Les changements du climat des 700 000 dernières années
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DU CLIMAT PASSE AU CLIMAT FUTUR INTRODUCTION : Le climat actuel de la planète change ; on prévoit une variation du niveau de la mer. La modification de l’atmosphère semble être une cause du changement de climat et du niveau de la mer. Quels mécanismes peuvent expliquer le changement de climat ? Quels sont les impacts du soleil et de l’activité humaine ? Comment les variations climatiques anciennes aident-elles à prévoir le climat futur ? Quelles variations du niveau de la mer peuvent en découler ? PLAN I : CHANGEMENTS RECENTS DU CLIMAT (700.000 ANS) A. Les témoins des variations : glace polaire, calcaire océanique, pollens continentaux B. Succession des variations climatiques : cycles (100.000, 41.000, 23.000, 19.000 ans) C. Recherche de mécanismes explicatifs : paramètres astronomiques, albédo, taux de CO2. II : CHANGMENTS CLIMATIQUES A GRANDE ECHELLE DE TEMPS A. Crétacé : 100MA : réchauffement et CO2. B. Carbonifère : 300MA : refroidissement et CO2. III : VARIATIONS DU NIVEAU DE LA MER A. Mise en évidence des variations du niveau marin : variations de 100m à 1 cm ; par MA ou par A B. Mécanismes expliquant ces variations : dorsale, fonte des glaciers, dilatation IV : CLIMAT DU FUTUR CONCLUSION I : CHANGEMENTS RECENTS DU CLIMAT (700 000 ANS) plan Quels indices marquent les variations climatiques ? Quelles variations peut-on constater ? Comment peut-on les expliquer ? A. LES MARQUEURS DE VARIATION CLIMATIQUE ou « paléo-thermomètres ». 1. Dans la glace : L’eau est un mélange d’isotopes 18O et 16O. Le rapport 18O des glaces dépend de la température : Plus il fait froid plus le 18O de la glace est faible. La glace emprisonne des bulles de CO2, CH4 dont le taux est lié à la température : Plus il fait froid, plus leur concentration est faible 2. Dans l’océan : Le carbonate de calcium (CaCO3) des foraminifères du plancton contient un mélange d’isotopes 18O et 16O. Plus il fait froid plus le 18O des carbonates est fort. 3. Sur les continents : Les pollens et spores, caractéristiques d’espèces végétales, permettent d’identifier la couverture végétale et les conditions climatiques, ainsi que leur évolution dans le temps. B. SUCCESSION DES VARIATIONS CLIMATIQUES On peut penser que « ce qui est vrai actuellement, l’était autrefois ». Ce « principe d’actualisme » permet de déduire les variations de climat à partir du 18O, des taux de CO2/CH4/D, des pollens… Leurs mesures concordent sur tout le globe et montrent une alternance de climats : des maximums glaciaires tous les 100.000 ans : 7 cycles depuis 700.000 ans, entrecoupés alternances réchauffement/refroidissement entre 2 glaciations, de 43.000, 24.000 et 19.000 ans Glaciations et genre HOMO http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/Origine/methodologie/sch_glace2.swf C. RECHERCHE DE MECANISMES EXPLICATIFS plan 1. Observation des cycles astronomiques L’orbite terrestre devient plus circulaire tous les 100.000 ans : elle reçoit moins d’énergie en été. L’axe de rotation augmente son inclinaison par cycle de 41.000 ans : l’hémisphère Nord reçoit moins d’énergie : les hivers sont plus froids, les calottes glaciaires augmentent. L’axe de rotation tourne et fait augmenter la distance au soleil pour une saison donnée, par cycle de 23 ou 19.000 ans. Les cycles de ces paramètres correspondent aux cycles mesurés des variations du climat. Cycles animés : http://www.educnet.education.fr/svt/anim/ticeparisnov2003/hf/tp_o18/milanko.htm Toutefois les variations de ces paramètres ne provoquent que des variations de dixièmes de degrés et n’expliquent pas à elles seules les variations de plusieurs degrés. 