Terminale S 2016-2017
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Terminale S 2016-2017

Les variations climatiques et l'évolution de l'atmosphère

L'atmosphère initiale de la Terre a beaucoup évolué au cours des temps géologiques, grâce à la formation des océans et à l'apparition de la vie. Des indices sont présents dans les roches sédimentaires. Au cours du dernier milliard d'années, on peut retracer les climats grâce aux informations présentes dans les calottes glaciaires et les roches sédimentaires.

I

Généralités sur le climat

Le climat résulte d'un ensemble de paramètres qui influent sur la biosphère et la géosphère :

  • La quantité d'énergie reçue du Soleil
  • Les interactions permanentes entre la biosphère et la géosphère, notamment au travers des cycles de l'eau et du carbone

La quantité d'énergie reçue par le Soleil varie en fonction de :

  • Plusieurs paramètres physiques liés à la position de la Terre dans l'espace
  • L'albédo, plus important en période glaciaire qu'en période interglaciaire

Albédo

L'albédo est le pouvoir réfléchissant de la Terre, au travers des calottes glaciaires qui réfléchissent l'énergie solaire.

L'albédo est plus important en période glaciaire car la surface recouverte par les glaces est plus importante.

II

De l'atmosphère initiale à l'atmosphère actuelle

A

Les mécanismes de transformation de l'atmosphère

L'atmosphère initiale était composée de :

  • 83% de vapeur d'eau
  • 12% CO2
  • 5% N2

Le CO2 et la vapeur d'eau sont deux gaz à effet de serre.

Il y a 4,4 milliards d'années environ, la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère s'est condensée et a formé les océans. L'atmosphère s'est ainsi 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.

Il y a 3,5 milliards d'années sont apparues les cyanobactéries.

Cyanobactéries

Les cyanobactéries sont des bactéries photosynthétiques.

Les cyanobactéries, procaryotes aquatiques, réalisent la photosynthèse. Par ce biais, elles ont utilisé le CO2 dissous dans l'eau des océans pour produire leur matière organique, et ont produit de l' O2. Ce dioxygène a saturé l'eau des océans jusqu'à ce que la quantité permette son relâchement 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.

B

Les indices des transformations de l'atmosphère

Plusieurs indices ont permis de reconstituer les grandes transformations qu'a subies l'atmosphère initiale pour aboutir à notre atmosphère actuelle :

  • Les dépôts de fer rubané : ces dépôts de fer oxydé, dans les sédiments marins, montrent l'apparition du dioxygène océanique. En effet, le fer ne s'oxyde qu'en présence d'oxygène. On les trouve dans des roches datant de −4 milliards d'années à −2 milliards d'années.
  • La présence d'uraninite dans les dépôts détritiques des fleuves entre −3,5 et −2,2. 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.
  • La présence de stromatolithes à partir de −3,5 milliards d'années. Les stromatolithes sont des dépôts de calcaire dus à l'activité photosynthétique des cyanobactéries, ce qui montre le mécanisme d'apparition de l'oxygène océanique.
III

La composition de l'atmosphère au cours des 800 000 dernières années

Les glaces se déposent en couches, sur le même mode que les sédiments, en enfermant des bulles d'air. Ainsi, en creusant les calottes glaciaires, on peut remonter à des glaces déposées jusqu'à il y a 800 000 ans. La composition des glaces nous permet de retracer les variations climatiques en apportant plusieurs indices au travers :

  • Du rapport isotopique 18O/16O
  • De la palynologie
  • De la composition des bulles d'air emprisonnées
A

Le rapport isotopique de l'oxygène

L'oxygène de l'eau est présent en deux isotopes :

  • 16O, léger
  • 18O, lourd

Lorsque le climat était froid, le rapport 18O/16O dans les glaces formées à l'époque était faible. Lorsque le climat était chaud, le rapport était fort.

B

La palynologie

Palynologie

La palynologie est la science de l'étude des pollens.

Les pollens sont les gamètes mâles des plantes. Ils sont légers et se déplacent principalement grâce au vent. On en retrouve ainsi dans les dépôts glaciaires.

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.

Principe d'actualisation

Le principe d'actualisation dans la palynologie est d'adapter les informations apportées par les plantes actuelles aux plantes similaires de l'époque.

La découverte de pollens proches d'espèces actuelles typiques des climats chauds signifiera qu'il existait un climat chaud à l'époque de cette découverte.

C

La composition des bulles d'air

Les bulles d'air emprisonnées dans les glaces renseignent sur la composition de l'atmosphère de l'époque.

IV

L'effet de serre

L'effet de serre est déterminé par la composition atmosphérique, et notamment par les gaz à effet de serre.

Gaz à effet de serre

Les gaz à effet de serre retiennent les infrarouges de la lumière solaire, responsables de la chaleur, et augmentent ainsi la température au sein de l'atmosphère.

Le CO2 est un exemple de gaz à effet de serre.

L'effet de serre est l'un des paramètres qui influencent le climat global, tout comme les paramètres astronomiques par exemple.

Les variations de concentration des gaz à effet de serre, notamment du dioxyde de carbone, peuvent être d'origine naturelle ou artificielle. Ce phénomène forme une boucle d'action positive : 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.

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, bien qu'une modélisation soit complexe.

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