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2ème PARTIE - Exercice 2 - Pratique d'une démarche scientifique ancrée dans des connaissances (Enseignement de spécialité). 5 points. ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L'AVENIR Les événements de Heinrich sont caractérisés par l’apparition en domaine océanique profond des sédiments glaciaires grossiers. Ces événements se sont répétés entre -60 000 et -10 000 ans. À partir des informations issues des documents et de vos connaissances, justifier le scénario proposé par les scientifiques dans le document de référence. DOCUMENT DE RÉFÉRENCE : Les évènements de Heinrich Les scientifiques ont construit la théorie suivante : les évènements de Heinrich correspondent à un réchauffement des zones nord-américaine et arctique. Ce réchauffement entraîne une débâcle dans le nord de l’Atlantique, c’est -à-dire la libération en mer d’un grand nombre d’icebergs par les glaciers alors présents au Canada. Ces icebergs entraînés par les courants océaniques provoquent un refroidissement général au niveau de l’Europe. Événements de Heinrich notés H H1 H2 H3 H4 H5 Âge en années BP (avant le présent) 15 000 23 000 30 000 39 000 45 000 Document 1 : Évolution du Delta 18 O dans les glaces de la station GIPS (Groenland) et courbe de référence. D'après P.M Grootes and M.Stuiver.1997, Journal of Geophysical Research

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2ème PARTIE - Exercice 2 - Pratique d'une démarche scientifique ancrée dans des connaissances (Enseignement de

spécialité). 5 points.

ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L'AVENIR

Les événements de Heinrich sont caractérisés par l’apparition en domaine océanique profond des sédiments glaciaires grossiers. Ces événements se sont répétés entre -60 000 et -10 000 ans.

À partir des informations issues des documents et de vos connaissances, justifier le scénario proposé par les scientifiques dans le document de référence.

DOCUMENT DE RÉFÉRENCE : Les évènements de Heinrich Les scientifiques ont construit la théorie suivante : les évènements de Heinrich correspondent à un réchauffement des zones nord-américaine et arctique. Ce réchauffement entraîne une débâcle dans le nord de l’Atlantique, c’est-à-dire la libération en mer d’un grand nombre d’icebergs par les glaciers alors présents au Canada. Ces icebergs entraînés par les courants océaniques provoquent un refroidissement général au niveau de l’Europe.

Événements de Heinrich notés H

H1 H2 H3 H4 H5

Âge en années BP (avant le présent)

15 000 23 000 30 000 39 000 45 000

Document 1 : Évolution du Delta

18O dans les glaces de la station GIPS (Groenland) et courbe de référence.

D'après P.M Grootes and M.Stuiver.1997, Journal of Geophysical Research

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Document 2 : Débâcle d’icebergs Lors de sa progression sur le socle, le glacier arrache et transporte des éléments rocheux grossiers.

D'après acces-lyon.fr

Document 3 : Diagramme ε néodyme en fonction du rapport 206

Pb/204

Pb pour les sédiments de H2 et des éléments issus de différentes zones continentales

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Document 4 : Quantité relative de pollens dans des couches correspondant à des événements de Heinrich. Des forages réalisés au large du Portugal donnent accès à des pollens continentaux fossilisés dans les couches correspondant aux évènements de Heinrich.

D’après http://acces.ens-lyon.fr

Document 5 : Préférence écologique de différents types de végétations.

Plantes présentes Exigences de température

chêne, noisetier, pin température moyenne

chénopodiacés, armoises, graminées températures basse et moyenne.

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2ème PARTIE - Exercice 2 - Pratique d'une démarche scientifique ancrée dans des connaissances

(Enseignement de spécialité). 5 points.

ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L'AVENIR

La fin de l'Ordovicien : une période climatique particulière

Les préoccupations actuelles sur l'évolution du climat de notre planète conduisent les spécialistes des sciences de la Terre à déterminer et à comprendre les climats passés. Ils s'intéressent notamment à une période particulière de l'histoire de la Terre, l'Ordovicien, qui s'étend de - 488 à - 440 millions d'années. Dans le cadre d'un vaste programme de recherche sur l'Ordovicien, les scientifiques ont reconstitué le climat de la Terre de - 460 à - 440 millions d'années, à la fin de cette période.

À l'aide de l'exploitation des documents mise en relation avec vos connaissances, déterminer le climat global à la fin de !'Ordovicien et identifier un phénomène qui a participé à l'installation de ce climat.

