Climats du passé — exercices corrigés

Comment appelle-t-on un objet naturel formé dans le passé et qui a enregistré, dans sa composition, une information sur le climat de son époque ?

Qu'est-ce qu'un proxy (indicateur paléoclimatique) ?

Dans une carotte de glace, que contiennent les minuscules bulles emprisonnées entre les cristaux ?

Les foraminifères, organismes microscopiques à coquille calcaire, sont une archive climatique précieuse. Dans quel milieu trouve-t-on leurs coquilles accumulées ?

Chez un arbre des régions tempérées, une année chaude et humide produit un cerne large.

Les deux principaux isotopes de l'oxygène, ${}^{16}\text{O}$ et ${}^{18}\text{O}$, diffèrent par leur :

Dans une carotte de glace, un ${\delta }^{18}\text{O}$ bas correspond à un climat froid (glaciaire).

Lequel de ces gaz n'est pas un gaz à effet de serre ?

Sans effet de serre, la température moyenne de la Terre serait d'environ $-18$ °C ; avec lui, elle est d'environ $+15$ °C. De combien de degrés Celsius l'effet de serre naturel réchauffe-t-il le globe ? Donne l'écart en °C.

L'excentricité, l'obliquité et la précession sont les trois paramètres orbitaux de Milankovitch.

Comment nomme-t-on la discipline qui reconstitue le climat passé à partir de la largeur des cernes des arbres ?

La période climatique chaude que nous vivons actuellement, entre deux grandes phases froides, s'appelle :

Qu'appelle-t-on le bilan radiatif de la Terre ?

Un forçage anthropique désigne une perturbation du bilan radiatif due :

La vapeur d'eau (${\text{H}}_2\text{O}$) est un gaz à effet de serre.

Dans le cycle du carbone, la photosynthèse retire du ${\text{CO}}_2$ de l'atmosphère.

La glace claire a un albédo élevé : elle renvoie une grande partie du rayonnement solaire vers l'espace, ce qui entretient le froid.

Sur les 800 000 dernières années, le ${\text{CO}}_2$ atmosphérique est resté compris entre environ 180 ppm (glaciaires) et 280 ppm (interglaciaires). Aujourd'hui, il a dépassé une valeur jamais atteinte sur toute cette durée. Quelle est, en ppm, l'ordre de grandeur de la valeur actuelle donnée dans le cours ?

D'après le cours, depuis combien d'années environ dure la période interglaciaire actuelle, la phase chaude que nous vivons ? Donne l'ordre de grandeur en années.

Dans les carottes de glace, pendant les périodes glaciaires (froides), la teneur en ${\text{CO}}_2$ des bulles d'air descend à un minimum. Quelle est, en ppm, cette valeur basse donnée dans le cours ?

Une carotte de sédiment marin montre, dans une couche donnée, des coquilles de foraminifères au ${\delta }^{18}\text{O}$ élevé. Qu'en déduis-tu sur le climat de l'époque où cette couche s'est déposée ?

Dans une carotte de vase de lac, une couche ancienne contient surtout des pollens de bouleau et de pin (arbres de climat froid) ; une couche plus récente contient surtout des pollens de chêne (climat tempéré plus doux). Qu'indique cette succession ?

Lors de l'évaporation de l'eau de mer, c'est la molécule d'eau légère (${\text{H}}_2{}^{16}\text{O}$) qui part le plus facilement dans l'atmosphère.

Sur les 800 000 dernières années, les carottes de glace montrent un ${\text{CO}}_2$ d'environ 180 ppm pendant les glaciaires et d'environ 280 ppm pendant les interglaciaires. Quelle est l'amplitude (l'écart) de variation naturelle du ${\text{CO}}_2$ entre ces deux états, en ppm ?

Comment les gaz à effet de serre réchauffent-ils la surface de la Terre ?

Quels sont les quatre grands réservoirs entre lesquels circule le carbone dans le cycle du carbone ?

À court terme (mois à années), une grande éruption volcanique tend à refroidir le climat.

Sur les courbes de ${\delta }^{18}\text{O}$ des 800 000 dernières années, l'alternance glaciaire-interglaciaire montre une période d'environ 100 000 ans. À quel paramètre orbital cette période correspond-elle ?

Au début de l'ère industrielle (vers 1850), le ${\text{CO}}_2$ atmosphérique valait environ 280 ppm. Il dépasse aujourd'hui 420 ppm. De combien de ppm le ${\text{CO}}_2$ a-t-il augmenté depuis le début de l'ère industrielle ? Donne l'écart minimal en ppm.

