QCM Reconstituer et comprendre les variations climatiques passées

"Notre maison brûle et nous regardons ailleurs!"

Jacques Chirac, IVe Sommet de la Terre, 2 septembre 2002.

Répartition actuelle du pergélisol dans l’hémisphère nord.

Pour beaucoup d'entre nous, le réchauffement climatique est une évidence mais pour certains les causes de ce réchauffement ne seraient pas forcément humaines, c'est ce que pensent les climatosceptiques. Il faut bien reconnaitre que la température de la Terre a beaucoup variée depuis au moins 500 Ma, et ce de causes naturelles.

Ce cours nous permettra de découvrir l'ensemble des causes des variations naturelles du climat, dequoi prendre un peu de recul afin d'y voir plus clair!

Plan du cours:

1. L'évolution du climat depuis la révolution industrielle
2. L'évolution du climat au cours du quaternaire
3. L'évolution du climat depuis le paléozoïque

1-L'évolution du climat depuis la révolution industrielle

 Activités:

• Mettre en évidence l’amplitude et la période des variations climatiques étudiées à partir d’une convergence d’indices.

• Mobiliser les connaissances acquises sur les conséquences des activités humaines sur l’effet de serre et sur le cycle du carbone.

(données du GIEC)

Graphique de l'écart de température par rapport à la moyenne décennale pour la planète

La notion d'albédo

Une réprésentation de l'effet de serre

Graphique de la variation de la concentration en CO2 depuis 1960

(Données NOAA)

 Différents graphiques sur des données depuis 1850

D'après Pour le Science, Hors série l'Atmosphère, 1006.

Les gaz atmosphériques ayant un effet de serre

Graphique de l'anomalie de température globale liée aux effets naturels et à l'Homme 

(données du GIEC)

A retenir:

• D’environ 1°C en 150 ans, le réchauffement climatique observé au début du XXIe siècle est corrélé à la perturbation du cycle biogéochimique du carbone par l’émission de gaz à effet de serre liée aux activités humaines.

Comment connait-on les températures passées et notamment au quaternaire ? 

1-L'évolution du climat depuis la révolution industrielle

2-L'évolution du climat au cours du quaternaire

3-L'évolution du climat depuis le paléozoïque

Activités:

• Rassembler et confronter une diversité d’indices sur le dernier maximum glaciaire et sur le réchauffement de l’Holocène.
• Changement de la mégafaune dans les peintures rupestre:  visite du Musée d'histoire naturelle.
• Cartographie des fronts morainiques,
• Construction et utilisation de diagrammes polliniques,
• Terrasses, paléoniveaux marins...
  

• Comprendre et utiliser le concept de thermomètre isotopique: delta 18O dans les glaces arctiques et antarctiques, delta 18O dans les carbonates des sédiments océaniques pour reconstituer indirectement des variations de températures.

• Mettre les variations temporelles des paramètres orbitaux, définis par Milankovitch, en relation avec les variations cycliques des températures au Quaternaire.

 Photo des spécimens trouvés dans la carrière de Hanhoffen

(Bischwiller, Alsace)

(A voir au Musée d'Histoire Naturelle de Colmar)

Colmar. Chasseur de fossiles

Un regret persistant. Celui de n'avoir pu faire se créer à Bischwiller (67) le musée qui aurait abrité sa prodigieuse collection de fossiles, fort heureusement désormais protégée et présentée (lire par ailleurs) au musée d'Histoire naturelle et d'Ethnographie de Colmar (68).

https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/00378941.1959.10835323

https://www.persee.fr/docAsPDF/sgeol_0302-2692_1976_num_29_2_1491.pdf

Reconstitution de la faune au cours du dernier pléniglaciaire en Europe

Comprendre les changements climatiques à partir de la reconstitution de la faune française au pléniglaciaire (18 000 ± 2000 ans BP) et au début de l'Holocène (8 000 ans) ACTIVITE proposée par jean-Claude Masson Il y a environ 18000 ± 2000 ans la glace recouvrait une bonne partie de l'Europe.

Qu'est-il donc arrivé au mammouth laineux?

