2.2 Sciences de la vie

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1 2.2 Sciences de la vie Atmosphère, hydrosphère, climats : du passé à l avenir EVOLUTION CLIMATIQUE ET ATMOSPHERIQUE RECENTE Rappels secondes Problème Quelles ont été les variations climatiques au cours des dernières années? I. METHODES DE MISES EN EVIDENCE DES CHANGEMENTS CLIMATIQUES. Activité 1 Apport de la palynologie I.1. Apport de la palynologie Le pollen, élément mâle servant à la reproduction des plantes à fleurs, est petit, léger, émis en très grand nombre et très résistant à la décomposition. Le carottage de sédiments continentaux (tourbes, sédiments lacustres) permet de retrouver du pollen fossile et de le dater. La comparaison des pollens fossiles et des pollens actuels permet d identifier les végétaux qui se sont succédés au cours du temps dans une région donnée. En appliquant le principe d actualisme (en considérant que les espèces d autrefois avaient les mêmes exigences climatiques que les espèces actuelles) on peut reconstituer les paléoclimats. Dans un lieu donné, la fréquence relative des différentes espèces végétales au cours du temps dans une carotte sédimentaire constitue un diagramme pollinique. L analyse des pollens permet d analyser les grandes variations climatiques récentes : sortie de la dernière période glaciaire, divers épisodes de refroidissement/réchauffement à petites échelles. Période couverte : ans environs. Activité 2 Les glaces polaires : des archives du climat des dernières années. I.2. Apport des analyses de carottes glaciaires > Des carottages pour accéder à des glaces anciennes Dans les régions polaires, la glace se forme à partir des couches de neige qui se déposent chaque année : donc plus la glace est profonde, plus elle est ancienne. Pour y accéder, on réalise des carottages : Le 1 er forage a eu lieu en 1966 au Groenland : 1390m qui représentent ans d archives climatiques ; Forages réalisés au niveau de Vostok (Antarctique) : 3768m qui représentent plus de ans d archives climatiques. > Thermomètres isotopiques En effectuant des mesures sur les précipitations actuelles, on peut mettre en évidence une relation entre la température à laquelle surviennent ces précipitations et la composition isotopique de l eau. Les deux éléments de l eau sont exploitables : Pour l hydrogène > rapport (D/H), Pour l oxygène > rapport ( 18 O/ 16 O). Dans les deux cas : plus la température est basse, plus l eau est appauvrie en isotope lourd, donc plus l indice isotopique 18 O ou D est faible. La courbe traduisant les variations du 18 O ou D en fonction de la température est une droite. La mesure du 18 O ou D de la glace permet donc d estimer la température au moment de la chute de neige correspondante. Mise en évidence d une périodicité des variations de température de ans. DOSSIER 1.3 > CONSO ET REGENERATION D ATP DANS LES CELLULES MUSCULAIRES 1

2 > Evolution de la composition de l atmosphère En se tassant progressivement, la neige renferme l air qu elle contient ; on estime que vers 80m de profondeur les bulles d air piégées sont définitivement isolées de l atmosphère (d où un certain décalage, à une profondeur donnée, entre l âge de la glace et l âge de l atmosphère emprisonnée qui peut atteindre 7000 ans). L analyse de l air piégée permet de retracer l évolution de la concentration de certains gaz (dioxyde de carbone, méthane, protoxydes d azote ), mais aussi de particules (poussières continentales désertiques, marqueurs volcaniques) ou encore de métaux lourds (mercure, plomb), sur des périodes allant de quelques dizaines d années à ans. Depuis ans, les concentrations de l air atmosphérique en méthane et en dioxyde de carbone ont varié parallèlement et de façon cyclique, avec une période de ans environ. A plus petite échelle de temps, on observe depuis 1850 une augmentation très nette de la concentration de ces deux gaz, elles ont atteint des valeurs jamais observées depuis ans. I.3. Autres méthodes Méthodes Support Période couverte Mesures instrumentales Résultats de mesures 150 ans Dates de floraison, vendanges, récoltes Témoignages écrits 2000 ans Indicateurs climatiques Dendrochronologie Arbre sur pied, arbres (cernes des arbres) fossiles ans Rapport d 18 O dans les Squelettes carbonatés sédiments marins des foraminifères ans Traces d anciens glaciers Stries glaciaires, moraines Derniers millénaires Expansion des glaciers Front des glaciers actuel II. RESULTATS : VARIATIONS CLIMATIQUES AU COURS DES DERNIERES ANNEES Les différents indices évoqués précédemment sont cohérents. Au cours des dernières années se sont succédés plusieurs cycles climatiques glaciaires/interglaciaires complets d environ ans. A l intérieur de chaque cycle, d autres variations existent d une périodicité de et ans. Durant les dernières années (Holocène), le climat est resté celui d une période interglaciaire, proche de celui que nous connaissons actuellement, avec des fluctuations de faible amplitude. Le dernier maximum glaciaire remonte à ans environ. Enfin, durant le dernier millénaire, on note l existence d une phase chaude («optimum médiéval» de l an 900 à l an 1300), suivie d une phase plus froide («petit âge glaciaire» entre 1300 et 1850). Depuis, une augmentation rapide de la température moyenne est enregistrée. DOSSIER 1.3 > CONSO ET REGENERATION D ATP DANS LES CELLULES MUSCULAIRES 2

