Les climats de la Terre

Depuis 150 ans, le climat planétaire présente un réchauffement d’environ 1°C. Les scientifiques pointent le fait que ce changement climatique a des conséquences importantes déjà observables sur la météorologie, la biosphère et l’humanité. L’objectif de ce thème est de s’approprier les outils nécessaires pour appréhender les enjeux climatiques contemporains en établissant des comparaisons avec différents exemples de variations climatiques passées. Il s’agit en particulier de comprendre que les méthodes d’étude et les mécanismes expliquant les variations constatées peuvent être de natures différentes.

Chapitre 1 Reconstituer et comprendre les variations climatiques passées

Savoir :

• D’environ 1°C en 150 ans, le réchauffement climatique observé au début du XXIe siècle est corrélé à la perturbation du cycle biogéochimique du carbone par l’émission de gaz à effet de serre liée aux activités humaines.

• À l’échelle du Quaternaire, des données préhistoriques, géologiques et paléo-écologiques attestent l’existence, sur la période s’étendant entre -120 000 et -11 000 ans, d’une glaciation, c’est-à dire d’une période de temps où la baisse planétaire des températures conduit à une vaste extension des calottes glaciaires. Les témoignages glaciaires (moraines), la mesure de rapports isotopiques de l’oxygène dans les carottes polaires antarctiques et les sédiments font apparaître une alternance de périodes glaciaires et interglaciaires durant les derniers 800 000 ans.

• Les rapports isotopiques montrent des variations cycliques coïncidant avec des variations périodiques des paramètres orbitaux de la Terre. Celles-ci ont modifié la puissance solaire reçue et ont été accompagnées de boucles de rétroactions positives (albédo lié à l’asymétrie des masses continentales dans les deux hémisphères, solubilité océanique du CO2)

• Elles sont à l’origine des entrées et des sorties de glaciation. Globalement, à l’échelle du Cénozoïque, et depuis 30 millions d’années, les indices géochimiques des sédiments marins montrent une tendance générale à la baisse de température moyenne du globe. Celle-ci apparaît associée à une baisse de la concentration atmosphérique de CO2 en relation avec l’altération des matériaux continentaux, notamment à la suite des orogénèses du Tertiaire.

• De plus, la variation de la position des continents a modifié la circulation océanique.

• Au Mésozoïque, pendant le Crétacé, les variations climatiques se manifestent par une tendance à une hausse de température. Du fait de l’augmentation de l’activité des dorsales, la géodynamique terrestre interne semble principalement responsable de ces variations. Au Paléozoïque, des indices paléontologiques et géologiques, corrélés à l’échelle planétaire et tenant compte des paléo latitudes, révèlent une importante glaciation au Carbonifère-Permien. Par la modification du cycle géochimique du carbone qu’elles ont entraînée, l’altération de la chaîne hercynienne et la fossilisation importante de matière organique (grands gisements carbonés) sont tenues pour responsables de cette glaciation.

Savoir-faire :

• Mettre en évidence l’amplitude et la période des variations climatiques étudiées à partir d’une convergence d’indices.

• Mobiliser les connaissances acquises sur les conséquences des activités humaines sur l’effet de serre et sur le cycle du carbone.

• Rassembler et confronter une diversité d’indices sur le dernier maximum glaciaire et sur le réchauffement de l’Holocène (changement de la mégafaune dans les peintures rupestres, cartographie des fronts morainiques, construction et utilisation de diagrammes polliniques, terrasses, paléoniveaux marins…).

• Comprendre et utiliser le concept de thermomètre isotopique (d18O dans les glaces arctiques et antarctiques, d 18O dans les carbonates des sédiments océaniques) pour reconstituer indirectement des variations de températures.

• Mettre les variations temporelles des paramètres orbitaux, définis par Milankovitch, en relation avec les variations cycliques des températures au Quaternaire. Exploiter la carte géologique du monde pour calculer les vitesses d’extension des dorsales aux périodes considérées.

• Utiliser les connaissances acquises sur la géodynamique interne et la tectonique des plaques pour comprendre leur rôle sur le climat et mettre en relation la nature des roches formées avec les paléoclimats du Crétacé.

• Reconstituer l’extension de la glaciation permienne à partir de la distribution des tillites.

• Reconstituer un paléoclimat local à partir d’une variété d’indices paléontologiques ou géologiques en tenant compte de la paléo-latitude

• Exploiter des bases de données pour reconstituer les paléoceintures climatiques.

• Exploiter les équations chimiques associées aux transformations d’origines géologiques pour modéliser les modifications de la concentration en CO2 atmosphérique.