Plan du cours I) Calcul température surface d'une planète sans atmosphère II) Effet serre Principe Gaz à effet de serre III) Mécanisme évolution

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1 Plan du cours I) Calcul température surface d'une planète sans atmosphère II) Effet serre Principe Gaz à effet de serre III) Mécanisme évolution température Variation énergie émise par le soleil Cycles de Milankovitch Mesures de la température passée à l'aide des isotopes de l'oxygène Boucles de rétroaction IV) Evolution de l'atmosphère à l'échelle des temps géologiques V) Variations actuelles des températures

2 I Calcul température surface d'une planète sans atmosphère Calcul de la température de la surface d'une planète sans atmosphère Corps noir : objet en équilibre thermique. Ne refléchit pas la lumière. Absorbe tous les rayonnements incidents et les réemet. Loi de Planck : indique à qu'elle est l'énergie en fonction de la longueur d'onde émise par un corps noir. Ne dépend que de la température

3 I Calcul température surface d'une planète sans atmosphère/1 Rappel physique Loi de Planck pour la Terre et le Soleil Plus un corps est chaud, plus les vibrations des molécules qui le constituent ont une fréquence élevée, plus les longueurs d'onde du rayonnement émis sont courtes (fréquence élevée)

4 I Calcul température surface d'une planète sans atmosphère/1 Rappel physique Loi de Wien Le rayonnement d'un corps noir a une énergie maximum à la longueur d'onde t.q :

5 I Calcul température surface d'une planète sans atmosphère/1 Rappel physique Loi de Stefan (pour un corps noir) En sommant l'énergie émis à chaque longueur d'onde, il vient que l'énergie total émise par unité de surface et de temps est :

6 I Calcul température surface d'une planète sans atmosphère2 Calcul Calcul de la température d'une planète sans atmosphère 1) Calcul de la puissance émise par le soleil à l'aide de la loi de Stefan. 2) Puissance reçue à une distance D du soleil par unité de surface 3) Puissance reçue sur la surface d'une planète 4) On en déduit la température de surface de la planète (loi de Stefan)

7 I Calcul température surface d'une planète sans atmosphère2 Calcul 1) Puissance émise par le soleil En appliquant la loi de stéfan il vient que:

8 I Calcul température surface d'une planète sans atmosphère2 Calcul 2) Puissance E0 reçue à une distance D du soleil par unité de surface On suppose que les rayons arrivent perpendiculairement à la surface: A une distance D, l'énergie émise par le soleil se répartie sur une surface 4 pi D^2

9 I Calcul température surface d'une planète sans atmosphère2 Calcul 3) Puissance E1 reçu à la surface d'une planète située à une distance D par unité de surface Vue depuis le soleil, la planète apparait comme un disque de rayon Rt

10 I Calcul température surface d'une planète sans atmosphère2 Calcul 4) Température de surface d'une planète sans atmosphère En supposant que la planète est un corps noir: elle émet la meme puissance que ce qu'elle reçoit du soleil : On suppose que la planète à un albédo A. Elle réfléchit une puissance =A E1 => La puissance arrivant sur la planète est : E1 AE1=E1(1 A)

11 I Calcul température surface d'une planète sans atmosphère/ 2 Calcul Application numérique Rayon soleil : 0.7e6 km T soleil : 6000 K Albédo planète tellurique : A = 0.07 Albédo Terre : A=0.3 (végétation, océan) Planète Distance soleil (km) Température surface Mercure 58e6 460 K = 181 C Venus 108e6 331K = 58C Terre (A=0.07) 150e6 281K = 8C Terre (A=0.3) 150e6 251K = 21C Terre périhélie (A=0.3) 147e6 253 K = 19 C Terre aphélie (A=0.3) 152e6 249K = 23C Mars 227e6 228K = 44C

