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06-02-17 1 Geo 1111 Géographie générale Le système Terre Objectif du cours • dé

06-02-17 1 Geo 1111 Géographie générale Le système Terre Objectif du cours • décrire les changements de l’environnement • analyser les impacts de l’homme sur cet environnement • rechercher les causes et les conséquences de ce phénomène d’évolution. 06-02-17 2 Plan de cours 1. La planète en changement continu 2. La terre en tant que système 3. Le changement global 4. L’empreinte de l’homme 5. Structure du cours 1 La planète en changement continu • La seule planète qui supporte la vie humaine • Espace limitée: – 70 % de la surface totale couvert par les océans – Surface terrestre: 20% couvert par la neige, 20 % montagneux et 30% apte à l’agriculture 06-02-17 3 Agents de changements environnementaux • Forces naturelles ont formé la surface terrestre (climat, vent, eau, tremblement de terre, éruptions volcaniques, impacte de comètes) • Les organismes se sont adapté ou ont modifié l’environnement Figure 20.1 Echelle géologique: glaciations et extinction d’espèces 06-02-17 4 Extinction des espèces (difficultés d’adaptation aux changements • 440 M y BP: refroidissement global, extinction de 25 % des familles taxonomiques • 370 M y BP: extinction de 25 % des familles • 245 M y BP: changement climatique ou impact d’une météorite, extinction de 54 % des familles • 210 M y BP: extinction de 23 % des familles • 65 M y BP: transition Cretacée-Tertiaire, impact d’une comète, extinction de tous les dinosaures et ammonites Limite Crétacé/Tertiaire Impacte de météorite (10 km diamètre, Chicxulub cratère): N Amérique couche enrichie en Irridium au limite K/T et sédiment fondu: verre, quartz impacté 06-02-17 5 Enregistrer les changements Isotopes: atomes d’un élément avec même nombre de protons mais différence en nombre de neutrons Caractéristiques chimiques similaires, mais physiques différentes L’eau de l’océan: fractionnement isotopiques pendant évaporation et précipitation H2O: 1H et 2H (D) 16 O 18O Analyse de 18O dans les précipitations, neiges et glaces 18O = (18O/16Oice - 18O/16OSMOW)/ 18O/16OSMOW SMOW: Standard Mean Ocean Water: 18O/16O= 2005 ppm Source de précipitation (vapeur d’eau) majoritairement océans subtropicaux (temp. élevé, Rh faible). 06-02-17 6 Effet de latitude et altitude Equateur Pôle Nord Températures de l’océan relativement stable δ18O reflète la température de l’endroit où la précipitation est tombée: δ18O = aT + b Groenland a= 0.67; Antarctique a = 0.76 (Jouzel et Merlivat, 1984) a= 0.33 (Cuffey et al, 1995) Montagnes Fractionnement entre 18O et 16O pendant changement de phase 1 16 18 16 18 18   vapeur O O liquide O O O  06-02-17 7 Tendances actuelles dans les précipitations: Latitude Altitude Effet de température (été – hiver) 06-02-17 8 Paléothermomètre à l’aide de 18O Période froide: calottes glaciaires: appauvries (δ 18O <<) Océans: enrichis (δ 18O >>) Figure 20.8 Source: P. WIlliamson, University of Bern Calottes glaciaires: paléo précipitation 06-02-17 9 Figure 20.9 Source: After Peel, 1994 Carottes de glace Foraminifères benthiques • Squelettes représentent la composition de l’eau dans la profondeur des océans (CaCO3) contient 18O et 16O • 18O/16O de l’eau des océans varie en fonction d’évaporation et précipitation • Glaciation: L’eau de précipitation fixée sous forme de calottes glaciaires: 18O dans l’océan > 06-02-17 10 SMOW: Standard Mean Ocean Water: 18O/16O= 2005 ppm SMOW 2 La Terre en tant que système • La vie (humaine) dépend des interactions, des synergies entre composants et des feedbacks • Interaction des processus biophysiques et antropogènes 06-02-17 11 Concept du système Terre déclenché par: • Le regard sur la Terre : monde vivant au milieu de l’espace • Les systèmes d’observation global (satéllites) • Bases de données globales • La capacité de réconstruction des conditions historiques • Capacité accrue de calcul Théorie de forçage Orbital • 1912 Milutin Milankovitch – A poursuivi les travaux du 19ème siècle de J. Adhemar et J. Croll – A calculé la radiation reçue quand l’orbite de la Terre varie • Quantité d’énergie solaire qui atteint les différentes parties de la Terre varie avec les altérations cycliques de l’orbite de la Terre au tour du soleil à cause de: 1. Eccentricité de l’orbite cycle de 100,000 ans 2. Inclinaison de la Terre (21o à 24o et retour ) cycle de 41,000 ans 3. Précession des équinoxes cycles de 19,000 ans et 21,000 ans 06-02-17 12 Figure 20.2 Preuves de changement climatique à cause de forçage orbital • La première preuve continue provient d’une carotte de sédiment océanique (Emiliani, 1955) – Rapport isotopique d’oxygène de squélettes de foraminifères – Chimie de l’océan change quand l’eau est fixée dans