Atmosphère, hydrosphère, climats : du passé à l'avenir

Comment la connaissance des climats du passé et des mécanismes intervenant permet-elle de modéliser l’évolution du climat futur?

sommaire Les acquis  Chap.1: L’atmosphère primitive et son évolution.  Chap.2: L’évolution récente de l’atmosphère et du climat.  Chap.3: De l’évolution récente du climat au climat de demain.  Chap.4: Le crétacé : une période relativement chaude

La Terre est la seule planète du système solaire recouverte en grande partie d'eau. Cette eau est en perpétuel mouvement, favorisé par le rayonnement solaire.

Les acquis La Terre est une planète rocheuse du système solaire. Les conditions physico-chimiques qui y règnent permettent l’existence d’eau liquide et d’une atmosphère compatible avec la vie. Ces particularités sont liées à la taille de la Terre et à sa position dans le système solaire.

Les climats dépendent principalement de la quantité d'énergie solaire reçue. Comme la Terre est une sphère, l'insolation (puissance du rayonnement lumineux reçu par unité de surface (W/m2)) annuelle dépend de la latitude : au sommet de l'atmosphère, elle est maximale à l'équateur et minimale aux pôles). Cette inégale répartition de l'insolation est bien sûr liée à la sphéricité de la Terre (voir cours de Seconde) Cette énergie solaire reçue au sommet de l'atmosphère dépend : - de l'activité cyclique du Soleil, le flux solaire considéré auparavant comme constant, est en fait variable. Il y a des périodes de forte activité repérables par un grand nombre de tâches à la surface solaire et des périodes de moindre activité. -de paramètres orbitaux de la Terre qui présentent des changements lents à l'échelle de la dizaine de milliers d'années. Ces changements sont dues aux interactions de la Terre avec les autres planètes. La variation de ces paramètres orbitaux modifient la quantité d'énergie solaire reçue par la Terre.

Les acquis La Terre est une planète rocheuse du système solaire. Les conditions physico-chimiques qui y règnent permettent l’existence d’eau liquide et d’une atmosphère compatible avec la vie. Ces particularités sont liées à la taille de la Terre et à sa position dans le système solaire. « L’énergie solaire est inégalement reçue à la surface de la planète ce qui chauffe l’air (par l’intermédiaire du sol) et l’eau (ce qui est à l’origine des vents et courants) et évapore l’eau (ce qui permet le cycle de l’eau). »

Les enveloppes fluides et leurs interactions

Ces enveloppes sont en interaction permanente et constituent des réservoirs pour différentes molécules présentes sur Terre. Ces molécules subissent des cycles essentiels à la vie. Principalement on distingue les cycles de: l’H2O; du C ; de L’N;

L’énergie solaire permet également la photosynthèse, c’est-à dire la synthèse de matières organiques à partir de matières minérales dans les parties chlorophylliennes des végétaux. Cette activité s’accompagne d’un prélèvement de dioxyde de carbone et d’un rejet de dioxygène. Cette production de matière permet l’entrée de matières minérales et d’énergie dans le monde vivant et constitue la première étape de formation de biomasse dans les écosystèmes. Par le biais de la photosynthèse, l’énergie solaire contribue à l’animation du cycle naturel du carbone. Les êtres vivants respirent par ailleurs c’est à dire produisent de l’énergie à partie de matière organique et de dioxygène. Ils fabriquent ainsi de la biomasse et rejettent du CO 2 dans l’atmosphère.

Les acquis La Terre est une planète rocheuse du système solaire. Les conditions physico-chimiques qui y règnent permettent l’existence d’eau liquide et d’une atmosphère compatible avec la vie. Ces particularités sont liées à la taille de la Terre et à sa position dans le système solaire. « L’énergie solaire est inégalement reçue à la surface de la planète ce qui chauffe l’air (par l’intermédiaire du sol) et l’eau (ce qui est à l’origine des vents et courants) et évapore l’eau (ce qui permet le cycle de l’eau). » Atmosphère /hydrosphère/géosphère/biosphère → interactions permanentes, le climat est le résultat de ces interactions et les provoque (ex répartition de la biosphère en fonction de la température).