12 I Calcul température surface d'une planète sans atmosphère/ 2 Calcul Température de la surface des planètes calculées et mesurées (par Emmanuel Caroli) avec A=0.07 Le calcul théorique prédit bien la température de Mercure, car Mercure n'a pas d'atmosphère Idem pour Mars, Mars ayant une atmosphère mince On sous estime un peu la température de la Terre : l'effet de serre augment la température de ~35C (avec A=0.3) Vénus à un effet de serre extreme : atmosphère épaisse et contenant essentiellement du C02

13 Plan du cours I) Calcul température surface d'une planète sans atmosphère II) Effet serre Principe Gaz à effet de serre III) Mécanisme évolution température Variation énergie émise par le soleil Cycles de Milankovitch Mesures de la température passée à l'aide des isotopes de l'oxygène Boucles de rétroaction IV) Evolution de l'atmosphère à l'échelle des temps géologiques V) Variations actuelles des températures

14 II Effet serre

15 II Effet de serre/ 1 principe Température d'équilibre On imagine qu'un corps froid est soumis à des rayonnements electromagnétique ne variant pas au cours du temps: augmente => sa température Plus sa température augmente, plus l'énergie qu'il émet augmente jusqu'à ce que : L'effet de serre a pour effet de modifier la température d'équilibre d'une planète en augmentant E_absorbé

16 II Effet de serre/ 1 principe Atmosphère essentiellement transparente aux rayonnements du soleil Terre émet dans les IR => Fortement absorbé par l'atmosphère.

17 II Effet de serre/ 1 principe Effet de serre simplifié Quantité émise par le soleil 10 0/8 10 0/4 Rayonnement en λ visible Rayonnement en λ IR / /8 10 0/4 10 0/2 SOL 0/8 10 0/4 10 0/ /2 100 Etc Absorption réchauffement, émission IR On suppose que l'atmosphère infiniment mince : le rayonnement absorbé puis réemis par l'atmosphère part soit dans l'espace ou le sol mais n'est pas réabsorbé par l'atmosphère L'atmosphère 100% transparente aux rayonnements visibles et 100 % opaque aux IR. Sol absorbe 100% l'énergie du soleil (corps noir) et le réémet (équilibre)

18 II Effet de serre/ 1 principe Effet de serre simplifié Quantité émise par le soleil Au niveau du sol : SOL Sans serre et à l'équilibre, il en arrive 100 et en repart Avec serre, à l'équilibre, il en arrive et en repart 200

19 II Effet de serre/ 1 principe Effet de serre plus réaliste 20 Abs. atm 20 Rayonnement IR Rayonnement Visible Evaporation : chaleur latente 30 ABSORPTION REEMISSION Réemi. Par le sol 10 Nuages ol Réemi. par l'atm. vers le sol 50 s s. Ab 10 REFLEXION Que reçoit et absorbe l'atm : = 170 Que réémet l'atm : = Réemi. par l'atm. vers l'espace on suppose que les IR absorbés puis réemis par l'atmosphère peuvent etre réabsorbé par l'atmosphère => nuages émettent plus d'énergie vers le bas que vers le haut 100% = 340 w/m² Que reçoit la Terre : 100 Que renvoie la Terre : = 100 SOL Que reçoit et absorbe le sol : =150 Que réémet le sol : =150 EQUILIBRE!! T moyenne = 15 C

20 II Effet de serre/ 2 Gaz à effet de serre Gaz à effet de serre (GES): transparence oxygène CO2 Méthane H20

21 II Effet de serre/ 2 Gaz à effet de serre Les gaz à effet de serre (GES) H2O 55% des GES qq j (troposphère) CO2 39% des GES ans N2O 2% des GES 150 ans CH4 2% des GES 10 ans

22 Plan du cours I) Calcul température surface d'une planète sans atmosphère II) Effet serre Principe Gaz à effet de serre III) Mécanisme évolution température Variation énergie émise par le soleil Cycles de Milankovitch Mesures de la température passée à l'aide des isotopes de l'oxygène Boucles de rétroaction IV) Evolution de l'atmosphère à l'échelle des temps géologiques V) Variations actuelles des températures

23 III Mécanisme évolution température Qu'est ce qui fixe la température d'une planète? Apport énergie soleil Albédo de l'atmosphère et du sol. Composition chimique de l'atmosphère (effet de serre, albédo).

