Sciences de la vie et de la Terre

DU PASSÉ GÉOLOGIQUE À L’ÉVOLUTION FUTURE DE LA PLANÈTE -Accompagnement du programme de Terminale S 2002 Spécialité Thème 1

01 / 09 / 2005 | Sacha Touille
 

Date : Mai 2002

AUTEUR :
Dominique SIX



Niveau concerné :

Lycée
Type
Accompagnement nouveau programme

<p
align="CENTER"> 

<p
align="CENTER">TERMINALE S

SPÉCIALITÉ THÈME1

DU
PASSÉ GÉOLOGIQUE À L’ÉVOLUTION FUTURE DE LA
PLANÈTE
(7 semaines)

En relation
avec le programme de 2nde, de 1ère S et de
terminale. On doit appliquer le raisonnement de la démarche expérimentale
pour reconstituer les climats de la Terre et les variations du niveau
de la mer, à différentes échelles de temps, grâce
à différents éléments pris dans les programmes.

Les climats passés de la planète



 




Les changements du climat depuis 700000 ans

1 – Les isotopes stables
de O2 sont les marqueurs des variations climatiques et du niveau
de la mer. Données : calottes glaciaires et tests carbonatés
de foraminifères, avec mesures de 18O / 16O
et calculs de

à voir annexe des
documents d’accompagnement pour les calculs et le schéma du
principe de distillation des isotopes de O2. Ces variations
résultent d’échanges entre les différents réservoirs.

  • isotopes de O2 et archives glaciaires : Groenland, Antarctique à annexe des documents d’accompagnement
  • isotopes de O2 dans les tests carbonatés du plancton et variations du niveau de la mer à annexe des documents d’accompagnement

à l’évolution
du est une image de
la température moyenne, et permet de voir les changements climatiques
globaux ayant affecté la Terre. Ces variations sont à comparer
avec des données biologiques telles que l’étude des
pollens fossiles récoltés en différents endroits.



 



  • isotopes de O2 et archives glaciaires : Groenland, Antarctique à annexe des documents d’accompagnement
  • isotopes de O2 dans les tests carbonatés du plancton et variations du niveau de la mer à annexe des documents d’accompagnement


à
l’évolution du

est une image de la température moyenne, et permet de voir les
changements climatiques globaux ayant affecté la Terre. Ces variations
sont à comparer avec des données biologiques telles que
l’étude des pollens fossiles récoltés en différents
endroits.


2 – Globalité
du changement climatique et corrélation avec la teneur en gaz à
effet de serre de l’atmosphère : courbes superposées
avec variations de température, CO2 et CH4

à corrélation
entre les mesures mais pas unicité de l’origine ; causalité
non démontrée.

On ne doit pas
rentrer dans les détails des corrélations

3 – Les changements
climatiques : reflets d’un système complexe

  • Mouvement de la terre autour du soleil et rythmicité des changements climatiques : annexe des documents d’accompagnement à relation entre insolation, évolution de la température et mesures isotopiques. Relation avec le programme de 2nde.
    • changement d’excentricité de l’orbite de la terre qui passe d’un cercle à une ellipse avec une périodicité de 100000 ans et 400000 ans
    • variation de l’obliquité de la terre inclinée sur son axe de rotation avec une périodicité de

    41000 ans

    • précession des équinoxes (id au mouvement d’un oula-oup autour du corps) avec une périodicité de 19000 à 23000 ans

ces paramètres modifient
le distance terre-soleil, donc la quantité d’énergie
solaire reçue.

L’observation des
périodes des changements climatiques sont à corréler
avec ces données astronomiques pour émettre des hypothèses
explicatives sur l’origine des variations climatiques des 700 000
dernières années.

  • Mécanismes amplificateurs et multiples interactions
    • variations de l’albédo : tout changement climatique entraîne une variation de la surface nuageuse, du couvert végétal et de la surface des glaces, ce qui agit sur le climat, car ont des albédos différents.
    • variations de la teneur en CO2 atmosphérique, gaz à effet de serre : solubilité du CO2 dans l’océan varie en fonction de la température d’où passage variable dans l’atmosphère.

     

 


Les
changements climatiques aux plus grandes échelles de temps

On
montre qu’il y a eu aussi des changements climatiques dans le passé
mais qui ont duré plusieurs dizaines de millions d’années,
et qui ne peuvent s’expliquer par les variations d’insolation
vues au Pléistocène : il faut donc chercher avec les
mécanismes amplificateurs une solution possible.