Document 1 : rapport entre le delta

18O et la température de l'eau de mer

Document 1a : variation du delta

18O au cours du temps

D'après le site http://matierevolution.fr

Document 1b : relation entre le delta

18O et la température de l'eau de mer

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D'après Epstein et al., Geologica/ Society of America Bulletin, 1953

Document 2 : des marqueurs géologiques datant de la fin de !'Ordovicien retrouvées dans le Sahara

D'après le site http://eost.unistra.fr/recherche

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Document 3 : des marqueurs géologiques des climats froids actuels

Courant glaciaire : puissant torrent en bordure des calottes glaciaires. Le passage de l'eau et des blocs de glace qu'il transporte laisse des traces profondes dans le paysage.

D'après le site nsidc.org

Stries glaciaires, galets facettés et striés :

Quand un glacier avance, il "frotte" le fond et les parois de sa vallée, use les roches, les polie et les strie.

Stries glaciaires

Galet facetté et strié

D’après les sites http://www.unifr.ch/ et http://www.geoglaciaire.net/

Roches moutonnées, moraines :

formations rocheuses altérées par le passage d'un glacier.

Roches moutonnées

Moraines

D’après le site http://www.unifr.ch/

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Document 4 : extension probable de la calotte polaire à l’Ordovicien

Une équipe de chercheurs a étudié la distribution globale d'un groupe de microfossiles marins, les chitinozoaires (groupe aujourd'hui disparu) présents dans les océans de l'époque, afin de positionner l’extension de la calotte polaire. Les résultats montrent qu'à la fin de l'Ordovicien la calotte polaire a migré vers l'équateur des latitudes 55°-70° S à 40 °S correspondant à une baisse de la température moyenne de la surface des océans de 16°C à 13-11°C.

La surface des continents à l'Ordovicien est représentée en blanc. Les continents actuels sont délimités par une ligne grise.

D’après S. Finnegan et al., Science, 2011

Document 5 : albédo de quelques surfaces naturelles

Surface naturelle albédo

Glace 0,70 à 1

Sol nu 0,05 à 0,50

Forêt de feuillus 0,10 à 0,15

Prairie 0,15 à 0,25

Sable, désert 0,25 à 0,30

D’après Sané de Parcevaux Laurent Huber Bioclimatologie. Concepts et applications

Remarque : l’albédo est le rapport entre l’énergie solaire réfléchie et l’énergie solaire reçue par une surface. Sa valeur est comprise entre 0 et 1. Plus une surface est réfléchissante, plus son albédo est élevé et plus l’albédo est élevé, moins la surface absorbe l’énergie solaire.

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spécialité). 5 points.

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Petit âge glaciaire

Certains scientifiques pensent qu'une grande éruption volcanique est responsable de la baisse des températures observée au début du petit âge glaciaire (le petit âge glaciaire est une période climatique qui s’étend de 1250 à 1850).

A partir de l'étude des documents et des connaissances, préciser les arguments appuyant cette hypothèse.

Document 1 : estimation de l’anomalie de la température moyenne de surface (écart de température moyenne par rapport à la période 1961 – 1990) dans l'hémisphère nord

D'après Moberg et al., Nature, 10 février 2005

Document 2 : les grandes éruptions volcaniques des 2000 dernières années

Les volcans émettent, entre autre, des gaz soufrés (H2S et SO2). Dans l'atmosphère ces gaz réagissent et donnent des sulfates à l'origine d'aérosols. On peut en retrouver la trace dans les carottes glaciaires. Le graphique représente la teneur en sulfates d'origine volcanique dans les glaces de la carotte GISP2 (Groenland). Quand elles sont connues, les éruptions responsables des dépôts observées sont indiquées.

D'après Oppenheimer, Int. J. Climatol., 2003

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Document 3 : à la recherche de l'éruption de 1257

Des études récentes (2013) ont montré qu'une des plus grandes éruptions des 10 000 dernières années a eu lieu en Indonésie au niveau du volcan Samalas : des millions de tonnes de cendres ont été projetées dans l’atmosphère. Des troncs carbonisés ont été retrouvés parmi les cendres volcaniques. Ils ont été datés en utilisant la méthode

14C. Le bois a été

produit par les arbres entre 1000 et 1257. La composition chimique des cendres trouvées autour du volcan Samalas a été analysée, ainsi que celle des cendres volcaniques retrouvées dans les niveaux des carottes glaciaires datant de 1257. Une partie des résultats est présentées sur le graphique ci-dessous. Les barres représentent les intervalles de confiance.

