A. L`atmosphère - Le Web Pedagogique

SVT – TERMINALE S SPECIALITE– THEME 2 – ENJEUX PLANETAIRES CONTEMPORAINS
ATMOSPHERE, HYDROSPHERE, CLIMATS : DU PASSE A L’AVENIR
COURS 2 – ATMOSPHERE, OCEANS ET CLIMATS
Atmosphère et hydrosphère sont les enveloppes fluides de notre planète. Elles sont animées d’une dynamique
due à l’énergie reçue du Soleil. Elles sont en interaction entre elles et avec la biosphère et la géosphère.
I.Connaitre la dynamique actuelle des enveloppes fluides
RAPPELS DE SECONDE + TP 1 – LA DYNAMIQUE DES ENVELOPPES FLUIDES
A. L’atmosphère
1. Structure et composition
L’atmosphère actuelle de la Terre est composée (hors vapeur d’eau) de 78 % de diazote (N2), de 20,9% de
dioxygène (O2), de 0,9% d’Argon (Ar), les autres gaz (CO2, CH4, O3 …) forment le reste.
L’atmosphère est structurée verticalement selon la température qui y règne. De 0 à 15 km (à l’équateur), la
température décroit avec l’altitude croissante, on est dans la troposphère, qui renferme jusqu’à 90 % de la
masse de l’atmosphère. De 15 à 50 km, on est dans la stratosphère, la présence d’ozone en plus grande
concentration et absorbant les rayonnements UV fait s’élever la température.
2. La dynamique actuelle
L’énergie reçue du Soleil est inégalement répartie selon la latitude : maximale dans les régions équatoriales,
elle décroit avec la latitude croissante. Cette différence génère des différences de pressions, et est à l’origine des
vents. Ceux-ci s’enroulent autour de dépressions du fait de la déviation due à la rotation de la Terre.
B. L’hydrosphère
L’hydrosphère désigne l’ensemble de l’eau répartie à la surface de la Terre. Cela réfère majoritairement aux
océans (97,5% du total de l’eau), mais aussi aux eaux douces (lacs, rivières, nappes phréatiques), ainsi qu’à
l’eau solide (la cryosphère), qui forme le second réservoir d’eau après l’océan mondial.
Comme l’atmosphère, l’hydrosphère est dynamique. Elle est animée par l’énergie du soleil, qui amorce le cycle
d’évaporation/précipitation de l’eau. Elle est également mue par l’atmosphère qui distribue l’eau
atmosphérique, ou déplace la surface des océans formant des courants marins permanents et continus.
C. Qu’est ce qu’un climat ?
Un climat correspond à l’ensemble des conditions météorologiques et atmosphériques d’un lieu donné. Un
climat dépend essentiellement de la latitude, de la géographie locale, de la température ou des précipitations.
Un climat est susceptible de varier sur de longues échelles de temps (≥ au siècle). Le climat est donc à la fois le
résultat des interactions atmosphère/hydrosphère et aussi la cause de certains de ces interactions.
II. Reconstituer le passé récent de notre planète
A. Retrouver la composition de l’atmosphère
durant le dernier million d’années
TP 2 – RECONSTITUER LE PASSE DE NOTRE PLANETE (1) : L'ATMOSPHERE RECENTE
Les carottes de glace forées dans les calottes polaires et les carottes
sédimentaires des fonds océaniques permettent de reconstituer les
variations climatiques récentes. Les variations locales de la
température au-dessus des calottes polaires sont déduites de la
composition isotopique de l'oxygène (abondance relative en 18O et
16
O) de la glace. Le rapport des isotopes 18O/16O permet de construire
le δ18O, un indicateur géochimique qu'on relie à la température
passée. Les bulles d'air microscopiques prisonnières de la glace
conservent la composition précise de l'atmosphère du moment de la
formation de cette glace, incluant les
concentrations des gaz à effet de serre (CO2 et
CH4). Ces variations de température sont également
corrélées à la composition isotopique de l’oxygène
dans les tests carbonatés de foraminifères, fossiles
abondants dans les sédiments océaniques.