3 Activité 3 Interaction entre rayonnement et atmosphère Livre p98/99 Activité 4 Complexité effet de serre Livre 102/103 Activité 3 Interaction entre atmosphère, hydrosphère et climats Livre p80/81 III. LES CAUSES POSSIBLES DES VARIATIONS CLIMATIQUES III.1. Les interactions entre rayonnement et atmosphère Les climats de la Terre dépendent principalement de l énergie solaire reçue : Une partie de cette énergie est réfléchie par l atmosphère et la surface de la Terre. L autre partie est absorbée et est responsable du réchauffement de la Terre. Albédo : rapport entre rayonnement solaire réfléchi et reçu par surface. L albédo est compris entre 0 (surface parfaitement absorbante) et 1 (surface parfaitement réfléchissante). D après l albédo moyen de la Terre, on s attendrait à une température de surface de -18 C or la température moyenne est de +15 C. L énergie thermique issue de l activité interne de la Terre est insuffisante pour expliquer cette différence de température. L explication est à rechercher du côté des propriétés de l atmosphère : L atmosphère est très transparente aux rayonnements solaires visibles. Elle laisse donc une importante quantité de ce rayonnement atteindre la surface et la réchauffer. L atmosphère absorbe en revanche une part importante des rayonnements IR (infrarouges) émis par la Terre en se refroidissant. Cette absorption limite ainsi les pertes énergétiques vers l espace. Les gaz atmosphériques responsables de cette absorption sont minoritaires : la vapeur d eau principalement, mais aussi le dioxyde de carbone, le méthane, le protoxyde d azote, l ozone On appelle effet de serre le phénomène par lequel les rayons infrarouges émis par la surface d une planète sont piégés par des gaz atmosphériques, ce qui réchauffe la planète. III.2. La complexité de l effet de serre naturel et des Interactions entre hydrosphère, atmosphère et climats > Les nuages ont un double effet sur le bilan radiatif local : Le jour, ils réfléchissent le rayonnement solaire, ce qui tend à faire diminuer la température. Le jour et la nuit, ils produisent un effet de serre qui tend à faire augmenter la température. > Une comparaison du flux infrarouge dirigés vers le haut, d une part au niveau de la surface et d autre part au sommet de l atmosphère, permet de quantifier l effet de serre. > L effet de serre moyen est très inégal selon la localisation géographique et ce même pour une latitude donnée. Il est d autant plus intense que la couverture nuageuse est forte et que l atmosphère est riche en vapeur d eau. A l échelle globale la vapeur d eau est responsable de 60% de l effet de serre naturel. > Les climats dépendent principalement de la quantité d énergie solaire reçue. Comme la Terre est une sphère, l insolation annuelle dépend de la latitude : Au niveau du somment de l atmosphère, elle est maximum au niveau de l équateur et minimale au niveau des pôles ; Au niveau du sol, la relation entre latitude et insolation est plus complexe, du fait de la nébulosité. Les mouvements des enveloppes fluides (atmosphère et hydrosphère) redistribuent de l énergie de l équateur vers les pôles. Ces transferts énergétiques ont une influence considérable sur les climats locaux. DOSSIER 1.3 > CONSO ET REGENERATION D ATP DANS LES CELLULES MUSCULAIRES 3

4 III.3. Les paramètres initiateurs > Les variations climatiques enregistrées au cours des dernières années montrent plusieurs périodicités. Celles-ci sont dues aux variations des paramètres orbitaux de la Terre. Excentricité Obliquité Positionnement des équinoxes (précession) variation de la forme de l orbite (de circulaire à elliptique) variation de l inclinaison de l axe de rotation de la Terre Modification de la date des équinoxes modification de la quantité énergie solaire reçue Modification de la répartition latitudinale de l énergie solaire modification de la quantité énergie solaire reçue. > Ces paramètres modifient la distance Terre Soleil et donc la quantité d énergie solaire reçue par la Terre (1/d²). > Les variations des paramètres orbitaux de la Terre constituent les facteurs initiateurs des variations climatiques. Effet de serre et albédo sont des paramètres amplificateurs. > L activité volcanique peut également avoir une influence sur le climat Libération de CO 2 et donc augmentation de gaz à effet de serre Emission de poussières d aérosols qui diminuent la quantité d énergie reçue au sol. > L activité photosynthétique sur les continents et dans les océans est un puits de carbone car elle piège une partie du CO 2 atmosphérique, alors que les activités humaines sont une source importante de carbone. IV. EVOLUTIONS RECENTES ET FUTURES > Depuis la révolution industrielle, les activités humaines libèrent une quantité très importante et diversifiée de gaz à effet de serre (GES). Il en résulte un effet de serre d origine anthropique qui s ajoute à l effet de serre naturel. > Afin de réaliser des projections et prédictions, les scientifiques réalisent des modélisations qui tiennent compte de la complexité du système climatique terrestre. Plusieurs scenarios sont testés. Tous prévoient une augmentation d au moins un degré Celsius avant la fin du XXIème siècle. > Le réchauffement climatique aura des conséquences sur la biodiversité et la vie des sociétés humaines d autant plus marquées qu il sera rapide et intense. > Voir schéma bilan du livre p 111. DOSSIER 1.3 > CONSO ET REGENERATION D ATP DANS LES CELLULES MUSCULAIRES 4

5 Article DOSSIER 1.3 > CONSO ET REGENERATION D ATP DANS LES CELLULES MUSCULAIRES 5