TD Géosciences
publicité
TD Géosciences Correction TD 8 – TD Géodynamique externe et sédimentation Alexandre Aubray [email protected] Marie Bocher [email protected] Université Claude Bernard Lyon I 10 et 17 avril 2014 A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 1 / 36 La circulation atmosphérique Question 1 D’après vos connaissances et en vous basant sur la figure 1, quel est le moteur de la circulation atmosphérique observée sur la figure 2 ? A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 2 / 36 La circulation atmosphérique Question 1 D’après vos connaissances et en vous basant sur la figure 1, quel est le moteur de la circulation atmosphérique observée sur la figure 2 ? Ce que vous savez : Le flux solaire incident est plus faible aux pôles qu’à l’équateur. L’insolation dépend essentiellement de l’angle selon lequel les rayons solaires atteignent la surface de la Terre. Une même quantité de rayonnement se répartit sur une plus grande surface aux hautes latitudes (à proximité des pôles) qu’à l’équateur. A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 3 / 36 La circulation atmosphérique Question 1 D’après vos connaissances et en vous basant sur la figure 1, quel est le moteur de la circulation atmosphérique observée sur la figure 2 ? Le flux réfléchi par la Terre est plus fort aux pôles qu’à l’équateur. La glace et la neige des régions polaires réfléchissent davantage le rayonnement solaire que les forêts équatoriales. A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 4 / 36 La circulation atmosphérique Question 1 D’après vos connaissances et en vous basant sur la figure 1, quel est le moteur de la circulation atmosphérique observée sur la figure 2 ? Le flux réfléchi par la Terre est plus fort aux pôles qu’à l’équateur. La glace et la neige des régions polaires réfléchissent davantage le rayonnement solaire que les forêts équatoriales. Conclusion : Le déséquilibre thermique entre l’équateur et les pôles se traduit par un déplacement des masses d’air à l’origine de la circulation atmosphérique. A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 4 / 36 La circulation atmosphérique Question 2 Représentez sur un profil allant de l’équateur aux pôles, l’ensemble des informations que vous pouvez extraire de la figure 2. Placez les zones de hautes et basses pressions et expliquez la zonation climatique observée à la surface de le Terre A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 5 / 36 La circulation atmosphérique Question 2 Représentez sur un profil allant de l’équateur aux pôles, l’ensemble des informations que vous pouvez extraire de la figure 2. Placez les zones de hautes et basses pressions et expliquez la zonation climatique observée à la surface de le Terre A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 6 / 36 La circulation atmosphérique Question 2 Représentez sur un profil allant de l’équateur aux pôles, l’ensemble des informations que vous pouvez extraire de la figure 2. Placez les zones de hautes et basses pressions et expliquez la zonation climatique observée à la surface de le Terre Sans rotation, la circulation atmosphérique consisterait en une seule cellule de convection avec des vents circulants des pôles à l’équateur, alors que l’air réchauffé dans la zone équatoriale s’élèverait pour retourner aux pôles au sommet de la troposphère. La force de Coriolis, résultant de la rotation de la Terre, provoque une fragmentation des cellules de convection et une déviation des vents anticycloniques dans le sens des aiguilles d’une montre dans l’hémisphère nord, et dans le sens inverse dans l’hémisphère sud. On observe donc une zonation latitudinale de hautes et de basses pressions. A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 7 / 36 La circulation atmosphérique Force de Coriolis A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 8 / 36 La circulation atmosphérique Dans les régions équatoriales se trouve la branche ascendante des cellules de Hadley. L’ensoleillement provoque un réchauffement de l’air, chargé en vapeur d’eau, qui s’élève. Vers 1 km d’altitude, la vapeur d’eau se condense créant une zone dépressionnaire aux pluies abondantes et régulières toute l’année, c’est la zone de convergence intertropicale. Au cours de l’année cette zone de convergence intertropicale peut se déplacer entre 25°N et 20°S. La branche descendante des cellules de Hadley se trouve au niveau des zones tropicales. Là, l’air (devenu plus sec) s’est refroidit et retombe créant ainsi une zone de haute pression (anticyclone). A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 9 / 36 La circulation atmosphérique Aux hautes latitudes, là où l’ensoleillement est faible se trouvent les cellules polaires. Contrairement aux basses latitudes où le réchauffement des masses d’air est le moteur de la convection, les cellules polaires sont initiées par un refroidissement des masses d’air. A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 10 / 36 La circulation atmosphérique Aux latitudes moyennes, se trouvent les cellules de Ferrel. Comme les forces de Coriolis augmentent avec la latitude (zéro au niveau de l’équateur, maximum au niveau des pôles), les vents sont peu déviés au niveau des cellules de Hadley. Par contre, dès les latitudes moyennes, les vents forment des vortices qui complexifient la structure des cellules de Ferrel. Il se crée ainsi des cellules cycloniques (dépressionnaires) et anticycloniques dont le développement au cours de l’année règle le climat des régions tempérées. Les cellules de Ferrel sont séparées des cellules polaires par une zone de fort contraste thermique : le front polaire. A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 11 / 36 La circulation atmosphérique Question 3 D’après votre profil, comment sont générés les vents à la surface de la Terre ? A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 12 / 36 La circulation atmosphérique Question 3 D’après votre profil, comment sont générés les vents à la surface de la Terre ? Dans la partie inférieure de la troposphère, l’air se déplace des zones de hautes pressions vers les zones de basses pressions et sont déplacés vers l’ouest par la force de Coriolis. Aux basses latitudes (de 0° à 30° de latitude), ce sont les alizés. Aux moyennes latitudes (de 30° à 60° de latitude), ce sont les vents d’ouest. Aux hautes latitudes, ce sont les vents d’est. A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 12 / 36 La circulation atmosphérique Question 3 D’après votre profil, comment sont générés les vents à la surface de la Terre ? Dans la partie inférieure de la troposphère, l’air se déplace des zones de hautes pressions vers les zones de basses pressions et sont déplacés vers l’ouest par la force de Coriolis. Aux basses latitudes (de 0° à 30° de latitude), ce sont les alizés. Aux moyennes latitudes (de 30° à 60° de latitude), ce sont les vents d’ouest. Aux hautes latitudes, ce sont les vents d’est. Des vents sont également observés au dessus de la troposphère : le cas des jets streams. Au niveau du front polaire, l’affrontement des masses d’air chaud méridionales et des masses d’air froid polaires provoque une chute importante de l’altitude de la tropopause. Il en résulte un très fort gradient de pression qui engendre des vents d’ouest violents : les jets streams (atteignant des vitesses de 400 à 500 km/h. Dans le sens New York - Paris, les avions de ligne volent à 12 km d’altitude afin de bénéficier de l’aide de ces vents (gain de 1 heure). Sur le trajet retour leur altitude est de 9 km seulement pour ne pas lutter contre ces vents). A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 12 / 36 La circulation océanique de surface Question 1 Sur la base de la figure 3, quels sont les facteurs qui contrôlent la circulation océanique de surface ? A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 13 / 36 La circulation océanique de surface Question 1 Sur la base de la figure 3, quels sont les facteurs qui contrôlent la circulation océanique de surface ? Les deux principaux moteurs de la circulation océanique sont l’action des vents et la densité (en relation avec la température et la salinité des eaux : circulation thermohaline). Comme pour les vents, les mouvements généraux des eaux sont déviés par la force de Coriolis. A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 14 / 36 La circulation océanique de surface Question 2 Complétez la figure 3 en traçant les courants de surface dans l’Atlantique Nord A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 15 / 36 La circulation océanique de surface Question 2 Complétez la figure 3 en traçant les courants de surface dans l’Atlantique Nord A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 15 / 36 La circulation océanique profonde Datation au 14C A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 16 / 36 La circulation océanique profonde Question 1 Repérez sur la figure 4 où se forment les eaux profondes. Expliquez ensuite leur formation. A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 17 / 36 La circulation océanique profonde Question 1 Repérez sur la figure 4 où se forment les eaux profondes. Expliquez ensuite leur formation. A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 18 / 36 La circulation océanique profonde Question 1 Repérez sur la figure 4 où se forment les eaux profondes. Expliquez ensuite leur formation. Les zones les plus importantes de formation des eaux de fond sont l’Atlantique Nord (mers de Norvège et du Groenland). La formation des glaces et le refroidissement font augmenter la densité des eaux entraînant leur plongement. A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 19 / 36 La circulation océanique profonde Question 1 Repérez sur la figure 4 où se forment les eaux profondes. Expliquez ensuite leur formation. Les zones les plus importantes de formation des eaux de fond sont l’Atlantique Nord (mers de Norvège et du Groenland). La formation des glaces et le refroidissement font augmenter la densité des eaux entraînant leur plongement. En complément : À noter que pour l’Atlantique Nord, la forte évaporation au niveau du Golfe du Mexique ainsi que les injections des eaux méditerranéennes via le détroit de Gibraltar font que le Gulf Stream présente déjà une salinité élevée (35,25 g/L pour une moyenne des océans de 34,72 g/L). Un simple refroidissement permet alors le plongement des eaux de surface (l’action de la formation des glaces est minimale contrairement à ce qui se passe en Antarctique). A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 19 / 36 La circulation océanique profonde Question 2 Quelle est l’orientation générale de la circulation océanique profonde ? A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 20 / 36 La circulation océanique profonde Question 2 Quelle est l’orientation générale de la circulation océanique profonde ? Une orientation essentiellement méridienne. L’Eau Profonde Nord Atlantique (en moyenne 2°C et 34,9 g/L) se forme au niveau des mers du Groenland et de Norvège. Elle se répand largement vers le sud-est dans l’Atlantique Nord, puis s’insinue dans l’Atlantique Sud. Elle se combine alors avec les eaux de fond antarctiques, avant de se répandre dans tous les océans. Les autres