D’après A. Hołda-Michalska, Geological Review, 2014

Le mammouth laineux, Mammuthus primigenius, est une espèce fossile proche des éléphants actuels.
Il y a quelques dizaines de milliers d’années, il occupait encore une large partie de l’Eurasie et de l’Amérique du Nord.

Mais, il y a environ 10 000 ans, presque toutes ses populations ont disparu.

À l’aide de l’exploitation des documents proposés, montrer que la disparition des mammouths laineux pourrait avoir deux causes différentes.

Document 1 : variation de l’insolation à 60° de latitude nord durant les derniers 45 000 ans

L’insolation correspond à la quantité d’énergie solaire (en Watts) reçue par mètre carré de surface terrestre. Elle dépend largement des paramètres astronomiques de la planète.

D’après G.M. MacDonald et al., Nature, 2012

Document 2 : informations déduites de la composition isotopique des glaces

Document 2.a : relation entre le delta 18O de la glace du Groenland et la température moyenne de l’air dans cette région

D’après J. Jouzel et al., Journal of Geophysical Research, 1994

Document 2.b : variation du delta 18O dans une carotte de glace du Groenland durant les derniers 45 000 ans

 Photos de climatologues étudiant la glace révélant la variation du climat terrestre sur 100 000 ans.

On mesure les concentrations relatives en O16 et O18 piégées dans la glace;

Sachant que l'orsqu'il fait plus froid, il y a moins d'O18, on peut alors déduire des écarts de températures par rapport à une moyenne.

Document 3 : variation de la teneur en spores de végétaux du genre Sphagnum dans une tourbière d’Alaska

• Les végétaux du genre Sphagnum, caractéristiques des tourbières, présentent la particularité de résister à des températures extrêmement faibles (jusqu’à -50°C).

• Toutefois, elles sont plus abondantes lors des périodes chaudes.

• Pour leur reproduction, les Sphagnum produisent des spores.

• Selon les paléontologues, dans le passé, l’expansion des tourbières en Alaska se faisait au détriment des plantes dont se nourrissaient les mammouths.

• Autrement dit, plus les tourbières occupaient d’espaces et moins les mammouths disposaient de nourriture.

Document 4 : territoires occupés par les mammouths laineux et par les Hommes préhistoriques à différentes périodes

D’après G.M. MacDonald et al., Nature, 2012

Le Glacier du Rhone en Suisse

Ce glacier est bordé par 4 dépôts morainiques successifs visibles sur cette aquarelle de Henru Hogard datée de 1848 (à gauche). Le dépôt le plus ancien, à gauche, date de 1602, le second de 1818, le troisième de 1826 et le quatrième de 1848.

La photo de droite représente le glacier en 1970.

Glacier en Alaska

Au pied de ce glaicier le sol est strié et jonché de moraines, la végétation n'a pas eu le temps de pousser, signe que le retrait est récent. L'amincissement du permafrost nous indique que nous sommes en période de réchauffement.

Graphiques de la variation de température et de la constante solaire

La constante solaire est une moyenne, pour la terre et sur un an, du flux total d'énergie électromagnétique reçue par le soleil aux limites de l'atmosphère.

La terre tourne autour du Soleil à la vitesse de 100 000km/h

Animation repésentant la précession des équinoxes

https://fr.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%A9cession#/media/Fichier:Gyroscope_precession.gif

https://epic.awi.de/id/eprint/41839/1/Imbrie-etal_1984.pdf

A retenir:

• À l’échelle du Quaternaire, des données préhistoriques, géologiques et paléo-écologiques attestent l’existence, sur la période s’étendant entre -120 000 et -11 000 ans, d’une glaciation, c’est-à-dire d’une période de temps où la baisse planétaire des températures conduit à une vaste extension des calottes glaciaires.

• Les témoignages glaciaires (moraines), la mesure de rapports isotopiques de l’oxygène dans les carottes polaires antarctiques et les sédiments font apparaître une alternance de périodes glaciaires et interglaciaires durant les derniers 800 000 ans.

• Les rapports isotopiques montrent des variations cycliques coïncidant avec des variations périodiques des paramètres orbitaux de la Terre.

