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Les climats Fiche bac

I

L'évolution de l'atmosphère au cours des temps géologiques

L'atmosphère de notre planète a subi de grandes variations au cours des temps géologiques. Il est possible de les connaître aujourd'hui en étudiant :

  • Les roches
  • Les glaces
  • Les tourbières
A

La connaissance de l'atmosphère primitive

Pour connaître l'atmosphère primitive, les scientifiques s'intéressent aux chondrites qui sont des météorites. Ils pensent qu'elles sont le reflet des éléments constitutifs de notre système solaire et à l'origine de la formation de notre planète. De ce fait, en étudiant leur dégazage, on peut connaître l'atmosphère primitive de notre planète.

Notre atmosphère primitive était composée de :

  • 83% de vapeur d'eau
  • 12% de \(\displaystyle{\ce{CO2}}\)
  • 5% de \(\displaystyle{\ce{N2}}\)

L'atmosphère primitive était dépourvue de dioxygène, elle était réductrice. Aujourd'hui, étant formée de 21% de dioxygène, elle est oxydante.

B

Une évolution de l'atmosphère

Il y a 4,4 milliards d'années environ, la température diminuant, la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère s'est condensée et a formé les océans. L'atmosphère s'est ainsi en partie vidée de sa vapeur d'eau. En précipitant, la vapeur d'eau a entraîné le CO2 atmosphérique qui s'est retrouvé piégé dans les océans, ce qui a permis de former des roches carbonatées.

L'apparition du dioxygène est en lien avec le fonctionnement des stromatolithes. Ces dernières, proches des cyanobactéries actuelles, procaryotes aquatiques, réalisent la photosynthèse. Par ce biais, elles ont utilisé le \(\displaystyle{\ce{CO2}}\) dissous dans l'eau des océans pour produire leur matière organique et ont produit du dioxygène. Ce dioxygène a saturé l'eau des océans jusqu'à ce que la quantité permette son relâchement dans l'atmosphère, il y a 2,2 milliards d'années.

L'oxygène atmosphérique a permis la mise en place de la couche d'ozone qui, en stoppant les UV les plus nocifs, a permis l'apparition de la vie aérienne il y a 400 millions d'années environ.

C

Les marqueurs de l'évolution de l'atmosphère primitive à l'atmosphère actuelle

Pour étayer cette théorie, nous pouvons nous appuyer sur les gisements de fer rubané ou d'uraninite :

  • Le fer rubané est soluble dans les eaux désoxygénées et précipite sous forme d'hydroxyde ferrique en présence de dioxygène. Le fer rubané est retrouvé dans les océans à partir de −4 Ga, ce qui indique la présence de dioxygène à partir de cette époque. Ce dernier étant absent à partir de −2,2 Ga, c'est qu'il a été transféré sur le continent. On en déduit que le dioxygène est présent dans les océans à partir de −4 Ga et dans l'atmosphère à partir de −2,2 Ga.

  • La présence d'uraninite dans les dépôts détritiques des fleuves entre −3,5 Ga et −2,2 Ga. L'uraninite est soluble dans les eaux oxygénées, sa présence dans les eaux des fleuves de l'époque montre que ces eaux n'étaient pas oxygénées par l'atmosphère, et donc que cette dernière était dépourvue d'oxygène.

II

Les marqueurs d'une évolution récente des climats lors des 800 000 dernières années

Plusieurs méthodes permettent d'étudier les climats du passé, comme la composition des gaz des bulles présentes dans les glaces, le \(\displaystyle{\delta\ce{^{18}_{}O}}\) dans les glaces ou l'étude des pollens dans les tourbières.

A

La composition des bulles d'air des glaces

Les bulles d'air emprisonnées dans les glaces renseignent sur la composition de l'atmosphère de l'époque. L'étude des gaz présents dans les bulles d'air, comme le \(\displaystyle{\ce{CO2}}\) ou le méthane \(\displaystyle{\ce{CH4}}\), permet de mettre en évidence une variation cyclique de ces derniers sur les 800 000 dernières années avec une période de 100 000 ans, mais surtout une augmentation importante depuis le début du XXe siècle. Ces gaz sont des gaz à effet de serre, s'ils augmentent dans l'atmosphère, la température de cette dernière augmentera aussi.

