Le moteur du climat - Espace d`authentification univ-brest.fr

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CLIMAT :
Passé, présent, futur
Qu’
Qu’est qui peut faire varier
systè
système climatique terrestre?
Chapitre 7
Changements climatiques passés
Speich Daniault UBO Climat 7_1
Le moteur du climat
Speich Daniault UBO Climat 7_2
Différences de chaleur:
le moteur du climat
• La Terre reçoit l’essentiel de son énergie du soleil
• Cette énergie est distribuée de manière inégale
autour de la planète
+ froid
• l’équateur reçoit beaucoup plus que les pôles
• seul un côté de la Terre est réchauffé à la fois; par contre, elle
perd de l’énergie sur toute sa surface
• Pour ne pas surchauffer (tropiques) et ne pas trop se
refroidir ailleurs, la Terre cherche à équilibrer
l’énergie qu’elle reçoit
• Cet équilibre se fait grâce aux courants océaniques et
atmosphériques
Speich Daniault UBO Climat 7_3
+ chaud
Speich Daniault UBO Climat 7_4
1
Redistribution de la
chaleur
Vers le nord
6
4
2
0
4
Total
Atmosphère
Océan
Chaleur latente
6
90 N
60 N
2
Vers le sud
Transport d’énergie (PW)
Équilibre énergétique de la
planète
30 N
Équateur
30 S
Speich Daniault UBO Climat 7_5
L’atmosphère et
l’océan, enveloppes
fluides de la Terre,
peuvent se mettre
en mouvement et
transporter de la
chaleur des
tropiques vers les
hautes latitudes
10°
20°
Pôle nord
Cellule
polaire
Cellule
de
Ferrel
Cellule
de
Hadley
Déserts froids
60°N
Régions tempérées
Deserts chauds
30°N
0°
Régions tropicales
60 S
90 S
Speich Daniault UBO Climat 7_6
Zones climatiques terrestres
Le schéma simplifié, symétrique autour de
l’équateur, se complique dans la réalité à cause de
divers facteurs, notamment:
Alizés
30°S
Vents
d’ouest
60°S
Distribution inégale des surfaces océaniques et continentales
Distribution terre/océan différente entre les hémisphères
Pôle sud
Relief
Végétation et changements saisonniers
30°
Speich Daniault UBO Climat 7_7
Speich Daniault UBO Climat 7_8
2
Carte des principaux ré
régimes
climatiques
Tempéré
Continental froid
Arctique
Les Changements Climatiques
Passés (ou Paléo climatiques)
Forêt humide
Mousson
Méditerranéen
Déserts chauds
Speich Daniault UBO Climat 7_9
Speich Daniault UBO Climat 7_10
Indices permettant de
reconstituer les paléoclimats
• Étant donné que les observations
fiables n’existent que depuis le milieu
du siècle dernier, il n’existe pas
d’informations directes sur l’évolution
climatique antérieures au 18e siècle
• On doit donc faire appel à divers
indices (“proxy data”) qui sont
sensibles au climat et à son évolution
Speich Daniault UBO Climat 7_11
Indices
• Les indices les plus couramment
utilisés comprennent:
•
•
•
•
•
•
Les sédiments lacustres et marins
Les carottes de glace
La dendrochronologie
La palynologie
Les coraux
L’analyse isotopique
Speich Daniault UBO Climat 7_12
3
Cernes des arbres:
une archive vivante
J. César sacré
Empereur (50 av
Principe de la
dendrochronologie
JC)
C. Colomb
“découvre” l’Amérique
1492
Températures
Éruption du
Krakatoa 1883
Ancien
Speich Daniault UBO Climat 7_13
Principe de la dendrochronologie
Temps
Récent
Speich Daniault UBO Climat 7_14
Principe de la palynologie
Température
Plantes se
développant
en climat chaud
Toutes ces mesures sont traitées
par ordinateur ce qui accélère et
affine les résultats et les
spécialistes remontent
actuellement l'échelle du temps
jusqu'à sept millénaires avant J.C.
pour le chêne.
Récent
Temps
Plantes se
développant
en climat froid
Ancien
Speich Daniault UBO Climat 7_15
Speich Daniault UBO Climat 7_16
4
Principe de la palynologie
Formation
s de corail
Un diagramme pollinique présente
les différentes essences repérées
par leurs pollens, avec leur
quantités respectives.
Ici, on constate clairement trois
peuplements successifs
il y a 50000 ans, un
peuplement de prairie, avec une
dominante de composées.
entre 48000 et 44000
ans, une forêt mixte (chênes +
conifères) s'installe.
vers 44000 ans,
disparition de la forêt et retour à
une prairie riche en graminées.
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Speich Daniault UBO Climat 7_17
Analyse corallienne: changements
du niveau de la mer
Speich Daniault UBO Climat 7_18
Forages dans la
glace
Formation et survie du corail
Ancien corail
Nouveau corail
Zone de luminosité
suffisante
Forte atténuation
de la lumière solaire
Speich Daniault UBO Climat 7_19
Les calottes de glace, qui forment nos
grandes réserves d’eau douce, constituent
des archives uniques de l’environnement
passé. Dans les régions les plus froides, les
neiges, préservées et accumulées parfois
depuis des centaines de milliers d’années,
conservent la mémoire des conditions
climatiques de leur époque.
Speich Daniault UBO Climat 7_20
5
Forages dans la glace
Sites des forages couvrant
au moins les derniers
20 000 ans en Antarctique.