D'après Lavigne et al., PNAS, 2013 et Walter-Simonnet et al., Quaternaire, 2008

Document 4 : effet des émissions volcaniques sur la température globale de l'atmosphère terrestre

L'effet de refroidissement est lié à la présence d'aérosols dans la haute atmosphère, aérosols formés notamment à partir du sulfure d'hydrogène H2S et du dioxyde de soufre SO2 émis par l'épisode volcanique. Ce phénomène est relativement bref et peut s'étendre à l'échelle globale dans le cas des éruptions explosives violentes : les aérosols et les cendres sont alors injectés jusqu'à la stratosphère, où ils peuvent résider assez longtemps pour se disperser sur une grande surface. D'après « les crises de la biodiversité », Muséum National d'Histoire Naturelle (http://www.mnhn.fr/mnhn/geo/biodiversite-crises/page4.htm) et Géologie, Dercourt et Paquet, 12ème édi

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spécialité). 5 points.

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Evolution récente du climat

Extrait du Monde du 21.06.2013 (Staphane Foucard) :

"Selon le jeu de données du National Climatic Data Center (NCDC), la France a connu son deuxième mois de mai le plus froid jamais mesuré, l'Espagne n'avait pas vu les températures descendre aussi nas depuis 1985 et le Royaume-Uni depuis 1996..." Extrait du Monde du 05.08.2013 :

"plus d'un tiers des Français sont climato-sceptiques, [...] indique le "Baromètre d'opinion sur l'énergie et le climat en 2013" ; publié par le Commissariat général au développement durable (CGDD). [...] 13 % d'entre eux estiment que le changement climatique n'est "pas prouvé", et 22 % s'accordent à constater que le dérèglement du climat, mais jugent que "rien ne prouve que ce soit dû aux activités humaines". Environ 4 % n'ont aucun avis sur la question."

Présentez à une assemblée de climato-sceptiques, des arguments allant dans le sens d'un réchauffement climatique malgré un mois de mai plus froid, et démontrer l'impact de l'Homme dans le réchauffement récent du climat.

La réponse s'appuiera sur l'exploitation du dossier documentaire et sur l'utilisation des connaissances.

Document 1 : Anomalies de température atmosphérique enregistrées au-dessus des océans et des continents en mai 2013.

Source : d'après NOAA'S national climatic data center

Remarque : seuls les écarts de température de plus de 1°C par rapport à la moyenne sont indiquées.

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Document 2 : Etude du début de floraison des cerisiers à Liestal (Suisse) pendant la période 1900-2000

Source : MétéoSuisse (2012)

Document 3 : Résultats d'expériences menées sur la floraison de différentes plantes photosynthétiques

Conditions expérimentales Nombre de jours, après le début de l'expérience, nécessaire à la floraison

Témoin 210 jours +1,5°C par rapport au témoin 157 jours +3°C par rapport au témoin 150 jours

D'après le rapport final d'activité du projet "ICCARE", 2004

Document 4 : Distribution selon les latitudes et les années, de 1960 à 1995, de deux espèces de poissons à affinités tropicales

D'après Jean-Claude QUIERO, Marie-Henriette DU BUIT, Jean-Jacques VAYNE ;

Les observations de poissons tropicaux et le réchauffement des eaux dans l'Atlantique européen, IFREMER 1998

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Document 5 : Données concernant des paramètres de l'atmosphère

Document 5a : Evolution de la concentration atmosphérique de deux gaz à effet de serre.

ppmv : partie par million en volume ppbv : partie par milliard en volume

D'après CNRS Document 5b : Evolution de l'écart de température depuis mille ans à la surface du globe

D'après GIEC-IPCC

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2ème PARTIE - Exercice 2 - Pratique d'une démarche scientifique ancrée dans des connaissances (Enseignement de

spécialité). 5 points.

ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L'AVENIR

Les enveloppes fluides de la Terre (atmosphère et hydrosphère) sont en interaction permanente avec la biosphère et la géosphère.

En s’appuyant sur les données des documents et sur les connaissances, montrer que l’activité d’êtres vivants a des conséquences sur la composition des enveloppes fluides et sur celle de la géosphère, à l’échelle des temps géologiques.

