Chapitre 1 – L’atmosphère terrestre et la vie
Bilan n°1 :
La Terre a été formée simultanément à l’ensemble du système solaire il y a environ 4,6 Ga par accrétion d’objet interstellaires (ex chondrites).
Les modèles de formation de la Terre et les indices étudiés dans les roches les plus anciennes permettent d’imaginer les conditions physico-chimiques régnant sur Terre quelques dizaines de millions d’année après sa formation, à savoir une température entre avoisinant les 1500°C entrainant la fusion des roches et une atmosphère dominée par de la vapeur d’eau et du dioxyde de carbone issu du dégazage des roches terrestres.
En effet, la chaleur importante résultant de la formation de la Terre empêchait la condensation de l’eau en océan. Les études géologiques et géophysiques ont permis de déterminer un âge approximatif pour la création des océans.
Avec la dissipation de la chaleur, l’eau atmosphérique s’est en effet condensée, formant ainsi l’hydrosphère en quelques millions d’années seulement, rendant la planète habitable, s’en suivra les premières formes de vies.
Bilan n°2 :
Une fois l’hydrosphère formée, la vie s’est développée à l’intérieur modifiant ensuite la composition de l’atmosphère terrestre.
Des fossiles anciens, les stromatolites, suggèrent que vers -3,5 Ga, des êtres vivants unicellulaires (proche des cyanobactéries actuelles) étaient présents sur Terre. Capables de réaliser la photosynthèse (voir réaction dans l’activité 2), ces cyanobactéries antiques ont donc créé du dioxygène.
Le dioxygène dissout dans les océans va se lier avec du Fer pour former de l’hydroxyde ferrique donnant naissance à des roches riches en fer : les fers rubanés. Ces roches sédimentaires marines se sont formées entre -3,7 et -1,8 Ga. Jusqu’à cette période, le dioxygène n’était pas présent dans l’atmosphère.
Ce dioxygène s’est ensuite diffusé dans l’atmosphère formant des sols : les red beds entre -1,8 et 2,2 Ga. Le dioxygène s’est progressivement accumulé dans l’air jusque’à atteindre la concentration actuelle vers -0,5 Ga.
Actuellement, le dioxygène est principalement produit par la photosynthèse des végétaux, là où la respiration et la combustion consomment du dioxygène.
Bilan n°3 :
Le dioxygène est aujourd’hui toujours produit par photosynthèse (source de O2) et consommé par tous les organismes réalisant la respiration (puits de O2). La combustion de la biomasse est aussi un puits de O2.
Sous l’effet du rayonnement ultraviolet solaire, le dioxygène de la stratosphère se convertit partiellement en ozone (O3) formant une couche dont la concentration maximale est située à environ 30 km d’altitude.
L’ozone absorbe une partie du rayonnement solaire, notamment les ultra-violets C (200 à 280 nm) et laisse passer partiellement les UVB (280 à 320 nm) et les UVA (320 à 350 nm). Compte tenu de l’effet délétère des ultra-violets sur l’ADN, la couche d’ozone joue un rôle de filtre protégeant les organismes des effets mutagènes de la lumière solaire. La couche d’ozone est donc essentielle à la vie sur Terre.
Bilan n°4 :
Le carbone est l’élément indissociable du vivant. Le cycle du carbone est une représentation de l’ensemble des échanges de molécules carbonés entre 4 grands réservoirs (atmosphère, lithosphère, hydrosphère, biosphère) échangeant des flux/ échanges de carbone.
Les flux peuvent se faire entre les réservoirs à partir de différentes molécules contenant du carbone (CO2, matière organique comme du glucose : C6H12O6…)
Si le bilan carboné global de la Terre est nul, les activités humaines émettent du CO2 vers l’atmosphère et déséquilibre un cycle de carbone très fragile.
Ce carbone anthropique (induit par l’activité humaine) provient de combustibles fossiles, formés il y a plusieurs dizaines ou centaines de millions d’années (sous forme de gaz naturels charbon et pétrole), qui ne se renouvellent pas assez vite pour que les stocks se reconstituent : ces ressources sont dites non renouvelables.
Chapitre 2 – La complexité du système climatique
Bilan n°1 :
Un climat est défini par l’ensemble statistique des moyennes de grandeurs atmosphériques (nébulosité, précipitation, température, pression atmosphérique, direction des vents, hygrométrie) observées dans une région donnée pendant une période donnée.
La climatologie étudie les variations des grandeurs atmosphériques à l’échelle locale ou globale (région, pays) à moyen ou long terme (années, siècles, millénaires…).
