Mise en situation et recherche à mener. Ressource

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1 TP. 6 : Evolution climatique ancienne : indice stomatique et climat du Crétacé Mise en situation et recherche à mener Nous avons mis en évidence que le climat terrestre était dépendant de différents paramètres, en particulier du taux de CO2 atmosphérique. L'étude du contenu de bulles de gaz a ainsi permis de déterminer les variations climatiques récentes du taux atmosphérique de CO2 et d'expliquer ainsi des changements récents du climat. On cherche à savoir s'il est possible de déterminer des conditions climatiques très anciennes à partir d'indices concernant le taux de CO2 atmosphérique. Ressource Les stomates des feuilles et leur intérêt pour l'étude des climats L'épiderme des feuilles des végétaux présente des petits pores, appelés stomates. Ceux-ci sont surtout abondants sur la face inférieure des feuilles. Un stomate est un orifice de petite taille qui permet les échanges de gaz (dioxygène, dioxyde de carbone, vapeur d'eau...) entre la plante et l atmosphère (voir photo ci-contre). source : stomates Le graphique ci-dessous indique les valeurs de l'indice stomatique en fonction du taux de CO2 atmosphérique exprimé en parties par million en volume (ppmv). On appelle indice stomatique le rapport entre le nombre de stomates et le nombre de cellules épidermiques d une feuille. Ces données ont été obtenues sur les feuilles d'un arbre, le Ginkgo biloba, espèce présente depuis 200 millions d années sur Terre. (d'après Nature Vol 413, 4 oct et Pour la Science HS juin 1996) Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une situation-problème (durée maximale : 10 minutes) Proposer une démarche d investigation permettant d'utiliser des caractéristiques de certains végétaux pour déterminer les conditions climatiques très anciennes. Appeler l examinateur pour vérifier votre proposition et obtenir la suite du sujet.

2 Etape 2 : Mettre en œuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables 1 : Réalisation d une empreinte de l'épiderme d'une feuille OU Observation directe d'un fragment d'épiderme de feuille Etaler une fine couche de vernis sur la surface inférieure d'une feuille et laisser sécher durant 30 min. Prélever directement un petit fragment d'épiderme inférieur d'une feuille (taille 5 mm de côté). Soulever un coin de la pellicule de vernis sec avec l'aiguille lancéolée puis la décoller de la feuille. Monter entre lame et lamelle. Découper un petit fragment de ce vernis. Le placer sur une lame sans lamelle ni eau. Observer au microscope. Appeler l'enseignant pour vérification Observer au microscope. Appeler l'enseignant pour vérification 2 : Détermination de l'indice stomatique sur la feuille étudiée. Réaliser une capture d'image de votre préparation, puis enregistrer votre capture dans «Partage - Spé SVT - Climat - TP6 Indices stomatiques» En utilisant le logiciel Mesurim et l'image enregistrée, calculer l'indice stomatique de votre feuille (voir fiche technique logiciel Mesurim). Sous la forme de votre choix, traiter les données obtenues pour les communiquer. Etape 3 : Présenter les résultats pour les communiquer Etape 4 : Exploiter des données pour répondre au sujet 3 : La feuille étudiée ne permettant pas d'obtenir des résultats exploitables, exploiter les données ci-dessous pour répondre au problème initial posé (détermination des conditions climatiques très anciennes à partir d'indices concernant le taux de CO2 atmosphérique). D'après Royer D.L, Geological Society of America, Special Paper, 2003, 369,

3 Etape 5 : Exploiter et mettre en relation des données Grâce à la collecte et l'exploitation de multiples données, les chercheurs peuvent désormais reconstituer de manière assez précise certains événements climatiques majeurs qui ont affectés l'histoire de la Terre. Vous disposez ci-dessous de nombreuses informations relatives à une période géologique du Secondaire, le Crétacé (-145 à - 65 millions d'années). Exploiter les différentes donnés apportées par ces documents pour déterminer : - les conditions climatiques qui régnaient pendant le Crétacé, - certains mécanismes à l'origine de ces conditions climatiques. Document 1 : Calcaires à Polypiers (Crétacé inférieur +/- 110 MA) Document 2 : Bauxite (Crétacé moyen +/- 100 MA) Les Polypiers sont des organismes coloniaux du groupe des Cnidaires, sécrétant un squelette calcaire bien conservé dans les sédiments. Ils sont appelés aussi Madréporaires ou plus simplement Coraux. Distribution écologique: organismes constructeurs des récifs coralliens, dans les mers chaudes. La bauxite est un minerai d'aluminium très exploité dans différentes régions du sud de la France. Ces gisements se sont formés au Crétacé moyen.