Document 1 : organisation des stromatolites

Les stromatolites (du grec « stroma » tapis, et « lithos » pierre) sont des structures en couches qui résultent de l’activité de microorganismes photosynthétiques appelés cyanobactéries et d’un piégeage de particules sédimentaires. Ils se forment dans différents sites mondiaux en milieu marin côtier.

Document 2 : processus chimiques à l’origine de la croissance des stromatolites

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La croissance en couches successives d’un stromatolite, outre le dépôt et le piégeage mécanique de particules sédimentaires par les filaments bactériens, est la conséquence : - de la solubilisation du dioxyde de carbone atmosphérique dans l’eau (1) - de la dissolution du dioxyde de carbone qui donne des ions hydrogénocarbonates (HCO

3-) (2)

- de la précipitation biochimique du carbonate de calcium (CaCO3) formant un ciment calcaire à partir des hydrogénocarbonates (HCO

3-) et des ions calcium (Ca

2+) (3)

- de la photosynthèse des cyanobactéries (4)

D’après http://planet-terre.ens-lyon.fr/

Document 3 : les formations de fers rubanés et apparition du dioxygène atmosphérique

Avant deux milliards d’années, l’océan contenait des ions ferreux Fe

2+ provenant de l’érosion des continents qui réagissaient avec

le dioxygène dissous dans l’eau pour former des oxydes de fer à l’origine des fers rubanés. Depuis un peu moins de 2 milliards d’années l’océan est dépourvu d’ions ferreux car ils se combinent avec le dioxygène atmosphérique pour former des oxydes de fer sur les continents.

D’après http://planet-terre.ens-lyon.fr/

2ème PARTIE - Exercice 2 - Pratique d'une démarche scientifique ancrée dans des connaissances (Enseignement de

spécialité). 5 points.

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ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L'AVENIR

Quand Homo sapiens arrive en Europe il y a 40 000 ans, cela fait longtemps qu'Homo neanderthalensis y est présent. Les deux populations vont vivre au même moment sur les mêmes territoires. Puis Néandertal disparaît sauf dans le sud de la Péninsule ibérique où il subsiste encore 1500 ans. L'hypothèse avancée pour expliquer la persistance d'Homo neanderthalensis dans le Sud de la Péninsule ibérique est qu'il a été favorisé par l'aridité entre 39 000 et 38 000 ans avant le présent (Événement de Heinrich, Moustérien), une aridité qui aurait momentanément arrêté l'arrivée d'Homo sapiens dans cette région.

À partir de l'exploitation des documents fournis, montrez le bien-fondé de cette hypothèse pour expliquer la persistance de Néandertal dans le sud de la Péninsule ibérique

Document 1 : Document 1 : Conditions climatiques présentes au niveau de la péninsule ibérique entre - 41 000 ans et - 34 000 ans

GI 7 et GI 8 (GI pour interstadiaire du Groenland) et HS 4 (HS pour stadiaire de Heinrich) traduisent des périodes de variation climatique mises en évidence dans les carottes glaciaires du Groenland

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Document 2 : Distribution calculée d'Homo neanderthalensis (à gauche) et d'Homo sapiens (à droite) à trois époques distinctes :

en haut : période GI 8 de - 36 500 ans à - 38 600 ans, au milieu : période H 4 de - 38 600 ans à - 40 200, en bas : période préH 4 >- 40 200 ans La cartographie des régions les plus susceptibles de voir subsister l'une et l'autre espèce résulte d'une projection informatique reposant sur l'utilisation de dix modèles; les deux nuances de gris correspondent au nombre de modèles utilisés qui confirment l'habitabilité des deux espèces considérées (gris clair: 1 à 9 modèles utilisés sur 10, noir: tous les modèles). La méthode utilisée prend en compte la localisation des sites archéologiques datés par carbone 14, les informations géographiques et les simulations à haute résolution des différents climats en Europe par le passé. Elle utilise ensuite une combinaison d'algorithmes prédictifs, analyse la relation existante entre les sites archéologiques attribuables par leur culture à chacune de ces humanités (néanderthaliens et hommes anatomiquement modernes) et les données paléoenvironnementales contemporaines pour prédire la région dans laquelle ces cultures pouvaient subsister

D'après Banks et d'Errico, Laboratoire PACEA/PLoS ONE

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Document 3 : Distribution réelle (à gauche) et calculée (à droite) d'Homo neanderthalensis au cours de la phase GI 8

D'après Banks et d'Errico, Laboratoire PACEA/PLoS ONE

2ème PARTIE – Exercice 2 (Enseignement de spécialité). 5 points.

ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L’AVENIR

Les changements climatiques aux grandes échelles de temps

À partir de la mise en relation des informations extraites des documents et de vos connaissances,

expliquer les phénomènes qui ont pu contribuer à l’installation d’une glaciation au Permo-

Carbonifère.

Document 1 : Paléogéographie il y a 340 Ma

D’après Matte, 2001

Au cours de la formation de la Pangée, des chaînes de montagnes résultent de plusieurs collisions

continentales initiées depuis 400 Ma.

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Document 2 : Relation entre albédo et quelques types de surface

L’albédo est le rapport de l’énergie solaire réfléchie par une surface sur l’énergie solaire reçue. Sa valeur est

comprise entre 0 et 1.

Quelques surfaces du globe Valeur d’albédo

Océan 0,1

Forêts 0,12

Sable sec 0,3

Glace continentale 0,6

Neige 0,8

Document 3 : Les variations de la teneur en CO2 de l’atmosphère

D’après Berner, 1994 et 1997

Document 4 : L’altération des roches et la teneur en CO2 de l’atmosphère au Carbonifère

4a : l’arène granitique, témoin de l’altération des roches. Les roches granitiques de la croûte continentale s’altèrent, en particulier dans les chaînes de montagnes. Il en

résulte une arène avec des minéraux non altérés (quartz), des minéraux altérés devenus friables (feldspaths,

micas) et des minéraux argileux nouvellement formés.

Certains des éléments des minéraux altérés, les ions Na+ et Ca

2+ par exemple, sont dissouts dans les eaux

d’altération.

4b : l’altération des silicates et le CO2 atmosphérique.

En précipitant, le CaCO3 forme du calcaire.

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2ème PARTIE – Exercice 2 (Enseignement de spécialité). 5 points.

ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L’AVENIR

La disparition des mammouths laineux

Le mammouth laineux (Mammuthus primigenius) est une espèce fossile proche des éléphants actuels.

Il y a quelques dizaines de milliers d’années, il occupait encore une large partie de l’Eurasie et de

l’Amérique du Nord. Mais, il y a environ

10 000 ans, presque toutes ses populations ont disparu.

D’après A. Hołda-Michalska, Geological Review, 2014

À l’aide de l’exploitation des documents proposés et de vos connaissances, montrer que la disparition

des mammouths laineux pourrait avoir deux causes différentes.

Document 1 : variation de l’insolation à 60° de latitude nord durant les derniers 45 000 ans L’insolation correspond à la quantité d’énergie solaire (en Watts) reçue par mètre carré de surface terrestre.

Elle dépend largement des paramètres astronomiques de la planète.

D’après G.M. MacDonald et al., Nature, 2012

Document 2 : informations déduites de la composition isotopique des glaces

Document 2.a : relation entre le delta 18O de la glace du Groënland et la température moyenne de

l’air dans cette région

Page 20: ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L'AVENIR€¦ · ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L'AVENIR Les événements de Heinrich sont caractérisés par

D’après J. Jouzel et al., Journal of Geophysical Research, 1994

Document 2.b : variation du delta 18O dans une carotte de glace du Groënland durant les derniers 45

000 ans

Document 3 : variation de la teneur en spores de végétaux du genre Sphagnum dans une tourbière

d’Alaska Les végétaux du genre Sphagnum, caractéristiques des tourbières, présentent la particularité de résister à des

températures extrêmement faibles (jusqu’à -50°C). Toutefois, elles sont plus abondantes lors des périodes

chaudes. Pour leur reproduction, les Sphagnum produisent des spores.

Selon les paléontologues, dans le passé, l’expansion des tourbières en Alaska se faisait au détriment des

plantes dont se nourrissaient les mammouths. Autrement dit, plus les tourbières occupaient d’espaces et

moins les mammouths disposaient de nourriture.

Page 21: ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L'AVENIR€¦ · ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L'AVENIR Les événements de Heinrich sont caractérisés par

D’après G.M. MacDonald et al., Nature, 2012

Document 4 : territoires occupés par les mammouths laineux et par les Hommes préhistoriques à

différentes périodes

D’après G.M. MacDonald et al., Nature, 2012

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2ème PARTIE – Exercice 2 (Enseignement de spécialité). 5 points.

ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L’AVENIR

Depuis une trentaine d’années, la communauté scientifique et les gouvernements s’intéressent aux clathrates

de méthane découverts par sir Humphrey Davy en 1810. Les clathrates ou hydrates de méthane des fonds

océaniques contiennent une quantité très importante de carbone en comparaison des gisements de gaz

naturel, de pétrole et de charbon connus mondialement.

Les clathrates de méthane inquiètent la communauté scientifique dans le cadre de l’évolution actuelle du

climat.

À partir de l’étude des documents et de l’utilisation des connaissances, proposer des arguments

justifiant cette inquiétude.

Document 1 : Les clathrates de méthane « Les clathrates de méthane sont des substances qui ressemblent à de la glace. Ce sont des solides cristallins.

Ils sont constitués d’une molécule gazeuse de méthane entourée par des molécules d’eau. »

Si 1 m3 d’hydrate de méthane est déstabilisé, il libère 164 m

3 de méthane et 0,8 m

3 d’eau liquide.

Le méthane libéré rejoint ensuite l’atmosphère.

D’après http://acces.ens-lyon.fr/acces/terre/CCCIC/ressources/litho_point4

http://eduterre.ens-lyon.fr/thematiques/energie/le-methane

Document 2 : Variation des températures passées par rapport aux températures actuelles (en °C) et

variations des taux de méthane (CH4) et dioxyde de carbone Ces résultats ont été obtenus à partir de l’analyse de carottes glaciaires provenant de plusieurs sites

(Vostock, Taylor Dome, EPICA Dome C).

Le CO2 et le CH4 sont des gaz à effet de serre.

Les anomalies de température correspondent aux variations par rapport à la moyenne du dernier millénaire.

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La quantité de CO2 est donnée en ppmv : partie par millions par volume.

La quantité de CH4 est donnée en ppbv : partie par milliards (billions) par volume.

D’après EPICA Dôme C. © Université de Berne. LGGE.

Document 3 : Distribution mondiale des clathrates de méthane des marges continentales et des lacs

D’après Bohrmann, Greinert et Lausch (Pour la Science, octobre 1999)

Les gisements trouvés au niveau des marges continentales s’expliquent par une accumulation importante de

matière organique incorporée dans les sédiments. La matière organique, sous l’action des bactéries

anaérobies se transforme en méthane et, sous certaines conditions de température et de pression, en

clathrates de méthane.

Par exemple, on trouve des gisements stables de clathrates de méthane à partir de 600 m de profondeur pour

des températures de l’eau de 7°C.

D’après http://acces.ens-lyon.fr/acces/terre/CCCIC/ressources/litho_point4

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Document 4 : Diagramme pression – température des clathrates de méthane ou hydrates de méthane

D’après Suess E., Bohrmann G., Greinert J. et Lausch E., Le méthane dans les océans, Pour la science,

octobre 1999, n°264, pp. 80-89

Document 5 : Différents scénarios d’évolution du climat global On rappelle que les températures océaniques sont étroitement liées aux températures atmosphériques. Une

augmentation de la température atmosphérique se traduit par une augmentation des températures océaniques,

après un certain délai.

Les différentes estimations du GIEC (Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat)

depuis l’année 2000 prennent en compte les concentrations de l’ensemble des gaz à effet de serre et des

aérosols présents dans l’atmosphère.

D’après le rapport du GIEC 2007, p.46

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2ème PARTIE – Exercice 2 (Enseignement de spécialité). 5 points.

ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L’AVENIR

Le musée Testut-Latarjet et le musée des Confluences de Lyon ont mis à disposition des chercheurs des

fragments d’os et des dents de momies égyptiennes (datées entre 5500 ans BP* et 1500 ans BP) dans le but

d’y trouver des indices sur le climat africain de cette période.

*BP : Before Present, c’est-à-dire avant 1950

En utilisant les informations des documents et les connaissances :

– expliquer comment les études isotopiques menées sur des momies égyptiennes ont permis de

reconstituer l’évolution des précipitations en Afrique intertropicale entre 5500 ans BP et 1500 ans BP

;

– montrer que les résultats de cette étude sont en accord avec les données sédimentaires.

Document de référence : Localisation géographique des sites étudiés

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Document 1 : Variation du δ18

O des os et des dents de momies égyptiennes

L’apatite (phosphate de calcium) constituant de l’os et l’hydroxyapatite (phosphate de calcium hydraté)

constituant de l’émail des dents contiennent de l’oxygène dans le groupement phosphate. Des chercheurs ont

ainsi pu mesurer le δ18

O des fragments d’os et des dents de momies égyptiennes (δ18

Op) couvrant une

époque entre 5500 ans BP et 1500 ans BP.