Rayonnement solaire incident Rayonnement réfléchi Infrarouges émis Rayonnement absorbé = CHALEUR = infrarouges Planète sans atmosphère UV absorbés par l’ozone UV

Rayonnement réfléchi Atmosphère (CO 2 – H 2 O…) EFFET DE SERRE Infrarouges réémis Infrarouges émis Rayonnement absorbé = CHALEUR = infrarouges Planète avec atmosphère Rayonnement solaire incident UV absorbés par l’ozone

→ Les infrarouges émis par la planètes sont piégés dans l'atmosphère. Les rayonnements « rebondissent » entre la surface terrestre et l'atmosphère.

→ Certains gaz sont dit « à effet de serre » car ils amplifient le phénomène : la vapeur d'eau est le plus important (50 % de l'effet de serre) mais d'autres plus connus sont important également (comme le CO 2, le méthane, …) L’effet de serre est donc un mécanisme indispensable à la vie sur terre car sans lui la température moyenne De 15° C serait de l’ordre de -18°C. L’ énergie solaire chauffe l’air et l’eau ce qui est à l’origine des courants marins et des vent; Elle provoque l’évaporation de l’eau et anime ainsi le cycle de l’eau.

Photosynthèse

a) Mécanismes qui libèrent du CO 2 - dégazage du manteau par volcanisme - Précipitation des carbonates Ca HCO 3 - => CaCO 3 + H 2 O + CO 2 - Photosynthèse b) Mécanismes qui consomment du CO 2 - Dissolution des roches carbonées (carbonates) CaCO 3 + H 2 O + CO 2 => Ca HCO 3 -

- L’altération des silicates 2 CO 2 + CaSiO 3 + H 2 O => SiO 2 +2Ca HCO 3 - Ca HCO 3 - => CaCO 3 + H 2 O + CO 2 - Le piégeage de la MO dans les roches carbonées

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Les roches sédimentaires et les fossiles qu’elles renferment sont des archives qui permettent de reconstituer des éléments de paysages anciens par comparaison avec des paysages et des êtres vivants actuels. Les fossiles permettent également de découper les temps géologiques en période de durée variable. Au fil des périodes, depuis plus de 3 milliards d’années, des groupes d’organismes vivants sont apparus, se sont développés, ont régressé et ont pu disparaître.

Une partie de la biomasse peut échapper à son recyclage et participer à la formation de sédiments, à l’origine de roches sédimentaires combustibles.

L’évolution s’est faite par à-coups. A certaines périodes, des extinctions massives ont été suivies par des périodes de diversification rapide de la biodiversité : ce sont des crises biologiques. L’apparition et l’évolution des êtres vivants ont transformé la Terre depuis son origine, il y a 4,55 milliards d’années. L’apparition du dioxygène dans l’atmosphère terrestre et la baisse du taux de dioxyde de carbone sont liés à l’apparition des êtres vivants réalisant la photosynthèse.

Les fossiles, restes ou traces d’organismes, conservés dans des roches sédimentaires témoignent des conditions dans lesquelles des êtres vivants ont vécu et ont été conservés. D’après le principe d’actualisme, ils permettent de reconstituer les écosystèmes du passé. L’Homme utilise massivement depuis près de deux siècles des combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz, …). Ces combustibles se sont formés au cours des temps géologiques par accumulation de matière organique en milieu pauvre en dioxygène. Les combustibles fossiles correspondent à un stockage de carbone et donc à un piégeage de longue durée du CO2atmosphérique. L’utilisation des ressources fossiles par l’Homme entraîne une libération instantanée de ce CO2dans l’atmosphère.

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