2. Variations de l'albédo (= rapport énergie lumineuse réfléchie/énergie lumineuse incidente) Plus il fait froid plus il y a de la glace. Or, la glace a le plus fort albédo, c’est-à-dire qu’elle réfléchi le plus le rayonnement solaire, sans émettre de chaleur : plus il y a de glace plus il fait froid. Le refroidissement s’amplifie (à l’inverse pour le réchauffement) 3. Variations du taux de CO2 (= GES : Gaz à Effet de Serre) Le CO2 renvoie les infrarouges vers le sol : la température de l’air augmente : Plus le taux de CO2 atmosphérique augmente, plus la température atmosphérique augmente. Or, lorsque la température augmente, la solubilité du CO2 baisse : il passe de l’océan à l’air : Plus la température augmente plus l’atmosphère contient du CO2. Le réchauffement s’amplifie. Animation youtube Effet de serre : http://fr.youtube.com/watch?v=iEiyJ5yCMxc 4. Hypothèse de mécanismes à l’origine des variations de climats plan Cycliquement, les paramètres astronomiques déclenchent des petites variations d’insolation sur terre à l’origine de petites variations de température de quelques dixièmes de degrés, tous les 100.000, 41.000, 23.000, 19.000 ans. L’albédo et l’effet de serre amplifient ces petites variations cycliques jusqu’à des variations de plusieurs degrés de moyenne. Lien vers un site simple de climatologie : http://la.climatologie.free.fr/glaciation/glaciation.htm Cité des sciences : http://www.citesciences.fr/francais/ala_cite/expo/tempo/planete/climax/comprendre.php?HTML=1# BILAN : Le rapport 18O, les taux de CO2 et CH4, les pollens marquent les variations du climat ; ils montrent une glaciation tous les 100.000 ans et des cycles de réchauffement/refroidissement de 43.000 ans, 24.000 ans, 19.000 ans. Les paramètres astronomiques sont susceptibles de déclencher des petites variations de température, l’albédo et le taux de CO2 atmosphérique sont capables de les amplifier. II : LONGUES VARIATIONS CLIMATIQUES plan Les périodes glaciaires et interglaciaires apparaissent brèves par rapport aux variations de millions d’années : les cycles astronomiques ne peuvent pas expliquer l’installation de ces grandes variations. Quels peuvent être les mécanismes responsables des longues variations climatiques ? A. LE CLIMAT IL Y A 100 MA 1) Témoins climatiques : ● Crétacé (-135/-65 MA) coraux présents jusqu’à 40° de latitude N et S palmiers, évaporites, bauxite en Alaska et Groenland (50° N) charbons sur toutes les latitudes absence de glace sur toute la terre Le climat global est chaud ; la température moyenne est supérieure de 10°C à l’actuelle. Continents au crétacé : http://www.scotese.com/lcretcli.htm Terre et Europe au crétacé : http://pedagogie.ac-montpellier.fr/svt/litho/terre_cretace.htm 2) Mécanisme de réchauffement : à cette période, l’Atlantique est en expansion les dorsales et les points chauds dégazent CO2 dans l’atmosphère. Les dorsales produisent du plancher océanique : le fond océanique monte : la mer recouvre une plus grande partie des continents : la surface océanique augmente : le plancton marin se développe : la fabrication de carbonate de calcium : Ca2+ +2 HCO3 –→ CaCO3 + CO2 + H2O. : Or, la précipitation du carbonate de calcium libère du CO2 dans l’atmosphère. Ce climat chaud vient d’une élévation de CO2 atmosphérique issu des dorsales actives et d’une forte activité planctonique, combinée à une baisse de l’albédo et l’emballement de l’effet de serre. B. LE CLIMAT IL Y A 300 MA Carbonifère (-355/-295 MA) plan Témoins climatiques : ● pergélisols, en Amérique, Afrique, Australie, Inde et Antarctique tillites (= moraine glaciaire), stries (= frottement de bloc). bauxite, gypse, polypiers (= corail), houille à l’équateur : présence d’importantes forêts en climat équatorial (chaud et humide). Le climat global est froid, sauf à l’équateur où le climat est chaud et humide. 