La météorologie étudie les mêmes grandeurs atmosphériques que le climat mais sur une échelle plus petite (ville, département) qu’elle prévoit à court terme (jours, semaines).
Météorologie comme climatologie ont un caractère prédictif pour tenter de prévoir la météo ou le climat qu’il fera dans le futur.
Bilan n°2 :
De nombreux indices montrent que le climat terrestre change, dans un passé lointain ou proche.
A l’échelle des millions d’années, on retrouve dans des sédiments des fossiles de flores et faunes chaudes du Paléocène et de l’Eocène (-65 à -40 Ma) : crocodiles, palmiers,…Il a donc déjà fait beaucoup plus chaud qu’aujourd’hui ! La Terre est donc passé par des périodes glaciaires et des périodes interglaciaires.
A une échelle plus récente (du millier à la centaine de milliers d’années), on peut utiliser d’autres marqueurs de variations climatiques :
les pollens de plantes, retrouvés dans des zones où ils se déposent et se conservent, comme les fonds de lacs ou tourbières ; ces pollens, caractéristiques de chaque espèce, permettent de reconstituer des paysages locaux d’époques anciennes : anciennes forêts, anciennes prairies,…
les traces de glaciers, décrits et dessinés par exemple dans les vallées alpines depuis plusieurs siècles, mais aussi les dépôts sédimentaires laissés par les fronts glaciaires : les moraines, caractérisés par des accumulations de particules de tailles diverses, ou les roches moutonnées.
L’étude des grottes préhistorique liées à la variation du niveau marin (grotte Cosquer) ou l’analyse des dessins rupestres des faunes dessinées dans les grottes comme Lascaux (18 000 ans) : chevaux, renne, rhinocéros, félins, bisons,…
Toutefois, les variations climatiques enregistrées par ces témoins n’ont jamais été aussi rapides que la variation actuelle…
Bilan n°3 :
Les mesures directes de la température, depuis environ 1870 soit 150 ans montrent une augmentation de +1°C.
Quelle en est l’origine ?
Depuis le début de la révolution industrielle, l’humanité a utilisé comme ressource des roches carbonées (charbon et pétrole) en raison de la forte énergie issue de leur combustion. Celle-ci produit du dioxyde de carbone, dont la teneur atmosphérique a donc logiquement augmenté depuis plus de 150 ans.
En comparant avec les variations climatiques passées, on peut s’inquiéter d’une part de la teneur de gaz à effet de serre atteinte (plus que ce qui est enregistré depuis 800 000), mais surtout de la vitesse d’émission par les activités humaines.
Ces quantités de dioxyde de carbone émises dans l’atmosphère provoquent un forçage radiatif ; en effet, on a vu en classe de 1ère Enseignement Scientifique que certains gaz, dits gaz à effet de serre (GES) absorbent une part du rayonnement infrarouge terrestre, et le réémet dans toutes les directions, y compris vers la Terre. De ce fait, l’augmentation des émissions de CO2 se traduit par une augmentation de la puissance radiative reçue au sol ; l’équilibre radiatif est alors rompu.
Bilan n°4 :
Le climat est un système dynamique dans lesquels l’atmosphère, l’hydrosphère, la biosphère interagissent par des rétroactions.
Les rétroactions positives amplifient l’augmentation de la température moyenne. C’est le cas de l’augmentation de la concentration de vapeur d’eau (GES) dans l’atmosphère, de la fonte des glaces qui diminue l’albédo et du dégel partiel du pergélisol qui libère des GES dans l’atmosphère.
Les rétroactions négatives, au contraire, amortissent l’augmentation du forçage radiatif. Ainsi, davantage de CO2 atmosphérique favorise la végétalisation, puits de carbone à court terme. L’augmentation de la couverture nuageuse due à l’augmentation de la vapeur d’eau atmosphérique augmente l’albédo et diminue ainsi le forçage radiatif.
Bilan n°5 :
L’océan a un rôle amortisseur fondamental en absorbant à sa surface une fraction très importante de l’énergie supplémentaire due au forçage radiatif positif.
Par la dilatation thermique de l’eau, l’élévation de température en surface des océans conduit à une élévation du niveau océanique. À ce phénomène s’ajoute la fonte des glaces continentales qui contribue aussi très fortement à la montée des eaux. L’accumulation d’énergie dans les océans rend le changement climatique irréversible à l’échelle de plusieurs siècles.
Attention la fonte des banquises ne contribue pas à l’élévation du niveau des océans, car le volume que prend les glaces (flottant sur l’eau) reste le même une fois que la glace fond.
Chapitre 3 – Le climat du futur
SVT 