UE libre UBO CLIMAT : Passé,, présent, futur Qu est qui peut faire varier système climatique terrestre? Chapitre 7 Changements climatiques passés Speich Daniault UBO Climat 7_1 Speich Daniault UBO Climat 7_2 Le moteur du climat Différences de chaleur: le moteur du climat La Terre reçoit l essentiel de son énergie du soleil Cette énergie est distribuée de manière inégale autour de la planète l équateur reçoit beaucoup plus que les pôles seul un côté de la Terre est réchauffé à la fois; par contre, elle perd de l énergie sur toute sa surface Pour ne pas surchauffer (tropiques) et ne pas trop se refroidir ailleurs, la Terre cherche à équilibrer l énergie qu elle reçoit Cet équilibre se fait grâce aux courants océaniques et atmosphériques + chaud + froid Speich Daniault UBO Climat 7_3 Speich Daniault UBO Climat 7_4 1
Redistribution de la chaleur Vers le nord 6 4 2 0 4 Total Atmosphère Océan Chaleur latente 6 90 N 60 N 2 Vers le sud Transport d énergie (PW) Équilibre énergétique de la planète 30 N Équateur 30 S Speich Daniault UBO Climat 7_5 L atmosphère et l océan, enveloppes fluides de la Terre, peuvent se mettre en mouvement et transporter de la chaleur des tropiques vers les hautes latitudes 10 20 Pôle nord Cellule polaire Cellule de Ferrel Cellule de Hadley Déserts froids 60 N Régions tempérées Deserts chauds 30 N 0 Régions tropicales 60 S 90 S Speich Daniault UBO Climat 7_6 Zones climatiques terrestres Le schéma simplifié, symétrique autour de l équateur, se complique dans la réalité à cause de divers facteurs, notamment: Alizés 30 S Vents d ouest 60 S Distribution inégale des surfaces océaniques et continentales Distribution terre/océan différente entre les hémisphères Pôle sud Relief Végétation et changements saisonniers 30 Speich Daniault UBO Climat 7_7 Speich Daniault UBO Climat 7_8 2
Carte des principaux régimes r climatiques Tempéré Continental froid Arctique Les Changements Climatiques Passés s (ou Paléo o climatiques) Forêt humide Mousson Méditerranéen Déserts chauds Speich Daniault UBO Climat 7_9 Speich Daniault UBO Climat 7_10 Indices permettant de reconstituer les paléoclimats Étant donné que les observations fiables n existent que depuis le milieu du siècle dernier, il n existe pas d informations directes sur l évolution climatique antérieures au 18e siècle On doit donc faire appel à divers indices ( proxy data ) qui sont sensibles au climat et à son évolution Indices Les indices les plus couramment utilisés comprennent: Les sédiments lacustres et marins Les carottes de glace La dendrochronologie La palynologie Les coraux L analyse isotopique Speich Daniault UBO Climat 7_11 Speich Daniault UBO Climat 7_12 3
Cernes des arbres: une archive vivante J. César sacré Empereur (50 av JC) Principe de la dendrochronologie C. Colomb découvre l Amérique 1492 Éruption du Krakatoa 1883 Températures Ancien Temps Récent Speich Daniault UBO Climat 7_13 Speich Daniault UBO Climat 7_14 Principe de la dendrochronologie Principe de la palynologie Plantes se développant en climat chaud Température Récent Toutes ces mesures sont traitées par ordinateur ce qui accélère et affine les résultats et les spécialistes remontent actuellement l'échelle du temps jusqu'à sept millénaires avant J.C. pour le chêne. Plantes se développant en climat froid Temps Ancien Speich Daniault UBO Climat 7_15 Speich Daniault UBO Climat 7_16 4
Principe de la palynologie Un diagramme pollinique présente les différentes essences repérées par leurs pollens, avec leur quantités respectives. Ici, on constate clairement trois peuplements successifs il y a 50000 ans, un peuplement de prairie, avec une dominante de composées. entre 48000 et 44000 ans, une forêt mixte (chênes + conifères) s'installe. vers 44000 ans, disparition de la forêt et retour à une prairie riche en graminées. Formation s de corail http://pedagogie.actoulouse.fr Speich Daniault UBO Climat 7_17 Speich Daniault UBO Climat 7_18 Analyse corallienne: changements du niveau de la mer Forages dans la glace Formation et survie du corail Ancien corail Nouveau corail Zone de luminosité suffisante Forte atténuation de la lumière solaire Speich Daniault UBO Climat 7_19 Les calottes de glace, qui forment nos grandes réserves d eau douce, constituent des archives uniques de l environnement passé. Dans les régions les plus froides, les neiges, préservées et accumulées parfois depuis des centaines de milliers d années, conservent la mémoire des conditions climatiques de leur époque. Speich Daniault UBO Climat 7_20 5