24 III Mécanisme évolution température Interaction entre différents réservoirs Différent réservoirs interagissent (échange chaleur, C02, S02, H20...) selon des échelles de temps allant de la journée à plusieurs ma

25 III Mécanisme évolution température Variation gaz à effet de serre et cycle du carbone Court Terme : cycle carbone Moyen terme 1000 ans ~ 1mA: sédimentation, circulation océans Long terme >1 ma: géodynamique interne Métamorphisme zone subduction, volcanisme, génèse continent, dorsale océanique.

26 III Mécanisme évolution température / 1 Variation activité solaire Variation activité solaire Mesure fiable et précise ne se font que depuis ~20 ans Au delà, on évalue l'activité du soleil via le nombre des taches solaires, ou via le taux de carbone 14.

27 III Mécanisme évolution température / 1 Variation activité solaire /a cycle de 11 ans Variation énergie solaire Cycle de 11 ans : variation nombre taches solaires corrélée à des variation de l'énergie émise par le soleil. Le nombre de wolf est proportionnelle au nombre de taches. Il est mesuré depuis le 17ème siècle.

28 III Mécanisme évolution température / 1 Variation activité solaire/ a cycle de 11 ans Variation de l'irradiance associée aux variation du nombre de tache solaire Irradiance est corrélée avec le nombre de taches solaires Les variations restent très faibles

29 III Mécanisme évolution température / 1 Variation activité solaire/ a cycle de 11 ans Variation énergie solaire Minimum correspond au petit age glaciaire connue en Europe.

30 III Mécanisme évolution température / 1 Variation activité solaire/ a cycle de 11 ans Au cours du cycle de 11 ans la Terre reçoit 0.2 W.m 2 de plus (par rapport au 35 W.m 2). Cycle de 11 ans ne semble pas influencer la température la Terre La période de faible activité solaire coincide avec le petit age glaciaire en Europe.

31 III Mécanisme évolution température / 1 Variation activité solaire/ mesure activité soleil à l'aide du 14C A plus long terme on se sert du 14C pour mesurée l'activité solaire

32 III Mécanisme évolution température / 1 Variation activité solaire/ c Impact sur la stratosphère Impacte des variation solaire sur la stratosphère

33 III Mécanisme évolution température / 1 Variation activité solaire/ c Impact sur la stratosphère Impacte des variation solaire sur la stratosphère Augmentation activité solaire => + UV => augmentation concentration de ~2% d'ozone => stratosphère plus chaude.

34 III Mécanisme évolution température / 2 cycle de Milankovitch Les cycles de Milankovitch Milutin Milankovitch ( )

35 III Mécanisme évolution température / 2 cycle de Milankovitch/ a Définition Excentricité : an : la trajectoire de la Terre autour du soleil peut etre plus ou moins ellipitique Obliquité : ans : angle entre l'axe de rotation de la Terre et le plan de l'écliptique change au cours du temps entre 21 et 24.5 degré (23 en ce moment) Précession : ans : Le pole tourne autour d'un axe moyen

36 III Mécanisme évolution température / 2 cycle de Milankovitch/ a définition Excentricité : ( an) modifie la quantité d'énergie totale reçue sur Terre d'environ 1% en faisant varier la distance Terre Soleil. Obliquité et la précession ne change pas la quantité d'énergie total reçu sur Terre, mais influe sur sa répartition

37 III Mécanisme évolution température / 2 cycle de Milankovitch/a définition Excentricité : ans Période ans L'excentricité varie entre 0.6 et 0 Actuel : 0.2 ie l'orbite de la Terre autour du soleil est quasi circulaire

