Thème 2: Atmosphère, hydrosphère, climats: du passé à l avenir. Fiche Bac

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1 Thème 2: Atmosphère, hydrosphère, climats: du passé à l avenir Fiche Bac

2 Thème 2 De l'atmosphère primitive à l'atmosphère actuelle Atmosphère, hydrosphère, biosphère et géosphère sont en interaction permanente. Atmosphère et hydrosphère sont les enveloppes fluides entourant la Terre; elles sont mises en mouvement par l énergie solaire qu elles reçoivent.

3 4,5Ga 4,4Ga I. Atmosphère primitive réductrice Formation de l atmosphère primitive: Formation de la Terre par accrétion d astéroïdes et météorites il y a 4,56 Ga. L atmosphère primitive s est formée durant les 100 premiers millions d années. Différenciation: l atmosphère provient du dégazage du manteau lié à un volcanisme intense. Composition atmosphère primitive: Déterminée à partir des météorites chondrites (composition chimique proche de la Terre primitive) et des gaz volcaniques actuels. Atmosphère réductrice, sans O 2. Riche en vapeur d eau (85%), CO 2 (12%), N 2, H 2 S.

4 4,5Ga 4,4Ga 4Ga I. Atmosphère primitive réductrice Evolution de l atmosphère primitive: Refroidissement rapide de la Terre, condensation de la vapeur d eau et formation des océans (4,2Ga). 4 Ga: atmosphère riche en CO 2 et N 2. Le refroidissement se poursuit: le CO 2 se dissout dans les eaux plus froides des océans; une partie est piégée dans les roches sédimentaires carbonatées (calcaires chimiques): CO 2 aqueux HCO 3 - CaCO 3 (précipite)

5 4,5Ga 4,4Ga 4Ga 3,8Ga II. Passage de l atmosphère réductrice à l atmosphère oxydante Apparition du dioxygène dans l eau: Stromatolit(h)es fossiles datés de 3,8 Ga. Constructions calcaires édifiés par des cyanobactéries. Principe d actualisme: il y a 3,8 Ga, des cyanobactéries réalisaient la photosynthèse: elles consommaient du CO 2 (accentue la précipitation des carbonates) et libéraient de l O 2 dans l eau. Mais l O 2 n apparaît dans l atmosphère que vers -2,2 Ga.

6 4,5Ga 4,4Ga 4Ga 3,8Ga 2,2Ga Des indices du devenir du dioxygène: O 2 d abord piégé dans l eau à cause de l oxydation de l ion ferreux soluble (Fe 2+ ) en ion ferrique insoluble (Fe 3+ ) qui précipite. Formation des fers rubanés (roches sédimentaires) dans les océans entre -3,8 et -1,8 Ga. Quand plus de Fe 2+ dans les océans, l O 2 s accumule dans l eau, puis s échappe dans l atmosphère à partir de -2,2 Ga. Atmosphère oxydante. Oxydation des paléosols et des roches continentales (grès rouges). -2 Ga: 1% de dioxygène.

7 4,5Ga 4,4Ga 4Ga 3,8Ga 2,2Ga 500Ma III. Formation de l atmosphère actuelle -500 Ma: teneurs actuelles d O 2 (21%) et CO 2 (0,03%). Dioxygène: Augmentation régulière d O 2 à partir de -2 Ga. Formation de l ozone (O 3 ), protection contre les UV, vie hors de l eau possible. Dioxyde de carbone: Diminution régulière du CO 2. Dissolution dans l eau et piégeage dans les calcaires. Fossilisation de la matière organique (pétrole, charbon, gaz naturel).

8 Thème 2 Les climats aux grandes échelles de temps Les indicateurs des climats passés anciens (audelà de ans): les roches et les fossiles, les variations du CO 2 atmosphérique (effet de serre). Repose sur le principe d actualisme: Causes des phénomènes actuels sont les mêmes que ceux qui ont agi dans le passé.

9 Thème 2 I. Les indices marquant les climats anciens Des indices paléontologiques: Certains fossiles (ex: fougère arborescente tropicale) dans des sédiments. Indice stomatique: plus la quantité de cellules stomatiques est faible et plus la teneur en CO 2 est forte. Des indices géologiques: Certaines roches indicatrices de climat: Tillites: moraines glaciaires. Kaolinite, bauxite, latérite, charbon: climat tropical. Evaporites: climat chaud et sec. Des indices géochimiques: Rapport isotopique 18 O/ 16 O dans les carbonates (eau de mer) et coquilles de Foraminifères. Si δ 18 O augmente: refroidissement; Si δ 18 O diminue: réchauffement. 2 H/ 1 H

10 Thème 2 II. Les grands changements climatiques Alternance de refroidissements (glaciations) et de réchauffements (ex: Crétacé, -135 à -65 Ma). Diminution du CO 2 atmosphérique et refroidissement Forte activité photosynthétique; A leur mort, les végétaux sont enfouis et échappe au recyclage; piégeage du CO 2 dans les roches carbonées. Altération des minéraux silicatés par l eau (érosion) consomme du CO 2. 2 Al 2 Si 2 O 8 Ca + 4 CO H 2 O 2 Ca HCO 3 + Si 4 O 10 Al 4 (OH) 8 Augmentation du CO 2 atmosphérique et réchauffement Forte activité volcanique fort effet de serre.