Le site de Vostok a fourni
des échantillons remontant
à 400 000 ans ; au-delà, on
atteint un lac sousglaciaire, puis le socle
rocheux sous-jacent.
Speich Daniault UBO Climat 7_21
Évolution conjointe climat - vie sur
Terre ((-3 milliards d’
d’anné
années)
Speich Daniault UBO Climat 7_22
-1,5 milliards d’années
30 % moins
d'énergie
10 % moins
d'énergie
Etat
actuel
Oxygène
Oxygène
Première activité
de photosynthèse
Première activité
de photosynthèse
Première
molécules
organiques
Première
molécules
organiques
3
0
.
Etat
actuel
Dioxyde de
carbone
10 % moins
d'énergie
• Oxygène naturel: 16O (8 protons + 8
neutrons)
• Isotope stable: 18O (8 protons + 10
neutrons)
Le “thermomè
thermomètre isotopique”
isotopique”
δO18 (%18
) O dans les molécules
• La concentration
-20 fur et à mesure que la
H2O diminue au
température augmente
• On peut donc -30
travailler sur le rapport 16O:
18O (représenté par δO18), et en déduire la
-40
température à laquelle les précipitations
-50
-40
-30
-10
sont tombées (si on
connait
l'âge
de -20
Température
[°C]
l'échantillon)
Dioxyde de
carbone
30 % moins
d'énergie
.
Analyse isotopique
2
1
0
3
2
1
Milliards
d'années
Milliards
d'années
Speich Daniault UBO Climat 7_23
0
Situation
actuelle
Speich Daniault UBO Climat 7_24
6
Présent
30 % moins
d'énergie
10 % moins
d'énergie
Etat
actuel
Oxygène
Dioxyde de
carbone
.
Evolution de la Terre depuis 545 millions d’
d’anné
années
Première activité
de photosynthèse
Première
molécules
organiques
3
2
1
Milliards
d'années
0
Situation
actuelle
Évolution climatique entre 225 et
3 millions d’
d’anné
années due aux
mouvements des plaques
terrestres (sé
(séparation des
continents, formation des bassins
océ
océaniques, …)
Speich Daniault UBO Climat 7_25
Évolution climatique depuis
60 millions d’années
Speich Daniault UBO Climat 7_26
Évolution climatique depuis
5 millions d’années
Durant les derniers 60 millions d’années on observe un refroidissement global.
H o l o c è n e
Evolution de Hominids Africain
Alternance entre
époques glacières et
interglaciaires
Pré
Présent
Modifications importantes
des conditions hydrologiques
NOTE: L’échelle de temps change à 3 millions d’années
Speich Daniault UBO Climat 7_27
P l i o c è n e
2 millions
10 - 15'000
135'000
Période interglaciaire
actuelle
Fluctuations: env. 2°C
MILLIONS D’ANNEES AVANT LE PRESENT
P l é i s t o c è n e
5 millions
3.3 millions
optimum
Glaciaires / interglaciaires
Fluctuations de températures de 5
à 7°C, même 10 à 15°C dans
certaines régions de latitudes
moyennes et hautes de l'hémisphère
nord.
4.3 millions
optimum
Période chaude
Précipitations importantes, surtout
dans les régions actuellement arides
(Asie centrale et Afrique du Nord)
où les T estivales étaient plus
basses qu'actuellement.
Durant la dernière période
glaciaire, niveau de la mer 120 m
plus bas qu'actuellement
Speich Daniault UBO Climat 7_28
7
Evolution climatique
depuis 430 000 ans
Vostok
Dome C
Speich Daniault UBO Climat 7_29
Climats de l’Eemien
(-130 000 ans)
+4-8°C
+4-8°C
+3°C
+ précipitations
+1-2°C
CO2: 300 ppm
(1850: 275 ppm; 2000: 375 ppm)
Speich Daniault UBO Climat 7_31
Climats de l’Eemien (-130 000 ans)
Durant les interglaciaires du Pléistocène, les températures les plus
élevées ont atteint 1 à 2 °C de plus qu'actuellement
Le CO2 atteignait 300 ppm
L'excentricité de l'orbite terrestre était beaucoup plus
importante qu'aujourd'hui et le rayonnement estival était plus
important dans l'hémisphère Nord.
Les températures étaient supérieures de 2 °C aux valeurs
préindustrielles dans l'hémisphère Nord; mais de 4 à 8 °C en
Sibérie, au Canada et au Groenland, de 1 à 3 °C au nord de 5060 N, en ex-URSS et en Europe occidentale; plus au Sud, les
températures étaient semblables à celles d'aujourd'hui. Dans
toute l'hémisphère Nord, les précipitations étaient supérieures
à celles d'aujourd'hui
Speich Daniault UBO Climat 7_30
Climats de l’Holocène
• Plusieurs périodes chaudes entre 9000 et 5000 BP (Before
Present) dont la dernière, de 6200 à 5300 BP
• Chaque période chaude a été accompagnée par une augmentation
des précipitations et par une augmentation du niveau des lacs
subtropicaux et de hautes latitudes
• Le réchauffement estival le plus important a touché les hautes
latitudes Nord (70 °N): jusqu'à 4 °C. Précipitations plus
abondantes
• Aux latitudes moyennes, réchauffement de 1 - 2 °C. Précipitations
légèrement inférieures à celles d'aujourd'hui, très inférieures
aux USA, particulièrement dans l'Est et le centre
•Plus au Sud, les températures
étaient même plus basses que
celles d'aujourd'hui (Sahara,
Arabie, Asie Centrale) et les
précipitations plus importantes
Speich Daniault UBO Climat 7_32
8