38 III Mécanisme évolution température / 2 cycle de Milankovitch/ a définition Obliquité : variation de l'inclinaison de l'axe de rotation terrestre Période ans Inclinaison varie entre 22 et 24.5 degré Actuel : 23.5 (décroissant) Terre incliné => Energie se concentre autour de l'équateur Terre+ incliné => + chaleur aux latitudes élevées => Affecte la quantité de glace présente aux poles

39 III Mécanisme évolution température / 2 cycle de Milankovitch/ a définition Précession de l'axe de rotation Période : ans Amplitude : L'axe de rotation balaie un cone de 44 à 49 degrés Affecte le contraste de température entre les saisons, mais pas la moyenne

40 III Mécanisme évolution température / 2 cycle de Milankovitch/ a définition Précession de l'axe de rotation Eté dans l'hémisphère nord Hiver hémisphère nord La précession a d'autant plus d'impacte que l'excentricité est importante Il y'a ans : été chaud favorise fonte des glaciers, hiver trop froid apporte peu de neige => peu de glace aux poles Actuel : c'est l'inverse, mais la trajectoire de la Terre est quasi circulaire

41 III Mécanisme évolution température / 2 cycle de Milankovitch/ b variation d'énergie reçue sur Terre Variation d'énergie recu sur Terre le 21 juin du au cycle de Milankovitch

42 III Mécanisme évolution température / 2 cycle de Milankovitch/ b variation d'énergie reçue sur Terre Variation d'énergie recu sur Terre le 21 juin du au cycle de Milankovitch Les variations d'energie sont d'environ 7% aux poles et ~3% aux moyennes latitudes Source : James D. HAYS, Peter B. de MENOCAL D'après Climate Archives Lamont Doherty Earth Observatory of Columbia University

43 III Mécanisme évolution température / 2 cycle de Milankovitch/ b variation d'énergie reçue sur Terre Variation de l'énergie reçue à une latitude de 65 degré due au cycle de Milankovitch Les variations d'énergie sont de l'ordre de ~5%`

44 Impacte des cycles de Milankovitch sur la température de l'atmosphère Comment mesurer la température passée?

45 III Mécanisme évolution température / 3 Mesure température passée / a Principe Rapport isotopique Eau mer contient 98% d'oxygène 16

46 III Mécanisme évolution température / 3 Mesure température passée / a Principe Comment mesurer le volume de glace présent aux poles à l'échelle de Nx ans Évaporation : plus faible dans la vapeur Condensation : plus faible dans la vapeur restante que dans l'eau. Une température faible augmente ce fractionnement. Equateur : évaporation océan => nuage ayant un plus faible que l'océan Nuage se déplacent vers les poles en condensant au fur et à mesure (pluies successives) => diminue dans la vapeur d'eau restante => Glace polaire a un => plus petit que les océans. glace est d'autant plus faible qu'il fait froid.

47 III Mécanisme évolution température / 3 Mesure température passée / a Principe Glace polaire a un plus petit que les océans. glace est d'autant plus faible qu'il fait froid. => Plus la calotte polaire est importante, plus est élevé dans les océans Au fond des océans vivent des foraminifères qui forment une coquille carbonaté dont le est proportionnel à celui de l'océan L'analyse des carottes sédimentaires en domaine océanique permet de retrouver le des océans au cours du temps et donc le volume de la calotte polaire sur n ma L'analyse du dans la glace des pole permet de retrouver la température moyenne terrestre et le volume de la calotte

48 III Mécanisme évolution température / 3 Mesure température passée / a Principe glace = thermomètre : plus il fait froid plus ce rapport est petit océan : indique le volume de glace aux poles : + élevé + de glace => + il fait froid

49 III Mécanisme évolution température / 3 Mesure température passée / a Principe Variation niveau des glaces aux poles => variation niveau mers => modifie le rapport 18O/16O. On le mesure dans la calcite (CaC03), dans la glace

50 III Mécanisme évolution température / 3 Mesure température passée / b Résultats Comparaison des variation du l'o18 mesurés dans les carottes sédimentaires et la glace