D’après Touzeau et al.,2013, modifié

Document 2 : Corrélation entre le δ18

Op des os et des dents et le δ18

Ow de l’eau de boisson Le δ18O mesuré dans les os et les dents des êtres humains (δ

18Op) est corrélé au δ

18O de l’eau de boisson

(δ18

Ow) par l’équation simplifiée suivante :

(δ18

Ow) = 1,54 (δ18

Op) – 33,72

Daux et al., 2008

Document 3 : Relation entre les précipitations mensuelles (histogramme) et le δ18

O moyen mensuel de

l’eau de pluie (courbe reliant les carrés) à Entebbe en Ouganda et Addis Abeba en Ethiopie En zone intertropicale, le facteur majeur contrôlant la composition du δ

18O des eaux de pluie est la quantité

de précipitations et non la température.

D’après données IAEA/WMO

Dans le cas des Egyptiens, on peut considérer que l’eau de boisson est l’eau du Nil, eau tombée sous forme

de pluie au-dessus des régions sources du Nil.

Document 4 : Variations des flux sédimentaires détritiques dans les lacs Sinnda et Kitina (République

du Congo) Durant la période étudiée, ces lacs étaient situés en milieu forestier. Dans les milieux forestiers

intertropicaux, les particules solides transportées par les cours d’eau proviennent surtout de l’érosion des

berges. Ainsi, la charge solide des cours d’eau est directement corrélée aux crues et donc aux précipitations.

Un assèchement complet du lac provoque une interruption de la sédimentation (hiatus).

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cnrs.fr – J. Bertaux

2ème PARTIE – Exercice 2 (Enseignement de spécialité). 5 points.

ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L’AVENIR

Variation climatique entre -130 000 et -120 000 ans

Les derniers 800 000 ans sont marqués par des variations climatiques importantes où alternent périodes

glaciaires et périodes interglaciaires.

À partir de l’exploitation des indices de terrain proposés mis en relation avec vos connaissances,

déterminer le sens de variation du climat et son origine pendant la période étudiée.

Document 1 : évolution de la composition en CO2 et méthane, deux gaz à effet de serre, depuis 400

000 ans Les mesures ont été réalisées dans les glaces antarctiques.

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D’après http://cdiac.ornl.gov/images/vostok_co2_ch4_from_bubbles.jpg

Document 2 : extension des glaciers des Alpes

Document 2.a : carte de l’extension au cours de la période allant de -180 000 à -140 000 ans

D’après Sylvain

Coutterand, Docteur en géographie alpine – glaciologue

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Document 2.b : carte de l’extension actuelle

L’extension des glaciers des Alpes au cours de la période allant de -130 000 à -120 000 ans est semblable à

l’actuelle.

D’après

http://www.glims.org

Document 3 : climatogrammes obtenus à partir des fossiles des grands mammifères trouvés dans la

grotte du Lazaret Un climatogramme correspond à une classification des animaux selon leur affinité climatique et/ou

écologique. Les groupes écologiques sont représentés sous forme de graphique en pourcentage selon un

ordre précis depuis un environnement sous climat froid (à gauche) vers un environnement sous climat

tempéré (à droite).

D’après C. Hanquet et al., caractérisation du climat et de la biodiversité au pléistocène moyen final,

d’après les faunes de vertébrés de la grotte du Lazaret (Nice), France, 2010

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Document 4 : étude du δ18

O mesuré dans les coquilles de mollusques marins

Document 4.a : variation du δ18

O (mesuré dans le carbonate de calcium des coquilles des animaux

marins) en fonction de la température de l’eau

D’après http://kordonnier.fr

Document 4.b : évolution du δ18

O des coquilles de mollusques marins fossiles trouvés dans la grotte du

Lazaret (Nice)

D’après P. Valensi et al., Cadre climatique et environnemental des acheuléens de la grotte du Lazaret, à

Nice. 2007

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Document 5 : données palynologiques relevées au Portugal

Document 5.a : étude des proportions de pollens de végétaux regroupés selon les affinités climatiques.