.. Forages dans la glace Sites des forages couvrant au moins les derniers 20 000 ans en Antarctique. Le site de Vostok a fourni des échantillons remontant à 400 000 ans ; au-delà, on atteint un lac sousglaciaire, puis le socle rocheux sous-jacent. Speich Daniault UBO Climat 7_21 Analyse isotopique Oxygène naturel: 16 O (8 protons + 8 neutrons) Isotope stable: 18 O (8 protons + 10 neutrons) La concentration 18 Le thermom δo 18 (%0) O dans les molécules H 2 O diminue au -20fur et à mesure que la température augmente -30 thermomètre tre isotopique On peut donc travailler sur le rapport 16 O: 18 O (représenté par δo 18 ), et en déduire la -40 température à laquelle les précipitations sont tombées (si on connait Température l'âge de [ C] l'échantillon) -50-40 -30-20 -10 Speich Daniault UBO Climat 7_22 Évolution conjointe climat - vie sur Terre (-3( 3 milliards d annd années) -1,5 milliards d annd années Dioxyde de carbone Première molécules organiques 30 % moins Première activité de photosynthèse 10 % moins Etat actuel Oxygène Dioxyde de carbone Première molécules organiques 30 % moins Première activité de photosynthèse 10 % moins Etat actuel Oxygène 3 2 1 0 Milliards d'années 3 2 1 0 Milliards d'années Situation actuelle Speich Daniault UBO Climat 7_23 Speich Daniault UBO Climat 7_24 6
. Présent Evolution de la Terre depuis 545 millions d annd années 30 % moins 10 % moins Etat actuel Dioxyde de carbone Première molécules organiques Première activité de photosynthèse Oxygène 3 2 1 0 Milliards d'années Situation actuelle Speich Daniault UBO Climat 7_25 Évolution climatique entre 225 et 3 millions d annd années due aux mouvements des plaques terrestres (séparation des continents, formation des bassins océaniques, ) Speich Daniault UBO Climat 7_26 Évolution climatique depuis 60 millions d annd années Durant les derniers 60 millions d années on observe un refroidissement global. Évolution climatique depuis 5 millions d annd années H o l o c è n e P l é i s t o c è n e P l i o c è n e Evolution de Hominids Africain Présent 10-15'000 2 millions 5 millions MILLIONS D ANNEES AVANT LE PRESENT Alternance entre époques glacières et interglaciaires Période interglaciaire actuelle Fluctuations: env. 2 C Modifications importantes des conditions hydrologiques optimum 135'000 Glaciaires / interglaciaires Fluctuations de températures de 5 à 7 C, même 10 à 15 C dans certaines régions de latitudes moyennes et hautes de l'hémisphère nord. Durant la dernière période glaciaire, niveau de la mer 120 m plus bas qu'actuellement 3.3 millions optimum 4.3 millions Période chaude Précipitations importantes, surtout dans les régions actuellement arides (Asie centrale et Afrique du Nord) où les T estivales étaient plus basses qu'actuellement. NOTE: L échelle de temps change à 3 millions d années Speich Daniault UBO Climat 7_27 Speich Daniault UBO Climat 7_28 7
Vostok Dome C Evolution climatique depuis 430 000 ans Climats de l Eemien l (-130( 000 ans) Durant les interglaciaires du Pléistocène, les températures les plus élevées ont atteint 1 à 2 C de plus qu'actuellement Le CO 2 atteignait 300 ppm L'excentricité de l'orbite terrestre était beaucoup plus importante qu'aujourd'hui et le rayonnement estival était plus important dans l'hémisphère Nord. Les températures étaient supérieures de 2 C aux valeurs préindustrielles dans l'hémisphère Nord; mais de 4 à 8 C en Sibérie, au Canada et au Groenland, de 1 à 3 C au nord de 50-60 N, en ex-urss et en Europe occidentale; plus au Sud, les températures étaient semblables à celles d'aujourd'hui. Dans toute l'hémisphère Nord, les précipitations étaient supérieures à celles d'aujourd'hui Speich Daniault UBO Climat 7_29 Speich Daniault UBO Climat 7_30 +1-2 C Climats de l Eemienl (-130 000 ans) +4-8 C +3 C +4-8 C + précipitations CO 2 : 300 ppm (1850: 275 ppm; 2000: 375 ppm) Climats de l Holocl Holocène Plusieurs périodes chaudes entre 9000 et 5000 BP (Before Present) dont la dernière, de 6200 à 5300 BP Chaque période chaude a été accompagnée par une augmentation des précipitations et par une augmentation du niveau des lacs subtropicaux et de hautes latitudes Le réchauffement estival le plus important a touché les hautes latitudes Nord (70 N): jusqu'à 4 C. Précipitations plus abondantes Aux latitudes moyennes, réchauffement de 1-2 C. Précipitations légèrement inférieures à celles d'aujourd'hui, très inférieures aux USA, particulièrement dans l'est et le centre Plus au Sud, les températures étaient même plus basses que celles d'aujourd'hui (Sahara, Arabie, Asie Centrale) et les précipitations plus importantes Speich Daniault UBO Climat 7_31 Speich Daniault UBO Climat 7_32 8