51 III Mécanisme évolution température / 3 Mesure température passée / b Résultats Comparaison des variation du l'o18 mesurés dans les carottes sédimentaires et la glace D18O faible dans les océans coincident avec un d18o élevé dans la glace = climat chaud avec peu de glace aux poles

52 III Mécanisme évolution température / 3 Mesure température passée / b Résultats/ Comparaison avec cycle de Milankovitch Cycles de Milankovitch expliquent l'alternance des périodes glaciaires et interglaciaires tous les ~ ans Volume de glace (rouge) et forçage solaire (vert)

53 III Mécanisme évolution température / 3 Mesure température passée / b Résultats/ Comparaison avec cycle de Milankovitch

54 III Mécanisme évolution température / 3 Mesure température passée / b Résultats/ Alternance période glacière et inter glacière au quaternaire A) d18o dans une carotte sédimentaire dans l'océan pacifique B) 2eme colonne : température surface des océans.

55 III Mécanisme évolution température / 3 Mesure température passée / b Résultats/ Alternance période glacière et inter glacière au quaternaire Variation du d18o dans un forage sédimentaire dans le pacifique brut et filtré autour de ans Les derniers sont dominés par le cycle de ans En revanche entre et ans, le cycle de ans domine

56 III Mécanisme évolution température / 3 Mesure température passée / b Résultats/ Alternance période glacière et inter glacière au quaternaire Périodicité cycle glaciaire/interglaciaire est passée de à ans il y'a ~ ans Augmentation du volume de glace polaire mobilisé lors des glaciation il y'a ~ ans.

57 III Mécanisme évolution température / 3 Mesure température passée / b Résultats/ Forage au dome C Forage du dome C ~3000 m de glace ont été prélevé => permet d'étudier le climat sur ~ ans

58 III Mécanisme évolution température / 3 Mesure température passée / b Résultats/ Forage au dome C Variation du rapport

59 III Mécanisme évolution température / 3 Mesure température passée / cycle Milankovitch passé Cycles de Milankovitch dans le passé lointain Les orbites planétaires sont chaotique => pas possible de savoir connaitre l'excentricité, l'obliquité, et la précession de la Terre au delà de quelques ma... L'excentricité dépend de l'attraction gravitationnelle du Soleil, Jupiter, Saturnes, toutes les planètes... L'obliquité et la précession dépende de la répartition des masses au sein de la Terre (continents), du couplage Terre Lune, vitesse de rotation de la Terre...

60 III Mécanisme évolution température / 3 Mesure température passée / cycle Milankovitch passé Bilan sur les cycle de Milankovitch Cycles de Milankovitch modifient l'apport total d'energie provenant du soleil de 1% (excentricité ans) sa répartition sur Terre (~3% latitude intermédiaire) Bien que faible, les cycles de Milankovitch ont déterminé la température et le volume de glace au cours de dernières années Comment cela est il possible?

61 III Mécanisme évolution température / 4 boucle rétroaction/ a variation GES température `

62 III Mécanisme évolution température / 4 boucle rétroaction/b variation GES, T et cycle Milankovitch `

63 III Mécanisme évolution température / 4 boucle rétroaction Les mécanismes de l'influence des cycles de Milankovitch sur les paramètres géologiques (volume glace, fractionnement isotopiques carbonates,...) sont encore peu connus

64 III Mécanisme évolution température / 4 boucle rétroaction Exemples de rétroactions positives Cycle de Milankovitch influence sur la température terrestre CO2, CH4, température varient ensemble => Il existe des rétroactions positives. Par exemple elevation température => diminution volume calotte polaire => albédo moins élevé => températures augmentent => CO2 moins soluble dans les océans, plus d'évaporation d'h2o => Plus de CO2, H20 atmosphère => plus d'effet de serre => influence sur les nuages?