B

L'étude du delta \(\displaystyle{\ce{^{18}_{}O}}\) dans les glaces

Le delta \(\displaystyle{\ce{^{18}_{}O}}\) dans la glace permet de connaître les précipitations et les températures de l'atmosphère du passé.

L'oxygène de la molécule d'eau est présent en deux isotopes :

  • \(\displaystyle{\ce{^{16}_{}O}}\), qui est l'isotope léger de l'oxygène.
  • \(\displaystyle{\ce{^{18}_{}O}}\), qui est l'isotope lourd de l'oxygène.

Ces deux isotopes vont permettre, en fonction de leur rapport, de connaître les températures des 800 000 dernières années :

  • Lorsque le climat était froid, le rapport \(\displaystyle{\dfrac{\ce{^{18}_{}O}}{\ce{^{16}_{}O}}}\) dans les glaces formées à l'époque était faible.
  • Lorsque le climat était chaud, le rapport était fort.

Il est possible d'utiliser de la même manière les isotopes de l'hydrogène, on calculera alors le delta deutérium ou \(\displaystyle{\delta D}\).

C

Les apports de la palynologie

La palynologie est l'étude des pollens qui sont les gamètes mâles des plantes. Les tourbières peuvent garder emprisonnés pendant de longues périodes des pollens. Grâce au principe de superposition, il est possible de connaître la date du dépôt.

Au microscope, il est possible de différencier les pollens des différentes espèces végétales. En fonction du type de pollen et de l'association des pollens, on peut, par le principe d'actualisation, avoir des informations sur le climat de l'époque. Pour cela, on réalise une analyse statistique des pollens trouvés à une profondeur donnée dans une tourbière, on date ces pollens et l'on peut reconstituer les associations végétales de l'époque (ou biomes) et donc la température.

III

Le climat de demain

A

Les paramètres induisant une variation des climats

Le climat résulte d'un ensemble de paramètres :

  • La quantité d'énergie reçue du Soleil, qui va pouvoir varier en fonction de paramètres physiques liés à la position de la Terre par rapport au Soleil.
  • À l'albédo, qui est le pouvoir réfléchissant de la Terre, au travers des calottes glaciaires qui réfléchissent l'énergie solaire. Plus l'albédo est fort, plus la planète réfléchit l'énergie solaire et moins elle est chauffée. De ce fait, en période glaciaire, les calottes polaires sont plus développées, l'albédo est fort, la Terre est plus difficilement réchauffable.
  • À l'effet de serre, qui est déterminé par la composition atmosphérique, et notamment par les gaz à effet de serre. Ces derniers retiennent les infrarouges de la lumière solaire, responsables de la chaleur, et augmentent ainsi la température au sein de l'atmosphère.
  • Les interactions permanentes entre la biosphère et la géosphère, notamment au travers des cycles de l'eau et du carbone.
-

Schématisation de l'effet de serre

B

La variation de nos climats

La connaissance des différents paramètres influençant le climat permet d'émettre des hypothèses sur l'évolution future de ce climat, notamment par des paramètres anthropiques. La modélisation est complexe. Ce sont les scientifiques du GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat) qui réalisent cette étude.

En fonction des rejets humains, ils réalisent plusieurs scénarios d'évolution des climats. Ces scénarios fonctionnent toujours sur le même modèle : s'il y a beaucoup de gaz à effet de serre, le climat se réchauffe, une partie de l'eau des océans s'évapore, le dioxyde de carbone des océans se retrouve dans l'atmosphère et la concentration de gaz à effet de serre augmente. Les glaces fondent et l'albédo diminue. Tous ces phénomènes concourent à accroître la température à la surface de la planète.