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Utiliser un modèle en mode simulation pour tester des hypothèses Thème d'étude : L'évolution du climat du Silurien au Permo-Carbonifère. Projet INRP -

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Présentation au sujet: "Utiliser un modèle en mode simulation pour tester des hypothèses Thème d'étude : L'évolution du climat du Silurien au Permo-Carbonifère. Projet INRP -"— Transcription de la présentation:

1 Utiliser un modèle en mode simulation pour tester des hypothèses Thème d'étude : L'évolution du climat du Silurien au Permo-Carbonifère. Projet INRP - ERTé - ACCES - Equipe dOrléans-Tours. Les équations qui régissent le fonctionnement du modèle étant complexes, il ne semble pas envisageable davoir avec les élèves une démarche de construction du modèle mais plutôt une utilisation en mode simulation. Cet outil peut sinsérer dans une démarche scientifique et permet de répondre (avec les réserves que cela implique) à une problématique.

2 Les réactions qui régissent le cycle du carbone à long terme. Dissolution des carbonates CaCO3 + H2O + CO2 Ca2+ + 2HCO3- (1 du minéral, lautre de latmosphère) Précipitation des carbonates Ca2+ + 2HCO3- CO2 + H20 + CaCO3 Bilan nul : Réactions équilibrées à léchelle du millier ou million dannées. Altération des silicates calciques CaAl2Si2O8 + 3H2O + 2CO2 Ca2+ + Kaolinite + 2HCO3- Acheminés par leau douce vers locéan, un des deux CO2 prélevés participe à la formation dun CaCO3, lautre est restitué à latmosphère. Bilan : 1 CO2 prélevé à latmosphère. Les variations aux grandes échelles de temps ne sont liées quaux variations de laltération continentale.

3 Le métamorphisme et le volcanisme permettent un retour dans latmosphère du CO 2 stocké dans les carbonates CaCO3 + SiO2 CaSi03 + CO2 Pour la matière organique : CH2O + O2 CO2 + H2O Retour vers latmosphère par lintermédiaire du volcanisme des zones de subduction Géorespiration (après enfouissement et remontée en surface) Enfouissement de M.O (formation du pétrole, du charbon, du gaz …)

4 Comprendre linfluence de la biosphère sur le climat de la fin du primaire en utilisant un modèle du cycle du carbone à long terme. Modèle adapté de Geocarb II, Berner Réservoirs lithosphériques Réservoir superficiel

5 Tester des hypothèses sur le refroidissement du climat à la fin du primaire. Le modèle : Adapté de Géocarb II, modèle du cycle du carbone à long terme sur 600 Ma. Problème : Comment expliquer les variations climatiques de la fin du primaire ? Démarche : Utiliser les supports classiques de la géologie (documents, roches, vidéos,cartes…) pour faire constater le refroidissement et faire émerger les trois hypothèses pouvant expliquer ce refroidissement : Lien entre refroidissement et enfouissement de la matière organique au carbonifère ? Ensuite le modèle est utilisé en mode simulation suite à ce travail préliminaire pour tester la validité de telles hypothèses et pour les hiérachiser les unes par rapport aux autres. Lélève agit sur les paramètres du modèle. Intérêt de la simulation : conclure quant à la pertinence et limportance relative des hypothèses testées. Lélève répond au problème posé. Lien entre refroidissement et surrection de la chaîne hercynienne ? (utilisation de mesurim et calculs) Lien entre refroidissement et évolution des végétaux, notamment lapparition de racines ?

6 Utiliser le modèle Résultats du scénario de référence basée sur les données géologiques. Zone étudiée Données de terrain Modèle du chercheur

7 Une méthode de validation du modèle par les données de terrain : Indice stomatique et pCO 2 Mesurer indirectement la quantité de CO 2 atmosphérique passée (daprès Royer et al.). Feuille de Ginkgo fossile Etalonnage sous atmosphère contrôlée en CO2. Résultats obtenus pour le Paléocène et lEocène Travaux élèves : Mesurer indirectement la quantité de CO 2 atmosphérique actuelle.

8 Hypothèse 1 : Lenfouissement de la matière organique Données géologiques obtenues à partir déchantillonnage de terrain. Simulation : un enfouissement constant au cours des temps géologiques. Linventaire des dépôts de charbons et de pétroles au cours des temps géologiques a permis destimer la quantité de m.o enfouie et construire la courbe ci-dessous utilisée dans le modèle. Un paysage au carbonifère.

9 Hypothèse 2 : Lapparition des végétaux vasculaires avec leur appareil racinaire. fe est un coefficient multiplicateur qui agit dans le modèle sur laltération des silicates. 1: Apparition des végétaux vasculaires possédant des racines a partir de Silurien terminal jusqu'a l'extension maximale des Gymnospermes en 2 2: Les Gymnospermes vont dominer le monde jusqu'en 3 3: Apparition des Angiospermes avec qui l'altération continentale s'accélère. 1 Simulation : lapparition des végétaux vasculaires est retardée. Les racines augmentent la surface dattaque des roches par leau. Évolution de la taille des racines au Dévonien.

10 Hypothèse 3 : La surrection de la chaîne hercynienne. En marron, le relief Carbonifère supérieurSilurien inférieur Utilisation de Mesurim pour déterminer la surface occupée par la chaîne hercynienne et calculs de la quantité de CO 2 consommé.

11 Résultats des simulations Hypothèse 1 (enfouissement de la M.O) Hypothèse 2 (apparition des végétaux vasculaires) Simulation : enfouissement de M.O constant Simulation : lapparition des végétaux vasculaires est retardée de 100 Ma. Hypothèse 3 (surrection de la chaîne hercynienne) Résultats du calcul / Utilisation de Mesurim


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