65 III Mécanisme évolution température / 4 boucle rétroaction Exemples de rétroactions positives terre.ens lyon.fr/planetterre/

66 III Mécanisme évolution température / 4 boucle rétroaction Exemple de rétroactions négatives Augmentation température favorise l'augmentation silicates => libération d'ions Ca2+ => piège le CO2 sous forme de CaCO3 diminuant ainsi le CO2 atmosphérique CaSiO3 + CO2 CaCO3 + SiO2 Ces réactions font intervenir des l'altération des continentes et sont donc lentes

67 III Mécanisme évolution température / 4 boucle rétroaction Exemples rétroactions positives négatives

68 Plan du cours I) Calcul température surface d'une planète sans atmosphère II) Effet serre Principe Gaz à effet de serre III) Mécanisme évolution température Variation énergie émise par le soleil Cycles de Milankovitch Mesures de la température passée à l'aide des isotopes de l'oxygène Boucles de rétroaction IV) Evolution de l'atmosphère à l'échelle des temps géologiques V) Variations actuelles des températures

69 IV Evolution atmosphère échelle temps géologiques Evolution de l'atmosphère à l'échelle des temps géologiques Comment connaitre la composition de l'atmosphère à l'échelle des temps géologique? On s'interesse surtout au CO2 du fait de son role important sur la température

70 IV Evolution atmosphère échelle temps géologiques/ 1 Principe des mesures/ a au moment formation de la Terre Il y'a 4.5 milliards d'années 1) Le charbon et les roches carbonatés ce sont formés au cours de l'histoire de la Terre. On suppose qu'au moment de la formation de la Terre, tout le CO2 de ces roches était dans l'atmosphère. 2) En supposant que le rapport H2O/CO2 dans les chondrites et la Terre est la meme. Connaissant le volume actuel des océans on en déduit le volume de CO2 dans l'atmosphère CCL: il y'avait ~ x plus de CO2 qu'aujourd'hui

71 IV Evolution atmosphère échelle temps géologiques/ 1 Principe des mesures/ b de l'archéen au précambrien De l'archéen au pré cambrien (4.5 Ma à 600 ma) L'insolation du soleil a augmenté de 40% au cours de l'histoire de la Terre. 3.8 Ma => présence galet au groenland => pas/peu de glace => CO2 élevé 3 Ma => trace de glacier => CO2 diminue Etude de la sédimentation permet de mesurer indirectement le taux de CO2 local au moment de la sédimentation...

72 IV Evolution atmosphère échelle temps géologiques/ 1 Principe des mesures// c 600 derniers ma Lors des 600 derniers ma On suppose que CO2 atmosphérique + océanique + piégés dans les roches sédimentaires = constant CO2 océan est déduite de son ph mesuré via la sédimentation CO2 atmosphérique dans certains cas peut etre mesuré directement via l'indice stomatique de débris végétaux... (rapport nb stomate/nb cellule épidermique)

73 IV Evolution atmosphère échelle temps géologiques/ 1 Principe des mesures//d synthèse Evolution composition atmosphère depuis 4.5 Ma CO2 (/actuel) 4.5 Ga à 600 Ma VENUS atm Ga

74 IV Evolution atmosphère échelle temps géologiques/1 Principe des mesures/d synthèse Evolution composition atmosphère depuis 4.5 Ma CO2 (/actuel) 4.5 Ga à 600 Ma VENUS Condensation des océans Précipitation des carbonates + foss. 60 atm /5 Calcaires 100 1/5 C (+ O2) 1/1000 Vie Vivante /1000 Vie fossile Ga Dévelopement végétation il y'a ~400 ma pompe le CO2 (carbonifère) Remonté du CO2 il y'a ~200 ma

75 IV Evolution atmosphère échelle temps géologiques/ 2 Role des orogénèses HIMALAYA ALPES? OUVERTURE ATLANTIQUE OROGENESE HERCYNIENNE OROGENESE PANAFRICAINE

