Cours résumé - Pavot

Situation-problème : Pour comprendre l'évolution de notre climat, il faut comprendre l'évolution et
les changements climatiques passés. Ainsi l’étude des évolutions passées de la planète procure des
éléments de réflexion et des modèles pour appréhender l’évolution future de la planète (enjeu à la
fois de recherche scientifique et de société).
L’observation, l’interprétation et la modélisation de phénomènes passés permettent d’élaborer des
scénarii de l’évolution future de la Terre sur le plan variations climatiques. La température n'est
mesurée directement que depuis la deuxième moitié du XIXème siècle. Pour les dates antérieures,
on en est réduit à reconstituer des courbes de température à partir de données indirectes.
Chapitre 3 : Les changements climatiques des 800000 dernières années au
grandes échelles de temps
Problème : Comment connaître le climat au cours des 800000 dernières années ?
I – L'étude des changements climatiques au cours des 800000 dernières années :
A – Des indices pour l'étude des changements climatiques :
Activité 1 : L'utilisation des carottes de glaces
Bilan : Les carottes de glaces obtenues par des forages aux pôles permettent d'avoir des indices du
climat des 800000 dernières années :
• Les variations de la température au dessus des calottes polaires sont déduites de la
composition isotopique de l’oxygène (18O/16O) de la glace. En effet, la proportion de 18O
dans les précipitations actuelles diminue avec la température. Plus le δ18O est élevé, plus les
températures sont élevées ; et inversement.
• L'analyse des bulles d'air emprisonnées dans la glace permet de reconstituer l'évolution de
certains gaz atmosphériques, en particulier les gaz à effet de serre : CO 2 et CH4 (méthane).
Les variations de température sont liées à des variations de concentration en gaz à effet de
serre (CO2, CH4) dans l'atmosphère.
• De plus, l'ensemble des données obtenues permet de voir une cyclicité dans le climat avec
des périodes glaciaires et des périodes interglaciaires.
Situation-problème : Voir document 3 page 101.
Question : Comment étudier de façon précise le climat à des échelles locales ?
Activité 2 : Palynologie et changements climatiques au quaternaire
Bilan : La palynologie est l'étude des pollens. L'évolution de la répartition des pollens fossiles
retrouvés dans des carottes sédimentaires de lacs ou de tourbières permettent de reconstituer des
paléoclimats et donc des variations climatiques locales.
Activité 3 : Les glaciers et leurs traces
Bilan : Les glaciers sont aussi des indices fiables pour appréhender les changements climatiques à
des échelles locales.
Exercice : Des indices sédimentaires des variations climatiques
Bilan : Les variations de changements climatiques peuvent être déduites grâce la composition
isotopique des tests carbonatés des foraminifères dans les sédiments océaniques à l’échelle de la
planète, et grâce à l'abondance de certaines espèces de foraminifère thermosensibles à l'échelle
locale.
Question : Comment expliquer les variations climatiques (cyclicité et perturbations ponctuelles) ?
B – Origines de variations climatiques :
Activité 4 : Des paramètres orbitaux et forçage climatique
Bilan : Les variations climatiques des 700000 dernières années s'expliquent par les variations
périodiques des paramètres orbitaux de la Terre : variations de l'excentricité avec une période de
100000 ans, de l'obliquité avec une période de 41000 ans, et périodes de 19000 et 23000 ans
résultant de la précession des équinoxes et de la rotation de l'orbite terrestre.
Les changements des paramètres orbitaux au cours du temps entraînent des variations rythmiques
de l'insolation reçue par la Terre et du contraste des saisons, à l’origine de l'alternance des phases
glaciaires et interglaciaires durant les 700000 dernières années.
De plus, les variations de l’albédo et celles de la teneur en CO 2 atmosphérique amplifient les
changements climatiques initiés par les variations des paramètres orbitaux.
Problème : Comment connaître le climat aux plus grandes échelles de temps ?
II – L'étude des changements climatiques aux plus grandes échelles de temps :
A – Des indices sédimentologiques :
Activité 5 : Climats au Carbonifère (-360 Ma à -300 Ma), Permien (-300 Ma à -250 Ma) et au
Crétacé (-135 à -65 Ma)
Bilan : Des variations à beaucoup plus grande échelle ont eu lieu au cours des temps géologiques.
On retrouve ainsi, pour des roches d’âge différent :
• des traces de périodes glaciaires (tillites, stries glaciaires, etc.)
• des traces de périodes chaudes (évaporites, bauxites, fossiles de fougères arborescentes,
etc.)
• des traces de changements brusques du climat.
B – Des indices paléontologiques :
Activité 6 : Etude de la quantité de CO2 atmosphérique et changement climatique
Bilan : Les variations climatiques aux grandes échelles de temps sont en relation avec des
variations importantes dans la teneur en gaz à effet de serre de l'atmosphère, principalement le CO 2.
Certains indices comme l'indice stomatique de feuille peuvent nous renseigner sur la quantité de
CO2 passé. Les stomates permettent l'absorption du CO2 : le nombre de stomates dépend de la
concentration atmosphérique en CO2 : moins le taux de CO2 est élevé, plus le nombre de stomates et
donc l'indice stomatique est important. Ainsi on peut observer qu'au cours du Crétacé, l'indice
stomatique était plutôt faible, indiquant une concentration en CO 2 plus importante que l'actuelle et
donc qu'il faisait bien plus chaud.
Question : Comment expliquer les variations passées du taux de CO2 ?
C – Causes de la variations du CO2 atmosphérique :
Activité 7 : Origines de la variations du taux de CO 2 atmosphérique au Permo-carbonifère et au
Crétacé
Bilan : La quantité des gaz à effet de serre comme le CO2 varie en fonction des phonèmes
géodynamiques globaux de la Terre. Certains processus libèrent du CO 2 comme la précipitation des
carbonates (voir documents page 142-143) et le volcanisme, en particulier lié à l'activité des
dorsales (accrétion) ou de points chauds (trapps). Certains processus consomment du CO 2 à
l’inverse comme la fossilisation de matière organique à l'origine des roches carbonées (pétrole,
charbons...) et l'altération des silicates calciques et magnésiens des reliefs orogéniques (chaînes de
montagnes).
Tous ces phénomènes entraînent une variation importante de CO2 et donc fait varier l'effet de serre à
l'échelle du globe. L'effet de serre est amplifié par d'autres facteurs (glaces, niveau marin, albédo,
etc.).
Bilan général : De nombreux indices nous permettent de reconstituer les climats passés des 800
000 dernières aux grandes échelles de temps. De plus, le climat résulte de nombreuses interactions
et causes qui diffèrent suivant les échelles de temps. Cela rend ainsi la compréhension de l'évolution
du climat complexe. Enfin certains facteurs se rajoutent et amplifient les effets de variations du
climat (on parle de forçage climatique).
Variations du climat à différentes échelles de temps