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S spé : Thème 1 (7 semaines) = DU PASSE GEOLOGIQUE A L'EVOLUTION
FUTURE DE LA PLANETE
Chapitre 2 :
Causes des cycles climatiques
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S spé : Thème 1 (7 semaines) = DU PASSE GEOLOGIQUE A L'EVOLUTION
FUTURE DE LA PLANETE
Chapitre 2 : |
| I :Les causes des
cycles courts : A : Les paramètres orbitaux : p14 : Le Soleil est notre source d'énergie la plus importante, la constante solaire est de 1368W/m2. La position de la Terre relative au soleil modifie l'énergie solaire reçue aux différentes latitudes. L'obliquité de l'axe des pôles (axe de rotation de la Terre) par rapport au plan de l'écliptique varie avec une périodicité de 41000ans. Cette périodicité serait de 150000ans sans la Lune! Elle définit la quantité d'énergie reçue aux différentes latitudes (contraste des saisons). L'axe de rotation de la Terre est actuellement incliné de 23°27'. Quand l'obliquité atteint 24°50' cela entraîne des hivers rigoureux aux latitudes moyennes. La précession des équinoxes est le déplacement des saisons sur l'orbite terrestre dû à l'attraction combinée du Soleil et de la Lune. Sans la Lune l'axe de la Terre décrirait un cône en même pas 10000ans, alors que les 2 donnent des périodicités de 19000 et 23000ans. Actuellement l'axe de rotation de la Terre est dirigé vers l'étoile polaire, situation qui adoucit les hivers, refroidit les étés de l'hémisphère Nord et accroît les contrastes saisonniers de l'hémisphère Sud. Au contraire, il y a 10000ans, la Terre passait par le point le plus proche du Soleil au moment du solstice d'été boréal et non au solstice d'hiver comme de nos jours : l'hémisphère Nord recevait alors plus d'énergie solaire en été et moins en hiver. Ainsi, il y a 6000 à 8000ans, par exemple, le Sahara connaissait une période pluviale marquée, il y coulaient des rivières et y vivaient des populations nomades comme en témoignent de nombreuses peintures rupestres, des ossements et des sédiments. |
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| B : Renforcement du climat
: p15 : La moyenne de l'énergie reçue par la Terre des pôles à l'équateur est le quart de la constante solaire soit 342W/m2, dont seul 160W/m2 atteint le sol car 102W/m2 sont réfléchis (82W/m2 par l'atmosphère, 20W/m2 par la surface terrestre) et 80W/m2 sont absorbés (par l'ozone de la stratosphère, la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone de la troposphère). Les rayons les plus caloriques sont les infra-rouges, puis les ondes visibles puis les ultra-violets (1cal = énergie nécessaire pour chauffer d'1°C 1ml d'eau) 1) Masse océanique : L'Atlantique, le Pacifique créent 2 couloirs Nord-Sud. Avec l'océan Indien, ils forment 3 baies prolongeant l'anneau Antarctique. Cet océan mondial capte l'énergie solaire sur 1mm d'épaisseur. La chaleur se répartit par convection de l'équateur vers les pôles, par conduction dans les strates profondes, par évaporation (1m/an soit 600.106cal/m²/an soit la production de 20 millions de centrales nucléaires ou 60 milliards d'éoliennes). (voir cours de Seconde sur les courants) . 2) gaz à effet de serre : L'analyse des bulles de gaz emprisonnées dans les carottes de glace révèle la composition chimique de l'atmosphère existant à l'époque de leur formation. Un certain nombre de variations relativement faibles de la composition atmosphérique en dioxyde de carbone (autour de 200ppm de CO2 en période glaciaire, 270ppm entre) ont été observées entre 45000 et 15000ans. Le CO2 accentue les cycles car sa concentration atmosphérique est en équilibre avec celle dans l'océan : si l'eau se réchauffe, la solubilité de CO2 diminue et sa concentration atmosphérique augmente. 3) Effets de l'albédo : Une variation d'albédo de la surface terrestre éclairée est mesurée avec un radiomètre qui enregistre le % d'ondes solaires réfléchies / ondes reçues. Le noir (albédo=0) capte bien les rayons solaires, surtout les infrarouges directement responsables de l'effet chaleur. Une couleur claire en capte peu. A l'extrême, la glace polaire fait miroir (albédo=1) et ne capte pas de chaleur. La fonte de la glace des pôles, des glaciers alpins et himalayens, crée une augmentation de réception d'énergie solaire ce qui réchauffera la Terre encore plus. |
Système climatique TP 2a : Carbone conditions de stockage
/ libération |
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| II : Les causes des cycles longs : A : Les paramètres orbitaux : p14 : La masse du Soleil commande le mouvement de la Terre dans l'espace, mais la présence des autres planètes du Système Solaire (surtout Jupiter) perturbe ce mouvement et entraîne des variations à long terme. L'excentricité de l'orbite de la Terre est actuellement de 0,02 (écart entre l'orbite terrestre et un cercle parfait). Elle varie entre 0 et 0,07 selon une période 400.000ans et une de 100.000ans. Or la distance Terre/Soleil définit la quantité globale d'énergie reçue par la Terre ! |
paramètres orbitaux | |
| B : La migration des continents
(paramètre de continentalité) : p18 : La migration de la Pangée du pôle sud vers l'équateur et l'ouverture de l'océan Atlantique ont bouleversé les climats. Il y a environ 200Ma, tous les continents étaient rassemblés en un, ce qui limitait les courants marins répartissant de température loin de l'équateur. Puis les continents se sont séparés et ont dérivé à la vitesse de quelques cm/an vers leur position actuelle. On a découvert des traces de glaciation au Sahara datant de l'Ordovicien, c'est-à-dire qu'il y a environ 450Ma, le Sahara se trouvait proche du pôle Sud d'après les mesures paléomagnétiques. La calotte antarctique, par exemple, n'aurait commencé à se former que lorsque le continent s'est trouvé suffisamment éloigné du sud de l'Amérique et de l'Australie pour permettre l'établissement d'un courant froid tout autour du continent antarctique, l'isolant thermiquement. De plus l'albédo des continents est très différent de celui des océans à l'équateur... |
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| C : Les liens avec le cycle
du carbone : p19 : L'activité des dorsales et le volcanisme augmentent au crétacé (-135 à -65Ma), produisant du CO2 donc un effet de serre. De plus l'immense continent était fortement soumis à l'érosion, l'altération des silicates calciques et magnésiens des reliefs orogéniques consomment du CO2, il y eu alors piégeage de longue durée du CO2 sous forme CaCO3. Au carbonifère, (-360 à -295Ma) l'Amérique du Nord et l'Europe, connaissaient un climat chaud et humide favorisant le développement de végétaux de type tropical qui captaient le CO2 par photosynthèse, la matière organique fut à son tour piégée en roche carbonée (charbon, pétrole) ; ceci diminua le CO2atm. (cycle du carbone détaillé au chapitre 5) Les roches des continents sont moins riches en 13C, ainsi que les végétaux autotrophes qui s'en nourrissent, à cause des apports en 12CO2atm. En milieu marin la roche carbonatée est plus riche en 13C.
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TP 2b: reconstituer les climats
du carbonifère et crétacé
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