76 IV Evolution atmosphère échelle temps géologiques/ 2 Role des orogénèses Role de la formation des chaines de montagne sur la température Formation montagne entrainent altération roches nouvellement exposée : L'altération est favorisée par les précipitations, alternance gel/dégel, faible végétation,.. Roche silicaté s'altère en pompant le CO2 atmosphérique. Altération plagioclase : Si2Al2O8Ca = 2 SiO2 + Al2O3 + CaO Altération de l'anorthite: CaAl2Si2O8 + 3 H2O + 2 CO2 Al2Si2O5(OH)4 (kaolinite) +Ca HCO3

77 IV Evolution atmosphère échelle temps géologiques/ 2 Role des orogénèses Quantité CO2 libérée dans l'atmosphère si 100% Himalaya était altéré Volume de l'himalaya =~ 1000 km x 100 km x 10 km = km3 Densité des roches = 3000 kg/m3 => Masse 18 himalaya = 6.10 Kg La croute terrestre coutient ~2% de silicate carbonaté : Masse des silicates carbonaté = 0.02 * Kg = kg Masse de CO2 altérée :

78 IV Evolution atmosphère échelle temps géologiques/ 2 Role des orogénèses Dans l'atmosphère on a Kg, soit 34 fois moins que le CO2 libéré par la totalité de l'altération de l'himalaya

79 IV Evolution atmosphère échelle temps géologiques/ 3 Variations à différentes échelles de temps Variation C02 depuis 600 ma Source : Berner, Science, 1997

80 IV Evolution atmosphère échelle temps géologiques/ 3 Variations à différentes échelles de temps Variation C02 depuis 600 ma Dévelopement végétation il y'a ~400 ma pompe le CO2 (carbonifère) Remonté du CO2 il y'a ~200 ma

81 IV Evolution atmosphère échelle temps géologiques/ 3 Variations à différentes échelles de temps De 180 ma à l'heure actuelle: évolution température Refroidissement continue depuis le tertiaire Méthode suffisament précise pour voir les cycles de Milankovitch au cours du quaternaire

82 Bilan sur l'évolution de l'atmosphère terrestre Plusieurs échelle de temps : Variation activité solaire nx100 ans : Variations rapides de l'énergie solaire ~ ans : Cycle Milankovitch => cycle glaciation ~100 ma : Tectonique des plaques, formation chaines de montagnes, ouverture océans,... Dévelopement de la vie : photosynthèse augmente O2

83 Bilan boucles de rétroaction positives et négatives fonctionnant sur différentes échelles de temps

84 Bilan méthodes de datation Rapport isotopique oxygène, taux CO2, CH4 dans les glaces : => étude l'atmosphère sur ~ ans Carottes sédimentaires : moins précis mais permet monté plus loin dans le temps Autres méthodes : sédiments=>ph Océan => CO2, indice stomatique,...

85 Bilan : réservoirs impliqués

86 Pas encore vu Role des océans Role volcanisme

87 Plan du cours I) Calcul température surface d'une planète sans atmosphère II) Effet serre Principe Gaz à effet de serre III) Mécanisme évolution température Variation énergie émise par le soleil Cycles de Milankovitch Mesures de la température passée à l'aide des isotopes de l'oxygène Boucles de rétroaction IV) Evolution de l'atmosphère à l'échelle des temps géologiques V) Variations actuelles des températures

88 V Variations climatiques actuelles/ 1 paramètres climatiques / a variations globaes Variations actuelles du CO2

89 V Variations climatiques actuelles/ 1 paramètres climatiques / a variations globaes

90 V Variations climatiques actuelles/ 1 paramètres climatiques / a variations globaes ANTHROPISATION ppmv/an Biomasse importante Peu de biomasse HIVER ETE : Pulsation max = 6 ppmv Hiver et été : même taux de respiratio mais pas même taux de photosynthèse Photosynthèse été > hiver 1

91 V Variations climatiques actuelles/ 1 paramètres climatiques / a variations globaes Variation CO2 en fonction du temps et de la latitude