4 Document 3 : Carte mondiale de la répartition de différentes roches datées du Crétacé TS Spé SVT, édition Bordas 2012 Document 4 : Conditions de formation actuelle de quelques roches sédimentaires (d'après TS Spé SVT, édition Belin 2012)

5 Document 5 : Evolution de la concentration en CO2 au cours du temps Doc 6: Evolution du niveau marin et de l'expansion océanique au cours du temps Le RCO2 correspond au rapport de la masse de CO2 atmosphérique au temps t/masse de CO2 atmosphérique actuelle. (http://planet-terre.ens-lyon.fr/article/co2-depuis-4ga.xml) crétacé (http://acces.ens-lyon.fr/acces/terre/cccic/ccl/lithosphere/litho_etape1) Document 7 : Evolution de la production de croûte océanique au cours du temps Document 8 : Origine et effets des variations de concentration en CO2 Les variations du taux de CO 2 atmosphérique sont essentiellement contrôlées par les échanges entre le réservoir atmosphérique et les réservoirs sédimentaires (roches carbonatées, matières organiques fossiles) et les réservoir du manteau. Les échanges entre l atmosphère et la lithosphère peuvent se résumer à quelques processus majeurs: L altération des roches carbonatées (ex : calcaires) et surtout silicatées (ex : roches magmatiques) consomme du CO 2 ; cette altération est d'autant plus importante qu'il existe de forts reliefs et que ces derniers sont soumis à l'action des facteurs climatiques (pluie, vent.) ; Le piégeage de la matière organique dans les roches stocke du CO 2 (sous la forme de roches carbonées à l'origine du charbon et du pétrole) ; Le dégazage du manteau par le volcanisme (zone de subduction, points chauds et dorsales océaniques) rejette du CO 2. (d'après

6 Correction Etape 1 Les documents ressources nous apprennent qu'il existe une relation entre l'indice stomatique et le taux atmosphérique de CO2. Or nous savons que ce taux contrôle en partie les conditions climatiques. Il nous faut donc déterminer l'indice stomatique. Pour cela, nous pouvons réaliser l'observation microscopique de l'épiderme inférieur d'une feuille (fragment d'épiderme ou empreinte), puis le comptage des stomates (avec logiciel Mesurim) pour calculer l'indice stomatique. Si nous pouvons déterminer cet indice et le mettre en relation avec le graphique (ressource), il nous est possible de déterminer le taux de CO2 et donc le climat présent au moment du développement de la plante étudiée. Etape 3 Indice stomatique de l'épiderme inférieur d'une feuille actuelle de Laurier Nombre de cellules épidermiques Nombre de stomates Indice stomatique : nbre cellules épid / nbre stomates (25/145)X 100 : 17.2 % L'indice stomatique de cette feuille est de 17.2 % Etape 4 Nous constatons qu'il existe une relation entre l'indice stomatique et le taux atmosphérique de CO2 : plus ce taux augmente, plus l'indice est élevé. Or le second graphique montre que cet indice a évolué depuis au moins 100 MA. En mettant en relation ces deux graphiques, il nous est possible de reconstituer les conditions climatiques passées. Ainsi, au crétacé supérieur, l'indice stomatique faible (<7) témoigne d'un taux élevé de CO2 dans l'atmosphère et donc d'une température élevée. Il est donc possible de reconstituer les conditions climatiques passées si on dispose par exemple de l'indice stomatique de feuilles anciennes, donc fossilisées. Etape 5 Conditions climatiques au crétacé. Les documents 1 et 2 nous présentent des roches formées au crétacé. Il s'agit de roches contenant des fossiles de coraux (1) et de roches sédimentaires telles que les bauxites (2).Par ailleurs le document 3 nous montre qu'au crétacé, des roches telles que les bauxites, les évaporites et les charbons se sont formées dans différentes régions du globe. Or, le document 4, nous permet de préciser les conditions actuelles de ces mêmes types de roches qui se forment principalement dans des régions tropicales ou arides. En appliquant le principe d'actualisme, il nous est donc possible de déterminer les conditions climatiques qui régnaient au crétacé : conditions chaudes avec des régions tropicales et des régions arides. Ces données confirment les informations apportées par les indices stomatiques des feuilles de Ginkgo (étape 4). Le document 5 (évolution du taux de CO2 dans l'atmosphère) montre également qu'à cette période le taux était beaucoup plus élevé qu'aujourd'hui, donc que le climat devait être beaucoup plus chaud qu'actuellement. Origine de ces conditions climatiques Les doc 6 et 7 nous montrent que cette période du crétacé a été marquée par une production très importante de croûte océanique. Or, comme l'indique le doc 8, le volcanisme est associé avec la production de CO2 par dégazage. Ainsi, on peut suggérer que le taux élevé de CO2 atmosphérique au crétacé pourrit avoir pour origine principale l'intense activité magmatique, productrice de CO2.

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