1) Lien planète terre : http://planete-terre.tripod.com/carbon.htm Continents au carbonifère : http://www.scotese.com/gzelclim.htm 2) Mécanisme de refroidissement : à cette période, les continents sont en collision (Pangée) les grandes forêts équatoriales incorporent le CO2 atmosphérique lors de la photosynthèse. Cette matière est rapidement enfouie dans le sol : le CO2 est piégé en charbon les reliefs hercyniens s’altèrent rapidement : CaSiO3 + 2 CO2 + H2O → SiO2 + Ca2+ + 2 HCO3 CO2 et Ca2+ sont transférés dans l’océan : le calcaire précipite : Ca2++2HCO3-→ CaCO3+CO2+H2O. bilan : 2 CO2 dissous et 1 CO dégazé : reste 1 CO2 dissous et stocké dans le calcaire. la grande extension des glaces au pôle sud a favorisé l’albédo : l’effet de serre a diminué. Ce climat froid vient d’une diminution de CO2 atmosphérique due à l’altération des reliefs et la forte activité photosynthétique des forêts équatoriales, combinée à l’augmentation de l’albédo. BILAN : Les indices climatiques permettent de penser que la période chaude du Crétacé (100MA) a été déclenchée par l’activité de la dorsale atlantique et par la prolifération du plancton : ces mécanismes libérant du CO2, ont diminué l’albédo et emballé l’effet de serre. La période froide du Carbonifère (300MA) a été déclenchée par une collision continentale à l’origine de l’orogenèse hercynienne suivie d’une forte altération et d’une forte activité photosynthétique (fougères) : ces mécanismes ont absorbé le CO2 de l’air et augmenté l’albédo. III LES VARIATIONS DU NIVEAU DE LA MER retour Quelles sont traces des variations du niveau marin ? Quels mécanismes modifient ce niveau ? A. MISE EN EVIDENCE DES VARIATIONS DU NIVEAU DE LA MER 1. Quelques traces de variation ancienne L’empilement de calcaires indique présence d’une mer profonde à cet endroit. La présence d’argiles, de débris végétaux ou coquilliers, indiquent la présence de mer peu profonde près des côtes. La succession d’argiles sur des calcaires indique une montée des eaux : transgression marine. La succession de calcaires sur des argiles indique un retrait des eaux : régression marine. En France, les calcaires du crétacé s’étendent dans les bassins Parisien, Aquitain et Rhodanien : ils montrent l’extension d’une mer profonde à cette époque. Seuls les massifs Central, Armoricains et Vosgiens étaient immergés. A cette époque, l’Amérique du Sud se détache de l’Europe : l’Atlantique s’ouvre. 2. Quelques traces de variation récente Les traces d'activité humaine, datée de 20.000 ans retrouvées à 30m sous le niveau de mer actuel témoignent d’une montée du niveau marin. Les talus de sables coquilliers, les cavités creusées par la houle, montrent des rivages à -50 ou -130 mètres il y a 10 à 20.000ans. Les récifs de corail fossiles, formés exclusivement en milieu marin peu profond et chaud confirment l’élévation de 120 à 130 mètres du niveau de la mer depuis 20.000 ans. B. LES CAUSES DES VARIATIONS DU NIVEAU DE LA MER retour 1. Activité du manteau terrestre L’ouverture et l’expansion du fond océanique s’accompagnent d’une dilatation de la dorsale et d’un débordement de basalte : le fond du bassin océanique remonte et fait déborder l’océan. Ouverture et expansion de l’atlantique correspondent à la transgression du crétacé de 250 m en 80 MA. 2. Changements climatiques Fonte des glaciers Le réchauffement climatique provoquant la fonte des glaciers, entraîne une élévation de 100 m. Il y a 20.000 ans, la glaciation fait baisser la mer de 100m ; la Manche n’existait pas. Dilatation thermique de l'eau L’échauffement de la partie superficielle de la mer aboutit à sa dilatation, notamment à l’équateur. Cette augmentation rapide, de l’ordre du siècle, élève le niveau de quelques dizaines de centimètres. BILAN : Les grandes variations de niveau (100m) sur de grandes durées (10MA) viennent de l’activité du manteau. Les grandes variations du niveau marin (100m) sur des périodes courtes de 10.000 ans résultent d’un changement climatique. Les petites variations quelques 10 cm immédiates sur 100 ans sont dues à la dilatation.