92 V Variations climatiques actuelles/ 2 Influence anthropique Contribution anthropique à l'effet de serre CO2 N2O CH4 SF6 HFC ORIGINE Contribution Concentration Concentration Concentration à l'intensification en 1850 actuelle estimée en 2030 de ES en ppmv ppmv ppmv T RES dans ATM en an Combustion C fossile, déchets, ciments déforestation 74% combustion, déforestation 13% % % élevage animal, traitement déchets, rizières agent réfrigérant, gaz propulseurs

93 V Variations climatiques actuelles/ 2 Influence anthropique Rejet GES par pays Moyenne des GES rejété par habitant/an Depuis 85 ans : 1920: 1GTC 1955: 2GTC 1966: 3GTC 1973: 4GTC 1980: 5GTC 2000: 6 8 GTC/an Moyenne mondiale: 2 t Usa, Cn, Cn, Australie: 6 à 7 t Europe: 2,5 à 5 t France: 2,7 (1,8 pour le seul CO2) Chine 1 t Inde 0,5 t

94 V Variations climatiques actuelles/ 2 Influence anthropique GES par activité Allez voir site officiel gouvernemental : de serre.gouv.fr/fr/actions/projetrapportfacteur4.pdf

95 V Variations climatiques actuelles/ 2 Influence anthropique Que devient le CO2 émis dans l'atmosphère? HUMANITE : production de 29 GT de CO2 = 8 GT de C ESTIMATION : 4 GT/an se retrouve dans l'atmosphère 3 GT/an se dissolvent dans les océans 1 GT/an accroit la biomasse

96 V Variations climatiques actuelles/ 2 Influence anthropique Variations CO2 et température

97 V Variations climatiques actuelles/ 2 Influence anthropique Variation niveau des mers

98 FIN

99 Role des forets sur la production d'o2/co2 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 (glucose ou C6(H2O)6) + 6 O2 Lorsque la photosynthèse produit de la matière organique contenant 12g de carbone il y'a production de 32g de O2 La respiration a exactement un bilan inverse : il y'a autant d'o2 produit par la photosynthèse que consommé par la respiration.

100 Role des forets sur la production d'o2/co2 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 (glucose ou C6(H2O)6) + 6 O2 La production de glucose pompe du C qui participe à la croissance des végétaux Lorsque les végétaux meurt, ils sont décomposés libère le carbone

101 Variation du d18o dans des sédiments marins

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106 Mesure carbone 14 dans le bois : plus il y'a de vent solaire, moins il y'a de C14.

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108 Période glaciaire de ~ ans suivis de période inter glaciaire ~ dues au cycle de Milankovitch

109 `

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114 Echange principale entre le CO2 atmosphérique et le biotope : 60 GT/an Controlé par : température, ph, salinité, turbulence Atmosphère/océan: 90 GT/an Atmosphère = 760 GT Océan contiendrait = GT Végétation = 2100 Gt: interagit avec l'atmosphère via la respiration et la photosynthèse

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116 Rejet humain sont de l'ordre de 6GT/an = 5% échange naturel

117 Taux de C02 dans les océans

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119 Conséquence variations solaire sur l'atmosphère Modifie l'irradiance (ie l'energie total reçue par l'atmosphère du soleil) Vent solaire influe sur le CMT => conséquence sur la formation des nuage et l'abédo. Ces changements entrainent des réactions Modification évaporation des océans Solubilité C02 dans les océans => modifie la couverture nuageuse (albedo) et l'effet serre

120 Variation solaire et le volcanisme explique ~ 65% variation température des 1000 dernières années Le reste s'explique par la circulation des océans 70% croissance de la température seulement pourrait s'expliquer par des forçages naturel

121 Evolution de l'atmosphère de la Terre en 4 Ga ATMOSPHERE ACTUELLE ATMOSPHERE PRIMITIVE CO2 = 19 % H2O = 80 % ( OCEAN) N2 ~ 1% Les autres ( CH4, NH3. = ε%) en 4 Ga N2 = 78.1 % O2 = 20.9 % Ar = 0.9% CO2 = 0.04%