Vrai ou faux ? Les roches se forment dans des conditions climatiques différentes. Show
Vrai Faux Vrai ou faux ? Les indices géologiques ne permettent de reconstituer les climats qu'à l'échelle de milliers d'années. Vrai Faux Vrai ou faux ? On peut reconstituer le climat grâce aux pollens. Vrai Faux À l'aide de quel isotope peut-on étudier les variations de température dans la glace en Antarctique ? ^{18} \ce{O} ^{16} \ce{O} ^{14} \ce{O} ^{12} \ce{O} Classer chaque élément selon qu'il indique des variations du passé ou des variations actuelles. Les roches Les pollens Les glaces Les sédiments La température moyenne globale L'étendue des glaces Le volume des océans Indicateurs des variations climatiques du passé Indicateurs des variations actuelles du climat Introduction : Nous l’avons vu, le climat est un système complexe qui tient compte de nombreux paramètres atmosphériques. Les climatologues cherchent notamment à étudier les variations climatiques dans le temps, car si la température moyenne sur Terre est relativement stable actuellement, le climat a subi des variations naturelles cycliques. Dans un premier temps, des marqueurs biogéochimiques vont permettre de mettre en lumière des variations climatiques passée. Puis, nous étudierons les causes externes et internes de la variabilité naturelle du climat ainsi que les rétroactions existantes et le rôle particulier des océans. Étudier le climat passé : les indicateurs d’un changement climatiqueLe climat du passé peut être reconstitué grâce à des marqueurs chimiques ou biologiques enregistrés dans les glaces ou les sédiments. L’analyse du delta de l’oxygène 18 (δ18O\delta^{18}\text{O})Rappel Nous avons vu dans le cours précédent que les changements de températures peuvent être appréhendés à l’aide du δ18O\delta^{18}\text{O} des glaces et des foraminifères (micro-organismes marins), en complément de l’analyse des poussières contenue dans les couches de glace successives pour la datation.
Sur ce graphique, on peut remarquer deux choses :
Pour passer des variations des isotopes d’oxygène à des températures, les scientifiques ont créé un étalonnage grâce au δ18O\delta^{18}\text{O} pris au Groenland et au δD\delta\text{D}
pris en terre Adélie (Antarctique).
La palynologieUn autre paramètre est utilisé par les paléo-climatologues : les pollens.
Rappel Un biome est une vaste étendue terrestre définie par une cohérence bioclimatique, caractérisée par sa faune, sa flore et son climat. La morphologie d’un grain de pollen est propre à chaque famille ou genre, plus rarement à une espèce. La paroi des grains de pollens, constituée de molécules résistantes, se
conserve extrêmement bien dans le temps. Exemple
À l’aide du logiciel
Paléobiomes, on peut sélectionner le site de Freissinière (Col des Lauzès, à 1784m1\,784\,\text{m} d’altitude, dans la région alpine.
Le logiciel va automatiquement créer les diagrammes polliniques associés sur l’ensemble des données sélectionnées. On obtient ainsi le pourcentage de présence de chaque type de pollen en fonction des années sur la période donnée.
Pinus est un genre peu indicatif en altitude, car largement prédominant quelle que soit la variation climatique. À retenir
Maintenant que nous avons vu comment les variations passées du climat peuvent être observées, nous allons nous intéresser aux causes des variations climatiques de manière générale. Les causes astronomiques de la variabilité naturelle du climatLes variations climatiques peuvent avoir une cause d’origine externe à la Terre. L’activité solaireHistoriquement, la première cause des variations climatiques qui a été répertoriée est l’activité solaire, vers 1610.
Attention Deux précautions dans la lecture de ces informations doivent être mise en avant : les observations ne sont régulières que depuis 270 ans et ce ne sont que des observations. En outre, le rayonnement solaire agit sur la formation du carbone 14 dans l’atmosphère. Plus l’intensité du rayonnement solaire est importante et moins il y a production de carbone 14. La théorie de MilankovitchAu XIXe siècle, les géologues découvrent le lien entre les variations de l’énergie solaire (ou insolation) et les périodes de glaciation.
À retenir La théorie des cycles de Milankovitch consiste à attribuer l’alternance des âges glaciaires et interglaciaires aux variations des paramètres orbitaux de la Terre. Ces trois paramètres sont :
Voyons plus en détail la variation de ces paramètres.
