 km en moyenne). On peut la diviser en é parties : La croute Le manteau - Asthénosphère : Elle est constituée de roches en fusion (magma) à l’origine de la dérive des continents. La différence entre les 2 est donc d’origine physique. La lithosphère est rigide, alors que l’asthénosphère est plastique. Lorsque la lithosphère est soumise à des contraintes, telles que le mouvement des plaques tectoniques, elle accumule l’énergie jusqu’à sa limite d’élasticité, où il va y avoir rupture et donc séismes (tremblement de terre). Théorie de Wegener : C’est Alfred Wegener qui émit l’hypothèse en 1920 que les continents actuels résultent de la dissociation d’un unique continent primitif qu’il appela la « pangée ». 21 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? Il donna de nombreux arguments en faveur de cette théorie, mais elle ne fut pas acceptée car il ne pouvait donner une explication valable aux mouvements des continents. - - - Argument géographique : les formes des continents montrent des similitudes troublantes (le long des platesformes continentales et non des rivages) surtout i on fait les corrections dues à l’érosion, à la sédimentation et au volcanisme. Argument géologique : on trouve dans différents continents des roches de même âge et de même composition (une roche est unique car sa composition dépend de ses conditions de formation). Argument paléontologique : certains fossiles d'espèces animales et végétales aujourd'hui éteintes ont été retrouvés sur plusieurs continents. Ces espèces ne pouvant pas traverser les océans, cela renforce l'hypothèse que les continents n'étaient pas séparés à l'époque où vivaient ces espèces fossilisées. Argument climatique : On trouve du pétrole, du charbon et des coraux à de nombreuses latitudes alors qu’ils ne se forment que sous climats chauds et humides. Théorie de Hess : Après la seconde guerre mondiale, le fond des océans a été exploré et révèle la présence de chaînes de volcans au milieu des océans (rifts ou dorsales médio-océaniques). La dorsale médio-atlantique traverse l’Atlantique sur plus de 60 000 km et est le siège d’une activité volcanique et séismique permanente. C’est la que se forme de la nouvelle lithosphère océanique. Ces observations ont abouti à une nouvelle théorie qui fut exposée par Hess en 1962 : le fond des océans est en renouvellement constant. 22 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? L’Islande est d’ailleurs un argument irréfutable qui montre ce volcanisme de dorsale. Par opposition à cette zone d’accrétion, où du magma est émis et donc où la croûte océanique s’accroît, il existe des zones de subduction. Ces zones résultent de l’enfoncement d’une plaque tectonique sous une autre et permettent la destruction de la croûte la plus ancienne. De cette manière l’équilibre est maintenu, et le renouvellement n’entraîne pas l’accroissement des dimensions de la Terre. Théorie (ou tectonique) des plaques: Les plaques sont des morceaux rigides de lithosphère en mouvement à la surface de la Terre. On remarque que la limite des plaques n’est pas celle des continents. Il existe des plaques presque entièrement océanique (ex : plaque pacifique), mais le plus souvent, une plaque est constituée d’une partie continentale et d’une partie océanique. Il existe environ 12 grandes plaques lithosphériques majeures, et de nombreuses petites plaques. 23 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? Ces plaques sont stables alors que leurs bordures sont caractérisées par des phénomènes volcaniques et séismiques : - Les plaques s’éloignent les unes des autres le long d’une dorsale. Les séismes y sont nombreux mais peu importants et il y a création de croûte. Les plaques glissent les unes contre les autres le long de failles. L’énergie dégagée cause des séismes Les plaques se rapprochent. Une des plaques passe sous l’autre et est réabsorbée par le magma dans une fosse de subduction. Les séismes y sont très nombreux. Conclusion : La Terre est formée de couches concentriques. La couche la plus externe, la