L'effet de serre est un phénomène entièrement néfaste qu'il faudrait supprimer pour protéger la planète.

Karim présente son exposé sur les glaces de l'Antarctique : « La carotte de Vostok nous donne directement la température qu'il faisait il y a 400 000 ans : on lit la température dans la glace, point. » Yasmine fronce les sourcils. Où est l'erreur de raisonnement de Karim ?

Salma vient de réviser la règle « dans la glace, ${\delta }^{18}\text{O}$ bas = froid ». Devant une carotte de sédiment marin dont les coquilles de foraminifères ont un ${\delta }^{18}\text{O}$ bas, elle applique la même règle et conclut : « ${\delta }^{18}\text{O}$ bas, donc climat froid. » A-t-elle raison ?

Amine explique l'effet de serre à Yasmine : « Les gaz à effet de serre absorbent le rayonnement infrarouge du Soleil avant qu'il n'atteigne le sol, et c'est ça qui réchauffe l'atmosphère. » Yasmine hésite. A-t-il raison ?

Karim rédige : « Les cycles glaciaires de 100 000 ans sont entièrement expliqués par l'excentricité de l'orbite : c'est elle, et elle seule, qui change l'ensoleillement et fait basculer le climat. » Où est la faille de son raisonnement ?

Salma observe que, sur 800 000 ans, la courbe de ${\text{CO}}_2$ et celle de la température montent et descendent ensemble. Elle conclut : « Puisque les deux courbes sont parfaitement corrélées, c'est forcément la température qui pilote seule le ${\text{CO}}_2$, et le ${\text{CO}}_2$ n'a aucun effet en retour. » Que penser de sa conclusion ?

La température moyenne actuelle du globe est d'environ $+15$ °C. La dernière période glaciaire était en moyenne 5 °C plus froide. Quelle était alors, en °C, la température moyenne du globe pendant cette glaciaire ?

En 1991, l'éruption du Pinatubo a fait baisser la température moyenne du globe d'environ 0,5 °C pendant un à deux ans. En partant d'une moyenne de $+15$ °C, quelle température moyenne, en °C, atteint-on temporairement après cette baisse ?

Quand deux archives indépendantes (par exemple le ${\delta }^{18}\text{O}$ d'une carotte de glace et les pollens d'un lac voisin) donnent la même histoire climatique, cela renforce la fiabilité de la reconstitution.

Parmi ces processus du cycle du carbone, lequel retire du ${\text{CO}}_2$ de l'atmosphère ?

La position de l'Antarctique au niveau du pôle Sud, résultat de la dérive des continents, favorise l'installation durable d'une calotte de glace sur ce continent.

Salma analyse une carotte de glace de l'Antarctique. Sur le graphique, le ${\delta }^{18}\text{O}$ de la glace présente une succession régulière de creux et de bosses, et la courbe de ${\text{CO}}_2$ des bulles suit exactement les mêmes mouvements. Salma écrit : « Les creux de ${\delta }^{18}\text{O}$ correspondent à des périodes chaudes, et le ${\text{CO}}_2$ y est bas. » A-t-elle raison ? Corrige et explique le couplage observé entre les deux courbes.

Karim affirme : « Le climat a toujours changé tout seul, il y a eu des glaciaires et des interglaciaires bien avant l'homme. Donc le réchauffement actuel n'est qu'une variation naturelle de plus, et l'homme n'y est pour rien. » Réfute son raisonnement en t'appuyant sur deux arguments tirés des archives.

Yasmine prélève une carotte dans un vieux cèdre de l'Atlas. Elle observe que, sur les dernières décennies, les cernes deviennent de plus en plus étroits et que les cernes étroits sont de plus en plus fréquents. Quel proxy utilise-t-elle, que peut-elle en déduire sur le climat régional, et en quoi cela rejoint-il ce que raconte son grand-père sur la neige d'Ifrane ?

Amine compare deux rythmes de hausse du ${\text{CO}}_2$. Lors d'une transition glaciaire-interglaciaire naturelle, le ${\text{CO}}_2$ est passé de 180 à 280 ppm en environ 10 000 ans. Depuis 1850, il est passé de 280 à plus de 420 ppm en environ 200 ans. Combien de fois la hausse récente est-elle plus rapide (en ppm par an) que la hausse naturelle ? Donne le rapport arrondi à l'entier.

Sur les 800 000 dernières années, le ${\text{CO}}_2$ naturel n'a jamais dépassé 280 ppm. La valeur actuelle est de 420 ppm. De combien de ppm la valeur actuelle dépasse-t-elle le plafond naturel des 800 000 dernières années ?

