Spécialité - Thème 2 Chapitre 2 – Étude des variations climatiques

1 VIGIER – BOZON – SVT Wittmer 2013 - 2014 Spécialité - Cours bilan – Thème 2 Chapitre n°2.
Spécialité - Thème 2
Atmosphère, hydrosphère, climats : du passé à l'avenir.
Chapitre 2 – Étude des variations climatiques au cours des temps géologiques.
I) Reconstituer les variations climatiques au cours des derniers millénaires.
A) Retracer l’évolution climatique terrestre récente à partir des archives glaciaires.
− Du fait de températures constamment négatives, les calottes glaciaires arctique et antarctique ont accumulé des
épaisseurs de glace pouvant dépasser 3 kilomètres. On peut en extraire des carottes de glace par forage. Au Groenland,
ces carottes représentent plus de 100 000 ans d'archives glaciaires. En Antarctique, un forage au cœur de l'inlandsis
(Dôme C) a permis de remonter 800 000 ans en arrière par rapport à l’époque actuelle.
− Des mesures actuelles montrent qu’il existe une relation entre la température à laquelle surviennent les précipitations de
neige et la composition isotopique des deux éléments chimiques de l’eau (atomes H et O). Ces deux éléments
chimiques sont exploitables : on utilise le rapport D/H (deutérium / hydrogène) et le rapport
18
O/
16
O pour déterminer
respectivement le delta D (δD) et le delta
18
O (δ
18
O). Dans les deux cas plus la température atmosphérique est basse et
plus le delta D et le delta
18
O sont faibles dans les précipitations de neige. Les valeurs du delta D et du delta
18
O
mesurées à différentes profondeurs dans les calottes glaciaires nous renseignent donc sur la température locale à
l'époque des précipitations de neige.
La composition isotopique de la glace,
archivée dans les calottes glaciaires,
permet de reconstituer les variations
climatiques aux niveaux des pôles et par
déduction, de reconstituer l'évolution de
la température moyenne globale mais
avec une précision d’autant moins
grande, pour les variations régionales,
que ces zones sont éloignées des pôles.
− Les archives glaciaires témoignent de
variations cycliques de la température
depuis 800 000 ans environ. Chaque
cycle climatique d’environ 100 000 ans
comprend une période glaciaire,
d’environ 90 000 ans, marquée par des
variations climatiques plus ou moins
importantes suivie d’une période
interglaciaires, d’environ 10 000 ans,
globalement plus stable sur le plan
climatique.
B) Retracer l’évolution climatique terrestre récente à partir des données polliniques.
− Le peuplement végétal actuel est un bon indicateur du climat local. En effet, les espèces végétales sont adaptées à des
conditions climatiques relativement précises. D'après le principe d'actualisme, on peut supposer qu'il en était de même
dans le passé. La végétation du passé (ou paléovégétation) est donc utilisée comme indicateur du climat de l'époque
(ou paléoclimat). La paléovégétation peut être reconstituée en étudiant les grains de pollen, dont la morphologie est
caractéristique de l'espèce végétale. Du fait de leur abondance et de leur grande résistance, les grains de pollen piégés
dans certains sédiments (tourbe, sédiments lacustres) sont représentatifs des peuplements végétaux (forêt, prairie…) qui
les ont produits. En identifiant puis en dénombrant les grains de pollen à différents niveaux d'une carotte sédimentaire,
on peut établir un diagramme pollinique, témoin de l'évolution, au cours du temps, du peuplement végétal local.
− En combinant les résultats obtenus en différents sites, on construit des cartes de répartition de la végétation à différentes
époques géologiques, ce qui permet de retracer la répartition des climats à ces mêmes époques géologiques. La
comparaison de ces cartes permet donc de retracer l’évolution climatique terrestre récente grâce à l’étude des données
polliniques (= palynologiques). Par exemple, depuis 18 000 ans, l'Europe a connu un important réchauffement
climatique, qui correspond à la transition d'une période glaciaire à une période interglaciaire.
Notions clés à
savoir
.
Périodes
interglaciaire
Période glaciaire : instabilité climatique.
Un cycle climatique
Variations du δD et du δ
18
O dans les calottes de glaces au niveau des pôles.
(Bordas spé P. 101).
Savoir interpréter des
documents similaires à
ceux du TP13.