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B. Reconstituer les écosystèmes durant le dernier million d’années
TP 3 – RECONSTITUER LE PASSE DE NOTRE PLANETE (2) : LE CLIMAT DU QUATERNAIRE
En dehors des pôles, les variations climatiques locales sont déduites de l’étude de carottes sédimentaires de lacs
ou de tourbières. Ces sédiments sont riches en pollens provenant de la végétation voisine existant à l'époque du
dépôt des sédiments. On peut ainsi reconstituer la flore contemporaine des dépôts, et par comparaison avec la
flore moderne déduire l’environnement et le climat régional. On raisonne alors à l'aide du principe
d’actualisme, qui présente toutefois des limites. (Postulat que les phénomènes passés obéissent aux mêmes lois
physiques que les phénomènes actuels, mais qu'on ne peut appliquer en totalité en biologie du fait de l'évolution
perpétuelle des êtres vivants. On admet la limite temporelle d'un million d'années pour la précision des
reconstitutions climatiques par comparaison avec la flore actuelle)
C. Bilan : le climat de la Terre durant le Quaternaire
Le Quaternaire est la plus récente période géologique et correspond à l'ère actuelle, ayant débuté il y a 1,8 Ma
(Pléistocène de 2.58 Ma à -11.700 ans BP, Holocène depuis -11.700 , c.a.d. l'établissement du climat actuel,
coïncide avec l'existence du genre Homo). Elle est caractérisée par un climat très variable, où se succèdent:
 des périodes froides, dites glaciations, durant environ 80.000 ans, et caractérisées par une température
moyenne globale basse (~7 à 8°C de moins qu'actuellement), une extension des glaces (polaires et
d'altitude) jusqu'aux latitudes tempérées et une baisse généralisée du niveau marin (de l'ordre d'une
centaine de mètres). Les périodes les plus récentes sont nommées Würm, Riss, Mindel et Donau.
 de brefs intervalles de réchauffement interglaciaires, durant environ 20.000 ans, et caractérisées par un
réchauffement global (température moyenne ~15°C), un recul des glaces et une élévation du niveau marin.
L'Holocène correspond à l'épisode interglaciaire actuel débuté il y a environ 12.000 ans BP (Années Before
Present , échelle de s temps pour la préhistoire, le zéro étant l'année 1950 du calendrier usuel)
III.Comprendre des mécanismes influant notre climat
A. Les influences de l’atmosphère
TP 4 – UN MECANISME AU CŒUR DU CLIMAT (1) : L'EFFET DE SERRE
L'atmosphère joue un rôle majeur dans l’établissement de la température à la surface de la Terre, Certains de
ses composants sont dits gaz à effet de serre (GES), car ils ont la faculté d’absorber et de réémettre les rayons
IR (la chaleur). Les plus influents étant le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane (CH4).
La concentration atmosphérique de CO2 est en équilibre avec celle de l’océan. Lorsque la température
augmente, la solubilité du
CO2 dans l’océan diminue,
l’équilibre est déplacé et du
CO2 passe de l’océan vers
l’atmosphère ce qui induit
une hausse de l’effet de
serre. Il s'agit d'un effet
amplificateur.
On peut aussi citer la
couverture nuageuse et les
teneurs en poussières et
aérosols qui influencent
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l'énergie réfléchie par l'atmosphère.
B. Les variations des paramètres orbitaux
jouent sur l’insolation globale.
TP 5 – D'AUTRES MECANISMES AU CŒUR DU CLIMAT (2)
Un cycle de 100.000 ans rythme les glaciations au cours de l’ère
Quaternaire. Des cycles de réchauffement-refroidissement sont
observés entre deux maxima glaciaires avec des périodes proches de
40.000 et de 20.000 ans. Ces périodicités s'expliquent par les
variations régulières des paramètres orbitaux de la Terre. Ces
paramètres déterminent la répartition et les variations au cours du
temps de l’énergie solaire reçue aux différentes latitudes. Citons les
paramètres (pour information, non exigible) :
- L'excentricité de l'orbite terrestre, dont la valeur fluctue sur
une période de 100.000 ans (et de 413.000 ans)
- L'obliquité de l'axe de rotation de la Terre, plus ou moins
incliné sur une période de 41.000 ans
- La précession de l'axe de rotation de la Terre (c.a.d. le fait qu'il
tourne autour d'un axe comme une toupie en train de perdre son
équilibre), dont la valeur fluctue selon plusieurs périodes (24.000
et 19.000 ans)
C. La nature de la surface planétaire joue un rôle
La surface terrestre réfléchit une proportion plus ou moins élevée des rayons lumineux. On quantifie cette
réflexion avec l'albédo (rapport énergie réfléchie /énergie reçue) Il dépend de la nature de la surface (eau,
roches nues, végétation, glace), qui est également influencée par la température (on peut avoir d'autres effets
amplificateurs avec l'extension des calottes polaires)
D. Les différentes enveloppes échangent du carbone dans un cycle global.
La
concentration
atmosphérique en dioxyde de
carbone a un effet direct sur
la température de surface par
son implication dans l'effet
de serre. Elle est directement
ou indirectement influencée
par de nombreuses réactions
chimiques ou biologiques
impliquant des molécules
avec l'élément carbone. On
regroupe ces réactions dans
le cycle biogéochimique du
carbone. Sa compréhension
est nécessaire pour évaluer
les effets des GES majeurs
(CO2, CH4) sur différentes
échelles de temps.