L’orbite terrestre est une ellipse dont l’un des foyers (FF ou F′F^{\prime}) est occupé par le Soleil. En réalité, la taille du grand axe de cette ellipse (son plus grand diamètre) et donc de l’orbite terrestre varie entre un cercle et une ellipse.
L’excentricité de l’orbite terrestre varie sur une période de plus de 400 000 ans.
L’axe de rotation de la Terre forme un angle ε\varepsilon
par rapport à l’axe perpendiculaire au plan de l’écliptique (plan de l’orbite terrestre).
Ce paramètre correspond à la combinaison de la variation de l’orientation du grand axe de l’ellipse et de l’orientation de l’axe de rotation de la Terre.
Attention Les contrastes saisonniers causés par la position en périhélie ne prennent pas en compte l’augmentation actuelle du dioxyde de carbone d’origine anthropique, qui augmente le nombre d’étés chauds. La périodicité de la précession des équinoxes est d’environ 19 000 ans ou 23 000 ans. À retenir
Les météoritesLa dernière cause externe aux variations climatiques que nous allons aborder est l’arrivée d’une météorite sur Terre. En 1980,
le physicien américain Alvarez et son équipe découvrent une forte quantité d’iridium dans les couches sédimentaires datant de la fin du Crétacé en de nombreux endroits du globe. Dans les années 1990, au Mexique, on découvre que la péninsule du Yucatan est en réalité le lieu d’un impact météoritique gigantesque (200
km200\,\text{km} de diamètre) datant de la fin du Crétacé : le cratère du Chicxulub. Les conséquences pour le climat ont été planétaires et durables. Nous allons voir
enfin que les causes de la variabilité du climat sont aussi propres à la Terre. Les causes terrestres de la variabilité naturelle du climat et le rôle d’amortisseur de l’océanLes causes terrestres de la variabilité du climat entretiennent le changement climatique initié. Fonte des glaces et albédoPhotographies de la mer de glace près de Chamonix dans les Alpes en 1919 et 2019, ©MITTELHOLZER/AFP
Ces images nous permettent d’établir un constat évident : on assiste à une forte diminution des surfaces de glace dans l’hémisphère Nord. À retenir Cette diminution des surfaces de glace agit aussi en retour sur le climat. Rappel Pour rappel, l’albédo correspond à la quantité de lumière du Soleil réfléchie par une surface. C’est une grandeur sans dimension exprimée par un pourcentage ou une valeur entre 00
et 11.
Une autre cause de la variabilité climatique est l’émission de gaz à effet de serre. Ces émissions peuvent être naturelles (cycle du carbone) ou d’origine humaine. Les émissions de gaz à effet de serre d’origine naturelle et anthropiqueRappel Les gaz à effet de serre sont principalement la vapeur d’eau (H2O\text{H}2\text{O}), le dioxyde de carbone ( CO2\text{CO}2) et le méthane (CH4\text{CH}_4). La part de responsabilité des différents gaz dans l’effet de serre peut être estimée à l’aide de l’absorbance du rayonnement électromagnétique (spectre entier du rayonnement solaire).
Le gaz à effet de serre le plus important est la vapeur d’eau, mais son taux dans l’atmosphère reste très stable. L’augmentation du dioxyde de carbone commence avec la révolution industrielle, très dépendante du charbon. Astuce La concentration atmosphérique de dioxyde de carbone d’avant 1958 est mesurée dans les bulles d’air emprisonnées dans la glace. L’impact des différents gaz à effet de serre sur le bilan radiatif de la Terre entraîne une augmentation de l’absorption d’énergie par l’atmosphère.
Cet impact sur le bilan radiatif correspond au forçage radiatif (degré de modification du bilan radiatif de la Terre). Ce sont des paramètres qui impactent le bilan radiatif soit positivement, entraînant donc un réchauffement du système, soit négativement, entraînant un refroidissent du climat. À retenir L’augmentation des GES d’origine anthropique est renforcée par la libération de dioxyde de carbone et de méthane contenus dans lepermafrost (ou pergélisol). Définition Permafrost : Le permafrost correspond à une couche de sol gelée tout au long de l’année et couvrant 25 % des terres de l’hémisphère Nord.