lithosphère, est de nature rigide. Elle est épaisse d'environ 100 km et est placée juste au-dessus de l'asthénosphère, de nature ductile. L'étude des cartes des reliefs de la Terre, de la répartition du volcanisme et des séismes montre des zones étroites de relief accidenté et géologiquement actives qui entourent des zones vastes plus calmes. Ces vastes zones calmes sont des plaques lithosphériques. Dès 1915, Wegener propose l’hypothèse de la mobilité des continents. Les plaques lithosphériques prennent naissance au niveau des dorsales océaniques et se résorbent dans les zones de subduction. Les plaques sont donc en mouvement, c'est la tectonique des plaques. 6.3 Modification climatique anthropique : Evolution des GES Le climat de la Terre évolue constamment. Des analyses de bulles d'air fossiles emprisonnées dans des carottes de glace nous montrent que la variation de la concentration du gaz carbonique suit celle de température. Lors des périodes glaciaires la concentration du gaz carbonique était au minimum soit à des teneurs de 200 ppm pendant le dernier maximum glaciaire (il y a 20 000 ans), alors qu'à l'interglaciaire précédent (il y a 120 000 ans), les concentrations de ce gaz étaient élevées (300 ppm). Les mesures effectuées à l'observatoire de Mauna Loa (Hawaii) ainsi que l'étude des bulles d'air emprisonnées dans les calottes polaires, montrent que la concentration est passée d'environ 270 ppm dans les années 1850 (début de la civilisation industrielle) à 370 ppm en 2000. Depuis 1750, le taux du CO2 dans l'atmosphère a augmenté de 30% et celui du CH4 de 145%. Figure : Relation entre augmentation de la température et la concentration de CO2 dans l’atmosphère 24 Géographie 5ème Thème 2 : Une planète bientôt bouleversée par son réchauffement ? Le Groupe Intergouvernemental d‘Experts sur l‘Evolution du Climat (GIEC ou IPCC en anglais) est unanime sur le fait. Les recherches confirment que les activités humaines, telles que l’utilisation de combustibles fossiles, sont très probablement responsables du réchauffement climatique que l'on observe actuellement sur Terre depuis les 50 dernières années. Les activités de l'être humain ont une certaine part sur l'augmentation des températures. Pendant les 200 dernières années l'humanité a libéré des quantités supplémentaires de gaz à effet de serre qui emprisonnent plus de chaleur dans l'atmosphère. Au cours de la même période de temps le climat de la Terre s'est réchauffé, et beaucoup de scientifiques acceptent maintenant qu'il y a un lien direct entre l'augmentation synthétique de l'effet de serre et le réchauffement de la planète. Des calculs ont montré que 50 % du CO2 libéré par les activités humaines s'ajouterait à ce que l'atmosphère contient. Le reste des CO2 est absorbé : 33% par l'océan et 66% par la végétation. De plus l'homme est aussi responsable d'une grande partie des déforestations. 16,30% de la superficie forestière de l'Amazonie brésilienne a été détruite depuis 1970. Ce qui représente 653 000 km2, soit la superficie de la France et du Portugal mis ensembles. Le problème est que l'homme ne reboise que 10% des zones qu’il abat. Entre le déboisement... et les plantations d'arbres, chaque année, ça représente que 7,50 hectares de déforestation. L'Europe et la Chine sont les seuls régions où ont reboise assez, alors qu'au Brésil, à l'Afrique équatorial et en Indonésie la déforestation est plus importante que le reboisement. Constat de changement climatique Un nombre croissant d’observation indique que la planète s’est réchauffée : 1. La couverture neigeuse et les étendues glaciaires se sont réduites 2. Le niveau de la mer s'est élevé de 10 à 20 cm au cours du 20è siècle. 3. La température moyenne à la surface de la planète a augmenté d’environ 0.6° C (à 0.2° C près) au cours du 20è siècle. Cette augmentation s’est produite essentiellement de 1910 à 1945 et de 1976 à 2006. Elle a été plus importante la nuit et à l’intérieur des terres. Figure 18 : Evolution de la température de 1900 à 2000 en Afrique 25