les calottes glaciaires – A démontré beaucoups de fluctuations du climat de la Terrre qui coïncident en partie avec les prédictions de Milankovitch • Archives de changement du niveau de la mer – Ex. Récifs coralliens – possible de dater les périodes de croissance jusqu’à il y a 160,000 ans • Datation utilise le rapport uranium/thorium dans le corail – Correspondent avec les cycles Milankovitch • Maintenant plusieurs douzaines de phases chaudes et froides sont reconnues – Intervals glaciaires et interglaciaires – Périodes d’une intensité moindre et variation plus courte: stadiaires (froid) et interstadiaires (chaud) 06-02-17 13 Orbital forcing and global ice volume for the past 1.6 million years with calculated effect of orbital forcing parameters on solar radiation received at 65°N: (a) eccentricity; (b) tilt. Problèmes liés à la théorie de forçage orbital 1. Effet du forçage orbital devrait se manifester sur un seul hémisphère à la fois – Saisonalité de l’hémisphère nord devrait dominer les changements globaux – Carottes de glace, formes du paysage, analyse de pollen suggèrent calottes glaciaires en ‘tandem’ sur les hémisphères sud et nord 2. Changements de température attendus ne sont pas suffisants pour expliquer les changements de température nécessaires pour induire des changements de calottes glaciaires – 4o C à 6oC d’écart 3. D’après les calculs les cycles de 100,000 ans ont un effet plus faible que les cycles plus courts, pourtant le cycle de 100,000 ans est dominant 4. Devrait être une croissance et une chute lisse – pourtant un comportement de dent de scie est observé – Période glaciaire se produit lentement et termine de manière abrupte • Besoin d’autres mécanismes explicatifs 06-02-17 14 Preuves de l’existence d’un système Terre • Variations temporelles similaires de la température (18O), concentration des gaz à effet de serre et poussière montrent interaction entre processus physiques et biologiques • Cycles de température sont réguliers (100,000 ans) et assymétriques: interaction entre forçage orbit terrestre et processus biologiques • L’étendu de la variation est limitée et similaire: auto-régulation du système Vostok ice core: Température: isotopes de l’eau Gaz à effet de serre: atmosphère historique conservé dans les bulles d’air 06-02-17 15 Le système Terre • Fermé pour la matière, l’énergie vient du soleil • Processus physiques, chimiques et biologiques interconnectés cyclent la matière. Feedbacks aussi importants que le forçage externe • Processus biologiques/ecologiques fondamental pour la dynamique du système • Humains, leurs sociétés et activités composant intégral du système • Variations peuvent se produire à différentes échelles temporelles 3 Le changement global Vostok ice core Mauna Loa, Hawaii 06-02-17 16 Carottes de glace et concentration de gaz à effet de serre • Le changement de concentration de CO2 récent en dehors de la gamme de variation naturelle • Carotte en détail: forçage solaire quelques milliers d’année avant la déglaciation: feedback entre processus biologiques et physiques 06-02-17 17 Agents de changement environnemental (1) • Agriculture: 10.000-12.000 ans BP (domestication, céréales): 5 millions • Age de bronze et de fer: 3300 BC- 0 AD (métaux, roue, cheval): 7 millions • Anciens Grecs et Romains 0-550 (verre, cartographie): 220 millions • Moyen âge et renaissance 500-1700 (horloge, boussole) 250 millions Agents de changement environnemental (2) • Révolution industrielle (1700- ) mécanisation, pollution de l’air, 600 millions • Révolution agraire (1750-1900) nouvelles cultures et technologies, 790 millions • ‘Green Revolution’(1944- ) expansion de la zone cultivée, intensification, modifications génétiques, 2350 millions • 2015: 7.4 milliard 06-02-17 18 Changement de l’utilisation des sols Pourcentage de la surface couverte par la végétation année Forêts Prairies Pâturages Champs Population (milliards) 8000 av JC 51 49 0 0 0.005 1700 AD 47 47 4 2 0.6 1900 43 40 10 6 1.6 1920 43 38 12 7 1.9 1940 41 35 16 8 2.3 1960 40 31 20 9 3 1980 38 26 25 11 4.4 1990 36 27 26 11 5.3 Changements récents (1) 06-02-17 19 Changements récents (2) • Population triplée depuis 1930 • Economie global *15 depuis 1950 • Inégalité: nations riches 15% de la population et 50% du PNB • Consomation de pétrole*3.5 depuis 1960 • Véhicules de 40 M (1940) à 676 M (1996) • Internet de 3M (1993) à 200 M (1999) connections • De 30% (1950) à 47% (2000) de la population en ville Impacts des changements récents • 40% du pétrole épuisé • 50% de la surface terrestre transformé • Plus de N fixé par les engrais que par les processus naturels • > 50 % de l’eau douce pour utilisé • Concentration de gaz à effet de serre • > 50% des mangroves détruit • uploads/Geographie/ s1-systeme-terre.pdf