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II) Etudier le système climatique terrestre actuel pour comprendre les variations climatiques.
A) Relation entre composition atmosphérique et variations climatiques.
− Le climat global de la Terre dépend principalement de l'énergie solaire reçue. Ainsi, les températures de surface
lunaire et terrestre devraient être sensiblement les mêmes, ce qui n’est pas le cas. L'énergie thermique issue de l'activité
interne de la Terre est très insuffisante quantitativement pour expliquer cette différence de température de surface.
− Une partie de l’énergie solaire reçue est réfléchie par l'atmosphère et par la surface
terrestre. Le reste de l’énergie solaire, c'est-à-dire l'énergie absorbée, réchauffe la
planète. Ceci est possible car l'atmosphère terrestre est très transparente au
rayonnement solaire visible : une partie importante de ce rayonnement atteint la
surface et la réchauffe. Ensuite (surtout la nuit), la surface terrestre se refroidit en
émettant du rayonnement infrarouge (IR). L'atmosphère étant assez opaque à ce
rayonnement, elle en absorbe l'essentiel, ce qui limite la perte vers l’espace de cette
énergie sous forme d’IR.
− Les gaz atmosphériques responsables de l'absorption du rayonnement infrarouge terrestre sont des gaz minoritaires
dans la composition atmosphérique : la vapeur d'eau principalement, mais aussi le dioxyde de carbone, le méthane, ou
encore l'ozone. Ces gaz sont qualifiés de gaz à effet de serre (GES).
o En climatologie l'effet de serre est le phénomène par lequel les IR émis par la surface terrestre d’une planète sont
piégés par certains gaz atmosphériques, ce qui réchauffe l’atmosphère donc la surface de la planète.
o [La comparaison classique avec une serre de jardinier est incorrecte : dans ce cas, l'élévation de température
observée est principalement due au confinement de l’air chauffé par le sol et à l'absence de convection (=
déplacement de l’air). En fait, l'atmosphère agit comme un isolant, en limitant les pertes radiatives (surtout sous la
forme d’IR) de la surface terrestre vers l'espace].
− La variation de la composition de l’atmosphère terrestre
(en GES) constatée au cours des 800 000 dernières années
permet donc d’expliquer, entre autres, les variations
climatiques constatées lors de cette période géologique.
En effet, l’effet de serre est un facteur influençant le
climat global : plus la quantité de GES est importante et
plus le climat global terrestre tendra vers un
réchauffement et inversement.
B) De l’étude du système climatique terrestre à la gestion de l’influence des activités humaines.
− Le système climatique terrestre est complexe car ses nombreuses composantes (volcanisme, enveloppes fluides,
biosphère, etc.) sont en interaction. La compréhension, au moins partielle, de cette complexité permet de construire des
modèles numériques du système climatique terrestre.
− Les prévisions climatiques doivent être exploitées avec prudence car de nombreuses inconnues persistent : rôle des
aérosols (= particules solides ou liquides en suspension dans l’air qui influent directement sur le climat en absorbant le
rayonnement solaire), des océans, de la vapeur d’eau, des nuages…Les résultats des simulations climatiques permettent
d'envisager une gestion raisonnée de l'influence des activités humaines sur le climat. L’Homme peut notamment agir,
par ses choix de vie et de société, sur les rejets de gaz à effet de serre.
(Climat chaud)
(Climat froid)
Diagramme pollinique d’une tourbière
située en Europe. Vers
10 000
ans BP on note une modification rapide et importante du
peuplement végétal de la région. Avant 10
000 ans BP les grains de
pollen des « herbes
» adaptées au froid sont largement majoritaires (au
moins 50%) ce qui indique que
le climat était froid (ceci correspond à
la période glaciaire du Würm). Entre 10
000 ans BP et aujourd’hui, les
pollens des arbres
adaptés à la chaleur sont majoritaires (entre 60 et 95
%) ce qui indique la présence d’un climat chaud (ceci correspond à la
période interglaciaire actuelle).
Pléistocène supérieur
WURMIEN
0
10 000
Climat chaud Climat froid
60%
40%
Savoir interpréter des
documents similaires à ceux du
TP14 (diagramme pollinique…).
Comprendre
parfaitement ce qu’est
l’effet de serre (TP15).
Danger.
Comme les nuages sont composés d’eau
sous forme liquide et solide, leur formation résulte d’un
équilibre constant avec la vapeur d’eau atmosphérique,
responsable, entre autres de l’effet de serre. Ainsi, par
extrapolation, il est possible de trouver dans certains
documents que les nuages jouent aussi un rôle dans
l’effet de serre (voir page 109 unité 3 schéma)

3 VIGIER – BOZON – SVT Wittmer 2013 - 2014 Spécialité - Cours bilan – Thème 2 Chapitre n°2.
De l’étude du système climatique à la gestion raisonnée de l’influence de l’Homme.
(Belin Spé P.111)
III) Reconstituer les variations climatiques globales aux grandes échelles des temps géologiques.
− Les roches sédimentaires qui se forment dans des conditions climatiques particulières sont des marqueurs climatiques.
Ainsi, la bauxite témoigne d'un climat tropical alors que les évaporites se forment sous des climats chauds et arides. Les
tillites, liées à la présence d'une calotte glaciaire, témoignent d'un climat polaire.
− Pour une époque donnée, l'étude de la répartition latitudinale des marqueurs climatiques permet de définir le climat global
sur de longues périodes de temps géologiques. Depuis près d’un milliard d’année, le climat global terrestre a tendance à
osciller entre deux types de climats globaux extrêmes que sont :
o « la période froide avec glaciation », durant laquelle l’extension des aires climatiques froides est importante (en
particulier avec des zones de climats polaires aux basses latitudes, c'est à dire près des tropiques ;
o « la période chaude sans glaciation », durant laquelle les aires climatiques chaudes sont étendues (il n’y a pas de
climat polaire, donc pas d’inlandsis même pour les continents situés aux niveaux des pôles).
 Le Crétacé est un exemple de période chaude,
tandis que le Permien et la période actuelle sont
des exemples de périodes géologiques froides.
 Le Crétacé inférieur est caractérisé par une
activité tectonique importante : c'est l'époque où
l'océan Atlantique et l’océan Indien commencent
à s'ouvrir par le fonctionnement de dorsales
océaniques. Le Crétacé est donc une période
marquée par une intense activité magmatique des
dorsales océaniques qui libèrent d'immenses
quantités de CO
2
dans les océans avant qu’il ne
diffuse des océans vers l'atmosphère. C'est donc
le contexte géodynamique (l'importante activité
magmatique des dorsales), qui explique, par une
production accrue de CO
2
et un effet de serre
augmenté, le climat globalement très chaud du
Crétacé.
Fin du chapitre.
Répartition latitudinale des aires climatiques et type de
climat global pour 3 périodes de l’histoire de la Terre.
(Belin spé P.128).
Maitriser parfaitement la notion
de « climat global » (TP17).