• Celles-ci ont modifié la puissance solaire reçue et ont été accompagnées de boucles de rétroactions positives et négatives (albédo lié à l’asymétrie des masses continentales dans les deux hémisphères, solubilité océanique du CO2) ; elles sont à l’origine des entrées et des sorties de glaciation.

L'évolution du climat depuis la révolution industrielle

L'évolution du climat au cours du quaternaire

3-L'évolution du climat depuis le paléozoïque

Activités:

• Exploiter la carte géologique du monde pour calculer les vitesses d’extension des dorsales aux périodes considérées.

• Utiliser les connaissances acquises sur la géodynamique interne et la tectonique des plaques pour comprendre leur rôle sur le climat et mettre en relation la nature des roches formées avec les paléoclimats du Crétacé.

• Reconstituer l’extension de la glaciation permienne à partir de la distribution des tillites.

• Reconstituer un paléoclimat local à partir d’une variété d’indices paléontologiques ou géologiques en tenant compte de la paléo-latitude (ex : paléobiocénose des forêts carbonifères de Montceau-les-Mines par rapport à d’autres indices localisés à d’autres endroits de la planète).

• Exploiter des bases de données pour reconstituer les paléoceintures climatiques.

• Exploiter les équations chimiques associées aux transformations d’origines géologiques pour modéliser les modifications de la concentration en CO2 atmosphérique.

• Mobiliser les acquis antérieurs sur le cycle du carbone biosphérique et les enrichir des connaissances sur les réservoirs géologiques (carbonates, matière organique fossile) et leurs interactions.

• Discuter de l’existence d’indices pas toujours cohérents avec l’amplitude, la période et la temporalité des variations climatiques pour des raisons résolues (exemples des terrasses fluviatiles) ou encore à résoudre (petit âge glaciaire).

Climat chaud au crétacé (Mésozoïque)

A retenir:

Au Cénozoïque, et depuis 30 millions d’années, les indices géochimiques des sédiments marins montrent une tendance générale à la baisse de température moyenne du globe.

• Celle-ci apparaît associée à une baisse de la concentration atmosphérique de CO2 en relation avec l’altération des matériaux continentaux, notamment à la suite des orogénèses de cette ère.
• De plus, la variation de la position des continents a modifié la circulation océanique.
  

Au Mésozoïque, pendant le Crétacé, les variations climatiques se manifestent par une tendance à une hausse de température.

• Du fait de l’augmentation de l’activité des dorsales, la géodynamique terrestre interne semble principalement responsable de ces variations.

Au Paléozoïque, des indices paléontologiques et géologiques, corrélés à l’échelle planétaire et tenant compte des paléolatitudes, révèlent une importante glaciation au Carbonifère-Permien.

• Par la modification du cycle géochimique du carbone qu’elles ont entraînée, l’altération de la chaîne hercynienne et la fossilisation importante de matière organique (grands gisements carbonés) sont tenues pour responsables de cette glaciation.
  

Notions fondamentales :

Effet de serre, gaz à effet de serre, cycle du carbone, cycles de Milankovitch, albédo, principe d’actualisme, rapports isotopiques (18O), tectonique des plaques, circulation océanique.

Objectifs :

pour comprendre les variations climatiques, l’élève identifie les méthodes de mesure les plus adéquates, comprend les
mécanismes potentiellement responsables de ces évolutions et acquiert une idée générale de l’amplitude thermique des variations climatiques reconstruites depuis le début du Paléozoïque. Au terme de son étude, il est capable de formuler des
hypothèses explicatives sur les spécificités du réchauffement climatique à la lueur de ses connaissances des climats passés. Il exerce un regard critique sur tous les biais d’interprétation pouvant affecter la compréhension de systèmes complexes impliquant de nombreux phénomènes.

evolution_du_climat_aux_diffe_entes_e_chelles_de_temps

sujet_bac_fonte_du_perge_lisol

sujet_Bac_de_forestation_et_changement_climatique

Comment reconstituer les variations climatiques passées ?

Comment définir le climat et reconstituer ses variations actuelles ou dans le passé ?

Comment expliquer les variations climatiques ?

Quels sont les indices des changements climatiques passés ?