Le rôle de la cryosphère sur le climat
Le rôle de la cryosphère sur le climat
Exercice : Le rôle de la cryosphère sur le climat
Énoncé
Les glaces de mer, les glaciers de montagne, la neige continentale ou les calottes polaires (qui forment ce que l’on nomme la cryosphère) sont à la fois des acteurs du climat et des témoins de l’évolution actuelle et passée. Témoins, car la moindre fluctuation climatique se traduit à plus ou moins long terme sur leur bilan, leur volume ou leur surface.
On cherche à comprendre comment les glaces peuvent être actrices du climat et quelles conséquences peuvent avoir leurs variations de volume ou de surface.
Partie I. La Terre boule de neige
La Terre a subit au moins à trois reprise dans son histoire (-2.4 Ga, -720 Ma et -635 Ma) des périodes pendant lesquelles elle aurait été entièrement recouverte de glace. On parle de « Terre boule de neige ». Les épisodes climatiques de « Terre boule de neige » auraient été amorcés par un refroidissement initial (causé par exemple par une forte diminution de la quantité de gaz à effet de serre). Ce refroidissement se serait ensuite « emballé » suite à un phénomène d’amplification.
Questions
1. Construire un schéma expliquant comment la Terre a pu se retrouver entièrement recouverte de glace lors des épisodes de « Terre boule de neige ».
2. Comme nomme-t-on ces effets amplificateurs ?
3. Quels sont les autres effets amplificateurs que vous connaissez ?
4. Citer un effet stabilisateur.
Partie II. La dilatation thermique et la fonte des glaces sur le niveau marin
Questions
1. Décrire les résultats de l’expérience 1 et conclure sur la notion de dilatation thermique.
Expérience N°1 permettant de comprendre la notion de dilatation thermique.
2. Identifier dans l’expérience 2 à quoi correspondent les éléments du modèle dans la réalité.
Expérience N°2 permettant de comprendre l’importance du rôle des glaces.
3. Analyser l’expérience 2 et interpréter les résultats.
4. Conclure sur les phénomènes à l’origine de la hausse du niveau marin.
Forçage radiatif et conséquences
Exercice : Forçage radiatif et conséquences
Énoncé
L’Agence de la transition écologique (ADEME) publie en octobre 2020 une prévision des impacts climatiques à venir d’ici 2050 en France. Ces impacts concernent principalement l’augmentation des températures et les risques d’inondation qui en découlent.
L’objectif de cet exercice est de comprendre quelques effets sur le climat de la variation du forçage radiatif.
Chaque scénario RCP est caractérisé par un nombre qui correspond à une valeur d’élévation du forçage radiatif par unité de temps et de surface, exprimé en W.m-2.
Document 1 : 4 scénarios RCP (Representative Concentration Pathway) de trajectoire radiatif jusqu’à l’horizon 2100
Document 2 : Composantes du forçage radiatif terrestre
Questions
1.a. Définir la notion de « forçage radiatif ».
1.b. Justifier que, par unité de temps et de surface, ce forçage radiatif s’exprime en W.m-2.
1.c. Expliquer en quoi le forçage radiatif est lié à la variation de la température terrestre.
2. Expliquer de manière développée les causes de l’augmentation du forçage radiatif depuis la révolution industrielle (1850).
3. On analyse l’effet du forçage radiatif sur le niveau des océans. En tenant compte uniquement de la dilatation des océans, estimer la variation du niveau marin $Delta e$ à l’échelle du globe, en 2100, pour un RCP 4.5, qui correspond aux accords de Paris.
Données : La variation $Delta V$ d’un volume $V_0$ d’eau est proportionnelle à la variation de température $Delta T.$
$Delta V=beta . V_0 . Delta T$
Coefficient de dilatation thermique de l’eau : $beta = 2,6.10^{-4} °C^{-1}$
Surface totale des océans : $S = 360.10^6 km^2$
Epaisseur de la couche d’eau concernée : $e = 300 m$
4. À l’effet de la dilatation thermique, s’ajoute d’autres causes qui pourraient conduire à une élévation du niveau des océans de l’ordre du mètre. Présenter les conséquences sur l’environnement et les activités humaines qu’aurait une telle élévation du niveau des océans.
5. Préciser si une augmentation de l’albédo terrestre produit une augmentation ou une diminution du forçage radiatif. Justifiez que la fonte des glaces (terrestres et marines) se traduit par une augmentation du forçage radiatif.
6. Expliquer pourquoi la fonte des glaces est un facteur de rétroaction positive de l’échauffement global du climat. Il est possible d’appuyer le raisonnement sur un schéma.
Retrouver la trace de climats anciens
Exercice : Retrouver la trace de climats anciens
Énoncé
Auvers-sur-Oise est une commune du Val-d’Oise. Elle doit sa renommée internationale aux peintres paysagistes et surtout impressionnistes, Charles-François Daubigny, Paul Cézanne, Camille Corot, Camille Pissarro et Vincent van Gogh qui sont venus puiser ici leur inspiration. Pourtant, il y a 40 millions d’années, Auvers-sur-Oise présentait une mer tropicale peu profonde.
Comment, au-delà des fossiles, peut-on avoir des indicateurs des climats anciens ?
Partie I. Reconstitution climatique grâce à l’étude des pollens
Document 1 : Diagramme pollinique dans le Puy-de-Dôme, à Ampoix
Un diagramme pollinique est un document permettant de connaître la succession des espèces végétales ayant vécu dans un lieu donné. Il fait la synthèse de l’analyse des prélèvements effectués à différentes profondeurs, la profondeur de prélèvement étant corrélable avec le temps écoulé depuis le dépôt.
Document 2 : Préférences climatiques d’espèces végétales actuelles
On considère en général qu’une espèce donnée a conservé les mêmes préférences climatiques au cours des temps géologiques.
Les pollens sont récoltés dans des carottes de sédiments. Leurs enveloppes, très différentes selon les espèces, permet leur identification.
Questions
1. Retrouver le climat qui régnait :
– Au-delà de 9 000 ans.
– Sur la période s’étendant il y a 4 500 à 9 000 ans.
– À partir d’il y a 4 500 ans.
2. À partir de l’exemple proposé, montrer comment l’étude des pollens permet de reconstituer les climats anciens.
Partie II. Un indicateur climatique : le gros caillou à Lyon
En haut de la colline de la Croix-Rousse, dans la ville de Lyon, trône un rocher de grande taille dont la composition minéralogique indique qu’il est probablement originaire d’environs 175 km à l’est de Lyon, dans les Alpes.
On qualifie ces rochers de blocs erratiques, ils sont relativement fréquents. Le reste de la colline est composé d’une moraine glaciaire correspondant à l’avancement maximal d’un glacier dont on peut retracer le contour.
Carte de la région lyonnaise (BRGM) situant le “Gros Caillou”
En rouge : le “Gros Caillou » ; en bleu foncé : glacier et moraine terminale il y a 140 000 ans ; en vert : glacier et moraine terminale il y a 20 000 ans.
Questions
1. Indiquer à quelle période l’extension du glacier a été la plus importante.
2. Expliquer la présence du gros caillou à cet endroit aujourd’hui.
3. Les blocs erratiques sont un exemple d’indicateurs climatiques. Citer un autre exemple précis.