Associe correctement chaque échelle de temps à son moteur climatique principal.

Pendant une période froide, le ${}^{18}\text{O}$ que la glace polaire « perd » est précisément celui que l'océan « gagne » : c'est pourquoi la règle du ${\delta }^{18}\text{O}$ s'inverse entre la glace et les coquilles marines.

En quoi la combustion des énergies fossiles perturbe-t-elle le cycle naturel du carbone ?

Pour reconstituer le climat de plusieurs millions d'années, les sédiments marins sont plus adaptés que les carottes de glace.

L'éruption du Pinatubo (1991) a fait baisser la température moyenne du globe d'environ 0,5 °C pendant un à deux ans. Pourtant, le volcanisme est aussi présenté comme un facteur de réchauffement à long terme. Comment lever cette apparente contradiction ?

Restitution organisée de connaissances. Sans son atmosphère, la température moyenne de la Terre serait d'environ −18 °C au lieu de +15 °C : la vie telle qu'on la connaît y serait impossible.

Expose, sous forme d'un texte structuré (courte introduction, développement organisé, conclusion), le mécanisme de l'effet de serre. Tu montreras pourquoi il est un phénomène naturel et indispensable, puis pourquoi les activités humaines le renforcent aujourd'hui. Aucune figure n'est attendue.

Étude de document. Amine analyse une carotte de sédiment marin prélevée en Méditerranée. On a mesuré le ${\delta }^{18}\text{O}$ des coquilles de foraminifères à trois profondeurs (la couche la plus profonde est la plus ancienne) :

Amine, qui a bien retenu la règle de la glace, écrit spontanément : « ${\delta }^{18}\text{O}$ le plus bas en C1, donc c'est là qu'il faisait le plus froid. » Reprends son raisonnement : indique le sens correct de lecture pour cette archive, classe les trois couches de la plus froide à la plus chaude, et reconstitue l'évolution du climat de C3 (ancienne) vers C1 (récente).

Étude de document. Yasmine dispose de trois mesures de ${\text{CO}}_2$ atmosphérique, obtenues par les bulles d'air des carottes de glace pour les deux plus anciennes, et par mesure directe pour la plus récente :

À partir de ces données seules, construis un raisonnement en deux arguments montrant que la hausse récente du ${\text{CO}}_2$ ne ressemble à aucune variation naturelle enregistrée. Conclus sur la nature du forçage.

Restitution organisée de connaissances. Aucun thermomètre n'existait il y a vingt mille ans, et pourtant on affirme aujourd'hui que la dernière période glaciaire était en moyenne 4 à 5 °C plus froide qu'aujourd'hui.

Expose, sous forme d'un texte structuré (courte introduction, développement organisé, conclusion), comment on reconstitue les climats du passé. Tu présenteras la notion d'archive climatique, celle de proxy et la nécessité de l'étalonnage, puis tu illustreras par au moins deux archives différentes et le proxy qu'elles fournissent. Aucune figure n'est attendue.

Au début de l'ère industrielle, le ${\text{CO}}_2$ atmosphérique valait environ 280 ppm ; il atteint aujourd'hui environ 420 ppm. De quel pourcentage le ${\text{CO}}_2$ a-t-il augmenté depuis le début de l'ère industrielle ? Donne le résultat en pourcentage, arrondi à l'entier.

La carotte de glace EPICA Dome C couvre environ 800 000 ans. Les cycles glaciaire-interglaciaire y suivent la période de l'excentricité, soit environ 100 000 ans. Combien de cycles d'excentricité, en ordre de grandeur, sont enregistrés sur toute la durée de cette carotte ?

La carotte EPICA Dome C mesure environ 3 200 mètres de glace et couvre environ 800 000 ans. En supposant une accumulation moyenne constante, quelle épaisseur de glace, en mètres, s'accumule-t-il en moyenne par millénaire (1 000 ans) ? Donne le résultat en mètres, arrondi à l'entier.

L'effet direct de l'excentricité sur la quantité d'énergie solaire reçue est faible. Comment expliquer alors que la période de ~100 000 ans domine aussi nettement les courbes climatiques ?

On affirme que le ${\text{CO}}_2$ supplémentaire accumulé dans l'atmosphère depuis l'ère industrielle provient bien de la combustion des énergies fossiles, et non d'une source naturelle. Sur quel argument, mentionné dans le cours, repose principalement cette attribution ?

Les projections climatiques établies par les climatologues sont des prophéties certaines : elles annoncent avec certitude la température exacte qu'il fera en 2100.