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Spécialité Chapitre II Evolution récente de l’atmosphère et du climat Introduct

Spécialité Chapitre II Evolution récente de l’atmosphère et du climat Introduction L’observation de plus en plus fréquente de tempêtes, sécheresse, inondations pousse les scientifiques à s’interroger ; Le climat a-t-il changé ? L’homme en est il responsable ? Seule l’étude des changements climatiques dans le passé permettra de mieux comprendre les mécanismes à l’origine de ces changements. I- Evolution de la composition atmosphérique Activité 1 p 98- 99 1) Formation de la glace au cours des temps géologiques : La neige est un assemblage très aère de cristaux de glace Par accumulation cette neige se tasse, les cristaux se transforment en granules qui finissent par se souder pour former de la glaces compacte 2) Précieux indices climatiques contenus dans la glace :  Doc. 1 et 2 :  Interprétation graphes : Les graphiques obtenus grâce aux mesures réalisées à partir du forage au Dôme C en Antarctique permettent d’observer des variations périodiques de trois gaz à effet de serre : - le dioxyde de carbone - le protoxyde d’azote - le méthane. Les trois graphes peuvent être corrèles et montrent 7 a 8 phases (durant environ 800 000 ans) ou les concentrations varient en moyenne de : - 55 % pour CO2 (entre 250 ppm et environ 125ppm) - 42 % pour N2O (entre 290ppb et environ 170 ppb) - 75 % pour CH4 (entre 0 ,7 ppm et environ 0,4 ppm). Les courbes montrent des oscillations autour d’un point moyen relativement constant sauf pour le CO2 ou les variations semblent plus marquées depuis 400 000 ans et pour le méthane qui voit sa concentration fortement augmenter dans la période la plus récente.  Doc. 3 : Evolution actuelle de la composition atmosphérique : - Interprétation graphe : Les concentrations des trois gaz montrent toutes une augmentation nette depuis 1850 cette augmentation est extrêmement importante depuis 1950 Valeurs mesurées actuellement : 1 - 390 ppm de CO2 - 1,75 ppm de CH4 - 320 ppb de N2O Ces valeurs dépassent toutes nettement les concentrations maximales atteintes depuis 800 000 ans. Les mesures actuelles de la concentration en CO2 confirment les données glaciaires avec des concentrations particulièrement élevées dans l’hémisphère Nord entre 30 et 60° de latitude.  Doc. 4 : Evolution de la pollution atmosphérique L’évolution de la concentration en tétrachlorure de carbone ne peut s’expliquer que par les activités humaines domestiques et industrielles. Les mesures réalisées dans la glace sont ainsi cohérentes avec le développement de l’utilisation des CFC dans les années 1950 puis sa réglementation à partir des années 1990. Conclusion : Les bulles d’air emprisonnées dans les glaces polaires permettent d’observer une augmentation inégalée depuis 800 000 ans des concentrations en CO2, N2O et CH4. La précision des mesures et la réalisation de nombreux forages permettent actuellement de suivre sur quelques dizaines d’années, l’évolution de certains polluants atmosphériques d’origine humaine II- Paléo température : - Introduction : L’élément O2 existe sous 2 formes isotopiques 16O et 18O L’eau est un mélange de : H2 16O (99,9%) et de H2 18O (0,2 %) Les proportions sont mesurées à l’aide d’un spectromètre de masse On établie le rapport δ18O = 18O/16O dans les glaces ou dans l’eau Les études peuvent également être réalisées sur le deutérium (D) isotope lourd de l’hydrogène. On définit le δD =D/H le δD variant de la même façon que δ18O  Doc I : Corrélation entre la variation du δ18 O et celles de la Température : Carte a : Elle montre que plus la latitude augmente plus la valeur du δ18O diminue Cela signifie que le rapport de concentration 18O/16O diminue : les précipitations sont donc proportionnellement enrichies en 16O (ou appauvries en 18O).En effet, une masse d’air se charge de vapeur d’eau vers les basses latitudes. Au cours de son transport vers les hautes latitudes, elle va s’appauvrir progressivement en isotopes lourds, au fil des condensations successives. Plus la masse d’air se refroidit, plus elle se condense, et plus l’eau des précipitations est appauvrie en oxygène 18 Remarque : le phénomène est comparable en ce qui concerne le deutérium D 2 En corrélant les valeurs du δ18O mesurées dans les précipitations avec les relèves de température aux différentes latitudes correspondantes, on obtient une représentation linéaire. On dispose ainsi d’un ≪ thermomètre ≫ : la mesure du δ18O correspond bien à une température. Cette méthode permet de mesurer des températures ≪ fossilisées ≫ sous forme de rapports 18O mesurables dans les glaces anciennes. 