1
— 2 exemples :

  • la glaciation et la forêt permo-carbonifère : la France avait un climat tropical, étant alors près de l’équateur(relation avec la tectonique des plaques) et en même temps très grande calotte polaire pour hautes latitudes sud, donc période de glaciation importante. Diminution du CO2 atmosphérique.
  • la période chaude du crétacé : aucune calotte polaire , climat chaud même au Groenland donc effet de serre très important du à une augmentation du CO2 atmosphérique ; activité des dorsales importante.

2
— Mécanismes qui contrôlent les variations climatiques
 :

les
élèves émettent des hypothèses en fonction
de leurs connaissances et de données sur ces mécanismes :

  • biologiques : photosynthèse et diminution du CO2, piégeage de la matière organique sous forme de combustible fossile d’où pas de recyclage à court terme du CO2 (Cf respiration et fermentation)
  • géologiques : réactions d’érosion, altération des minéraux, précipitation des carbonates, accroissement du volcanisme : flux de CO2 entre les réservoirs réactions chimiques dans les annexes des documents d’accompagnement.

à
tous ces échanges entre les réservoirs de C modifient la
quantité de CO2 atmosphérique et induisent un
changement climatique.

On
peut tester ces hypothèses à l’aide de modèles.

Ce
thème nécessite de traiter auparavant celui sur " diversité
et complémentarité des métabolismes " et
on réinvestit les connaissances sur les échanges entre les
réservoirs de C vus en 2nde.

Les variations du niveau de la mer

 

Mise
en évidence des variations au cours des temps géologiques

  • variations au quaternaire en relation avec les glaciations
  • variations au crétacé supérieur avec transgression

 


Mécanismes
de variations du niveau de la mer

  • dilatation thermique de l’eau : provoque une augmentation du niveau de 5 m
  • formation et destruction des calottes polaires : la fonte de la calotte antarctique provoquerait une augmentation du niveau de 69 m
  • volume des bassins océaniques : en relation avec le nombre et l’activité des dorsales ainsi que l’âge de la lithosphère océanique ; explique la grande transgression du crétacé avec augmentation du niveau de 300 m.

voir annexes des documents
d’accompagnement

 

Bilan :
envisager les climats du futur

A
partir des observations, la variation climatique est formalisée,
un nombre limité de paramètres déterminants est choisi,
un modèle est construit.

Le
modèle doit vérifier les observations effectuées
et reconstituer de façon satisfaisante les changements climatiques
connus.

Pour
un jeu de paramètres donnés, il est possible de calculer
l’évolution climatique future et ses conséquences :
température, variation du niveau de la mer, changement des courants
marins, …

Les
changements brutaux des climats dus aux activités humaines amènent
à tenir compte de vitesses d’évolution différentes.

Prédiction
des variations futures repose sur celles du passé, en utilisant
des modèles.

 

Par
rapport aux programmes précédents

On
ne voyait que l’évolution depuis 400 000 ans, axée
sur l’évolution du CO2, pas les variations anciennes de durées
beaucoup plus importantes . Dans le programme de spécialité
sur l’environnement de l’homme au quaternaire, on étudiait
déjà les variations avec les isotopes de 18O,
les modifications de la flore et de la faune, en relation avec l’évolution
humaine, mais pas de relation avec les variations de l’insolation.

Il
y a utilisation des connaissances prises dans différents chapitres,
biologiques et géologiques, acquises en tronc commun et en spécialité
de terminale, ainsi que celles de 2nde et 1ère
S pour construire peu à peu une réponse au problème
des variations climatiques constatées.

Ici
encore importance du modèle comme outil où l’on rentre
des paramètres qui suivent des lois sim
ples.

 

 





 

 

Articles les plus lus

réflexion et proposition pour une séance de TP de 2nde sur le plan d’organisation des Vertébrés

Permettre aux élève d’analyser et interpréter des (représentations) graphiques présentant des
« courbes »

Avoir une approche ludique du programme de Terminale S grâce à l’intelligence collective, l’exemple d’un jeu d’évasion (escape game) grandeur nature !

Des pistes pour travailler autour des grands enjeux planétaires.