11 Thème 2 Les évolutions climatiques des dernières années I. Les caractéristiques climatiques du Quaternaire 4 grandes glaciations (Günz, Mindel, Riss, Würm) séparées par des périodes interglaciaires plus chaudes et plus courtes ( ans) comme aujourd hui. Impact sur la végétation (steppe), sur la faune adaptée au froid, et sur les paysages (érosion).

12 Thème 2 II. Les indices des modifications récentes du climat Des indices dans les glaces polaires: Datation des différentes couches de neige accumulées. δ 18 O des glaces = rapport isotopique 18 O/ 16 O de la glace en référence à celui de l eau de mer actuelle. indice de la température qui régnait au moment de la chute de neige car proportions 18 O/ 16 O est liées à évaporation/condensation. δ 18 O diminue quand température diminue. Bulles d air piégées dans la glace: renseigne sur la composition de l atmosphère au moment de la chute de neige (notamment CO 2 ). Des indices laissés par les glaciers: moraines: dépôts glaciaires Indique l emplacement de glaciers anciens lors de périodes froides. Des indices paléontologiques: Identification des espèces végétales fossiles par l étude des pollens et spores conservés dans les sédiments lacustres ou les tourbières. Analyse du δ 18 O des tests (coquilles) de foraminifères dans sédiments océaniques = δ 18 O eau de mer de l époque. δ 18 O diminue au cours des périodes chaudes.

13 Thème 2 III. Les facteurs ayant influencé les variations récentes du climat Effet de serre: Gaz à effet de serre: vapeur d eau, CO 2, méthane. Absorbent et renvoient une partie des rayonnements infrarouges émis par la surface terrestre réchauffement de l atmosphère. Variations naturelles du CO 2 au cours de l histoire (volcanisme). Variations liées à l homme: utilisation des énergies fossiles, déforestation Paramètres orbitaux Excentricité: forme plus ou moins elliptique de l orbite terrestre; Précession des équinoxes: rotation de l axe de la Terre; Obliquité: angle d inclinaison de l axe de rotation de la Terre par rapport au plan de l écliptique. Facteurs amplifiants Albédo: rapport entre l énergie réfléchie et l énergie reçue (augmente avec glace et neige); Température océans: dissolution plus faible du CO 2 dans eaux chaudes.

14 Thème 2 IV. Et demain. Effet de serre: Déséquilibre entre les rejets de CO 2 (combustibles, déforestation) et son piégeage (végétation, océans). +0,9 C au cours du XXème siècle. Prévisions Plusieurs scénarios possibles selon le comportement des humains: Augmentation de la température entre 2 et 5 C d ici Elévation du niveau des mers (jusqu à + 80 cm) par la fonte des glaces. Des incertitudes: rôle des nuages, des aérosols, des courants marins, de l activité solaire

15

16 Thème 2 ensemble des organismes vivants et de leurs milieux de vie enveloppe gazeuse entourant la Terre parties solides de la Terre zones où l'eau est présente

17 Thème 2

18 Planète indifférenciée = agglomération due à la force gravitationnelle de météorites non différenciées, c est-à-dire de composition chimique homogène (chondrites).

19 ?

20 Atmosphère CO 2 Dioxyde de carbone gazeux Océan CO 2 aq Dioxyde de carbone dissous + 2H 2 O HCO H 3 O + ions bicarbonate ions hydronium 2HCO Ca 2+ ions bicarbonate ions calcium CaCO 3 + CO 2 aq + H 2 O Précipité Carbonate de calcium Calcaires chimiques

21 Stromatolithes Cyanobactéries

22

23 4Fe + 3O 2 2Fe 2 O 3 (Hématite)

24

25 Atmosphère réductrice Atmosphère oxydante Fer rubané (BIF) dans les océans 1ères cyanobactéries Sols et roches continentales oxydées

26 Fougères arborescentes tropicales Indice stomatique = nbre stomates / nbre total de cellules épidermiques

27

28 Actuel Rapport isotopique 18 O/ 16 O dans les carbonates et coquilles de foraminifères (=tests) δ 18 O = 0 18 O: isotope lourd 16 O : isotope léger Période froide Enrichissement en 18 O δ 18 O > 0 Période chaude Faible évaporation H 2 16 O Forte évaporation H 2 16 O et H 2 18 O Appauvrissement en 18 O δ 18 O < 0 H 2 16 O H 2 16 O Glace

29

30 Dernière glaciation atteint son maximum il y a ans; déglaciation achevée il y a ans. 2 réchauffements: / et /-800. Un refroidissement:

31 δ 18 O = -40 car quasiment pas de 18 O δ 18 O = -30

32 δ 18 O = -30

33 Diagramme pollinique δ 18 O = -30

34 δ 18 O = -30

35 δ 18 O = -30

36 δ 18 O = -30

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