océans ne présentent pas de zones de formation d ?eaux profondes. L’Océan Indien est à une latitude tropicale et le Pacifique Nord, malgré sa position, ne produit pas d’eau de fond car la salinité de la mer de Béring est trop faible (33 g/L) pour conduire à des eaux suffisamment dense même après la formation de glace de mer (le courant Kuroshio n’est pas aussi salé que le Gulf Stream car il vient duune zone où les précipitations compensent l’évaporation). A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 20 / 36 La circulation océanique profonde Question 3 Calculez la vitesse des eaux profondes. Comparez cette vitesse avec celle de que vous pensez être caractéristique des eaux de surface A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 21 / 36 La circulation océanique profonde Question 3 Calculez la vitesse des eaux profondes. Comparez cette vitesse avec celle de que vous pensez être caractéristique des eaux de surface A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 21 / 36 La circulation océanique profonde Question 4 Combien de temps faut – il en moyenne pour que de l’eau des océans décrive une circulation globale qui la ramène à son point de départ A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 22 / 36 La circulation océanique profonde Question 4 Combien de temps faut – il en moyenne pour que de l’eau des océans décrive une circulation globale qui la ramène à son point de départ A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 22 / 36 Productivité primaire Question 1 A partir de la figure 5, commettez la distribution de la productivité primaire (planction marin). A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 23 / 36 Productivité primaire Question 1 A partir de la figure 5, commettez la distribution de la productivité primaire (planction marin). Les zones de haute productivité primaire se concentrent : 1 à l’embouchure des grands fleuves. Les grands fleuves transportent une grande quantité d’éléments dissous. Ces derniers favorisent le développement de la vie dans des aires de très forte productivité biologique ; 2 le long de la bande péri-équatoriale et péri-polaires ; 3 le long de certaines côtes continentales. A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 24 / 36 Productivité primaire Question 2 Pouvez – vous faire un lien avec la circulation océanique ? A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 25 / 36 Productivité primaire Question 2 Pouvez – vous faire un lien avec la circulation océanique ? A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 25 / 36 Distribution des sédiments océaniques Question 1 A partir des figures 6, 7 et 8, pouvez – vous faire un lien entre la distribution de sédiments océaniques et la profondeur ? A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 26 / 36 Distribution des sédiments océaniques Question 1 A partir des figures 6, 7 et 8, pouvez – vous faire un lien entre la distribution de sédiments océaniques et la profondeur ? A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 27 / 36 Distribution des sédiments océaniques Question 1 A partir des figures 6, 7 et 8, pouvez – vous faire un lien entre la distribution de sédiments océaniques et la profondeur ? A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 28 / 36 Distribution des sédiments océaniques Question 1 A partir des figures 6, 7 et 8, pouvez – vous faire un lien entre la distribution de sédiments océaniques et la profondeur ? A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 29 / 36 Distribution des sédiments océaniques Question 2 A partir des figures 6, 7 et 8, pouvez – vous faire un lien entre la distribution de sédiments océaniques et la productivité primaire ? A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 30 / 36 Distribution des sédiments océaniques Question 2 A partir des figures 6, 7 et 8, pouvez – vous faire un lien entre la distribution de sédiments océaniques et la productivité primaire ? A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 31 / 36 Distribution des sédiments océaniques Question 2 A partir des figures 6, 7 et 8, pouvez – vous faire un lien entre la distribution de sédiments océaniques et la productivité primaire ? A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 32 / 36 Distribution des sédiments océaniques Question 2 A partir des figures 6, 7 et 8, pouvez – vous faire un lien entre la distribution de sédiments océaniques et la productivité primaire ? A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 33 / 36 Distribution des sédiments océaniques Question 3 Comment expliquer les différences entre les océans Atlantique, Pacifique et Indien A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 34 / 36 Distribution des sédiments océaniques Question 3 Comment expliquer les différences entre les océans Atlantique, Pacifique et Indien A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 34 / 36 Distribution des sédiments océaniques Les facteurs de contrôle de la sédimentation océanique climat circulation océanique érosion des continents productivité biologique tectonique des plaques profondeur des océans A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 35 / 36 Distribution des sédiments océaniques A retenir Connaissances Circulation atmosphérique générale : caractéristiques et moteur Circulation océanique générale de surface Techniques Analyser une carte Circulation thermohaline : caractéristiques et moteur Calculer une vitesse Importance des courants sur la productivité biologique Facteurs de contrôle de la sédimentation océanique A. Aubray & M. Bocher (UCBL) U.E. Géosciences 10 et 17 avril 2014 36 / 36