303  Doc. 1 : paléo thermomètre au Groenland et en antarctique : - Interprétation graphe : - le δ18O et δD évolues de la même manière plus il fait froid plus les rapports sont faibles. Ces rapports sont donc fonction de la température  Doc. 2 : évolution de la température depuis 800000 ans - Le graphe montre plusieurs cycles climatiques (8) marques par une augmentation relativement brusque de la température (entrée dans une période interglaciaire) et une baisse plus progressive (retour vers une période glaciaire (des oscillations plus ou moins importantes existent en particulier à l’intérieur des périodes glaciaires).  Doc. 3 : - Les forages GISP, GRIP au Groenland et Vostok en Antarctique permettent de préciser l’évolution des paleotemperatures au cours des derniers 100 000 ans, de comparer ces variations dans les deux régions polaires. -Les graphes δ18O et δD sont très semblables. Ils permettent d’établir qu’il y a 85 000 ans la température a commence à chuter (– 12 °C) pour atteindre un minimum il y a 70 000 ans. De nombreuses petites oscillations marquent cette période glaciaire (notamment de – 70 000 ans a – 18 000 ans). Puis, la température augmente ≪ Rapidement ≫, jusque vers – 10 000 ans (amplitude de l’ordre de + 12 °C) et reste élevée, avec des oscillations : nous sommes désormais en période interglaciaire A Vostok, les grandes variations précédentes sont a peine décalées dans le temps, les oscillations à l’intérieur de la période glaciaire sont moins marquées. La bonne corrélation entre les deux pôles suppose qu’il existe une origine globale aux grandes variations constatées. Conclusion : L’utilisation d’un thermomètre isotopique fondée sur le rapport concentration d’isotopes (δ18O d’une part, δD d’autre part) permet de mettre en évidence une succession de périodes glaciaires et interglaciaires d’une amplitude globale de 10 a 15 °C et dont l’origine est naturelle 3 III- Pollen et évolution climatique locale Les sédiments lacustres et les tourbières (tourbe = roche provenant de la transformation de débris végétaux par décomposition lente) contiennent des archives des variations climatiques locales : les associations polliniques. Une reconstitution des paléo environnements est possible si on suppose que les exigences climatiques des végétaux du passé étaient les mêmes qu’actuellement. Activité 3 p102- 103  Doc. 1 : Pollens, associations végétales et climats - les pollens se ≪ fossilisent ≫ très bien, leur apparence est caractéristique de l’espèce qui les a produits, on peut les extraire assez facilement de tourbe ou de sédiments lacustres (archives assez fréquentes). Ils représentent ainsi une source précieuse d’informations sur les climats continentaux 305  Doc. 2 : Grandes formations végétales ou biomes représentatives des différentes zones climatiques. Biome Zone climatique Toundra Climat polaire plantes herbacées Forêt boréale Climat subpolaire épicéa, sapin, pin, bouleau, Forêt tempérée fraîche à forêt tempérée Climat tempéré océanique à continental chaine ,hetres, érables Steppes froides et tempérées Climat de steppe Climat froid à tempéré plantes herbacées (armoise) Forêt chaude Climat méditerranéen , chênes verts, chênes lièges  Doc. 3 : reconstitution des grandes tendances de l’évolution du climat dans la région du lac d’Amsoldinger (suisse) spectre pollinique: - 16 000 ans : Il montre une prédominance de : - poacees (28 %),- d’artemisia (21,2 %). Ceux-ci représentent la moitie de la totalité des pollens trouves. La moitie restante est constituée aux par : 4 - des pollens de Cyperacea, d’helianthemum (2/3) - d’arbres : des pins et des bouleaux (1/3). Tous ces pollens traduisent l’existence d’une steppe froide. diagramme pollinique : il schématise l’évolution dans le temps des spectres polliniques successifs Interprétation diagramme : Ce diagramme permet d’identifier deux phases successives : - 12 500 ans a – 9 000 ans : la steppe froide est remplacée par une foret boréale ou les arbres de climat froid prédominent (85 %). Cette phase correspond a une augmentation importante des précipitations - Depuis 8 000 ans et surtout depuis 6 000 ans présence de 50 % de pollens d’arbres de climat tempéré, 20 % d’arbres de climat froid, ce qui correspond au climat régnant actuellement dans cette localité : climat semi-continental montagnard. Conclusion: Les pollens constituent des archives climatiques par leur aptitude à se conserver dans les sédiments continentaux. Leur étude permet de vérifier et de compléter les données glaciaires. Seule l’évaluation du pourcentage des différentes espèces de pollens présentes dans plusieurs niveaux sédimentaires, couplée à des datations absolues (diagramme pollinique), permet de retrouver les variations climatiques locales IV- Evolution globale du climat activité 4 p. 104-105 Evolution globale du climat depuis 20 000 ans à partir des indices glaciaires et polliniques uploads/Geographie/ climatchapitre-ii.pdf