Mais il existe aussi des facteurs permettant d’atténuer le réchauffement
climatique. Depuis quelques années, plusieurs projets de végétalisation voient le jour sur des terres qui ont subi la déforestation ou dont la biodiversité est en danger (exemple : projet du moteur de recherche Ecosia) ou même au sein des villes (exemple : projet des « forest cities », notamment en Chine). Végétalisation d’immeubles dans une ville chinoiseD’autre part, une forêt en pleine croissance est un formidable puit de carbone pour atténuer les émissions anthropiques. Dans la gestion des villes du futur, la végétation sera au cœur des aménagements pour ces raisons. Avec ce réchauffement climatique, on parle de plus en plus de la montée du niveau des mers. Mais est-ce la seule conséquence sur les océans ? L’océan : un rôle d’amortisseurAttention L’océan n’est pas une cause de la variabilité du climat : il se situe au contraire du côté des conséquences, puisqu’il est impacté par les variations climatiques. Mais la modification des caractéristiques océaniques sous l’effet des variations climatiques va à son tour accentuer cette variabilité (rétroaction positive). Le réchauffement global de la planète a
plusieurs effets sur l’océan. De plus, le réchauffement global provoque la dilatation thermique de
l’eau. Cette élévation est renforcée par la fonte des glaces continentales. En effet, lors de la fonte, l’eau sur les continents va rejoindre les mers et océans, augmentant d’autant leur volume d’eau. Attention La fonte des banquises (glaces sur l’océan) ne modifie pas le niveau des océans, car le volume déplacé par la glace correspond parfaitement au volume de l’eau liquide après fusion. Le suivi du niveau de la mer se fait par des balises marines et par satellites. À retenir L’augmentation de la température des océans ainsi que la fonte des glaces sont des rétroactions positives sur le réchauffement climatique actuel, puisqu’elles l’accentuent. Un autre élément influant la variabilité climatique, en lien direct
avec l’océan, est l’oscillation nord-atlantique ou australe. Ces oscillations correspondent à des couplages entre la dynamique des masses d’eau et la dynamique des masses d’air.
À retenir L’océan a un rôle amortisseur
en absorbant à sa surface une fraction importante de l’apport additionnel d’énergie. Conclusion : Le climat de la Terre connaît une variabilité naturelle identifiable grâce
aux marqueurs de température ou de pluviométrie (δ18O\delta^{18}\text{O}, pollen). Cette variabilité s’explique en partie par des facteurs astronomiques sur des échelles de temps longues (400 000 à 19 000 ans) ou très courtes pour le cycle solaire (11 ans). Enfin, des causes externes ponctuelles mais non
négligeables comme les météorites ont pu affecter le climat terrestre et la biosphère.
La connaissance du climat passé mais aussi des enjeux autour du changement climatique observable à l’échelle d’une vie humaine permettra aux décideurs et aux scientifiques d’agir pour le climat du futur et de le prévoir. Pourquoi les grains de pollen sont de bons indicateurs des climats du passé ?C'est ici que les scientifiques font des carottages, des sortes de coupes verticales qui permettent d'établir une chronologie climatique grâce aux spores des pollens qui n'ont pas pris une ride. Chaque spore de pollen va correspondre à un type de végétation qui elle-même va coïncider avec un climat spécifique.
Quels sont les indices des climats passés ?Reconstruire les climats passés grâce à l'étude des carottes glaciaires. les stries annuelles qui permettent une datation assez fine des échantillons ;. les bulles d'air piégées par la glace qui révèlent la teneur en gaz à effet de serre ( CO2 et CH4) de l'atmosphère au moment du dépôt ;. Quels sont les indicateurs des variations climatiques actuelles et passées ?Les principaux indicateurs des variations actuelles du climat sont la température moyenne globale, l'étendue des glaces et le volume des océans. Ils montrent un réchauffement climatique très rapide de l'ensemble de la planète.
Comment connaître les variations climatiques du passé ?Comment connaît-on les causes des variations climatiques passées ? Les calculs astronomiques permettent d'estimer très précisément les variations passées de l'orbite terrestre, qui modulent la répartition de l'ensoleillement selon les latitudes et les saisons.
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