D’après N.J. Shackleton et al., Marine Isotope Substage 5e and the Eemian Interglacial, 2002

Document 5.b : végétation et paramètres climatiques

Type de végétation Type de climat associé

Steppe Froid et sec

Forêt pionnière Frais et humide

Forêt euro-sibérienne Tempéré

Forêt méditerranéenne Chaud avec sécheresse estivale et hiver doux

D’après ressource pédagogique numérique POLVEN

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2ème PARTIE – Exercice 2 (Enseignement de spécialité). 5 points.

ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L’AVENIR

La transformation de l’atmosphère terrestre

L’atmosphère primitive de la Terre, issue du dégazage volcanique au cours du refroidissement du globe,

était très différente de l’atmosphère actuelle.

La transformation de l’atmosphère au cours du temps est marquée en particulier par un fort enrichissement

en dioxygène, ce qui lui a conféré un caractère oxydant.

À partir de l’exploitation des documents proposés mise en relation avec vos connaissances,

reconstituer la chronologie des évènements qui a abouti à une atmosphère riche en dioxygène.

Document 1 : les formations sédimentaires d’oxyde de fer

Document 1.a : les paléosols rouges continentaux ou red beds Les paléosols, ou sols fossiles, se sont formés par altération de roches continentales au contact de

l’atmosphère.

La couleur rouge de certains de ces sols provient de la forte teneur en hématite, minéral d’oxyde de fer de

formule chimique Fe2O3. Le fer y est oxydé sous la forme ionique Fe3+

.

Dépôts sédimentaires continentaux de couleur rouge, Blyde River Canyon, Afrique du Sud

D’après le site http://www.lalechere.co.za

Document 1.b : les fers rubanés ou B.I.F. (Banded Iron Formations), des formations océaniques Les fers rubanés sont formés par une alternance de couches d’oxydes de fer (rouges) et de couches siliceuses

(grises). Ce sont des roches sédimentaires qui se sont formées en milieu marin par précipitation de fer et de

silice en solution dans l’eau de mer.

Les couches rouges contiennent de l’hématite Fe2O3. Le fer y est oxydé sous la forme ionique Fe3+

.

Fers rubanés de Barberton, Afrique du Sud

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D’après le site http://planet-terre.ens-lyon.fr

Document 1c : extension temporelle

D’après C. Klein, Nature, 1997

Les plus anciens fers rubanés sont datés de 3,8 milliards d’années (fers rubanés d’Isua au Groenland).

Les plus anciens sols rouges sont datés de 2,2 milliards d’années (Blyde River). Tous les sols fossiles plus

anciens sont dépourvus d’hématite et montrent un appauvrissement en fer que l’on attribue au lessivage des

formes solubles du fer par les eaux de pluie.

Document 2 : les différentes formes ioniques du fer Le fer constitue 5% de la masse de la croûte terrestre.

En solution aqueuse, le fer existe à l’état naturel sous deux formes ioniques :

Fe2+

également noté Fe(II),

Fe3+

également noté Fe(III).

La forme Fe3+

est plus oxydée que la forme Fe2+

.

Page 34: ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L'AVENIR€¦ · ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L'AVENIR Les événements de Heinrich sont caractérisés par

Ces deux formes ioniques ne présentent pas la même mobilité dans l’eau.

Comportement des ions fer en solution selon le degré d’oxydation

Document 3 : les stromatolithes Les stromatolithes sont des formations sédimentaires carbonatées (calcaires) marines constituées d’une

superposition de feuillets formant un dôme.

L’origine biologique de ces formations a été démontrée pour des stromatolithes de 2,7 milliards d’années.

Les plus anciens stromatolithes ont été datés à environ 3,5 milliards d’années.

Stromatolithe de Pilbara, Australie.

Photographie d’une structure

retrouvée dans une lame mince de

stromatolithe fossile (Pilbara,

Australie)

D’après le site http://www.futura-sciences.com

D’après le site planet-terre.ens-lyon.fr

Document 4 : les cyanobactéries

Document 4a : caractéristiques des cyanobactéries actuelles Les cyanobactéries sont des organismes microscopiques procaryotes. Leur cytoplasme contient notamment

des pigments chlorophylliens.

Photographie au microscope optique de cyanobactéries actuelles (genre Nostoc)

Page 35: ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L'AVENIR€¦ · ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L'AVENIR Les événements de Heinrich sont caractérisés par

D’après le site http://www.pasteur.fr

Document 4b : métabolisme des cyanobactéries actuelles Une culture de cyanobactéries est placée dans une enceinte hermétique. Les teneurs en dioxygène et dioxyde

de carbone sont relevées en différentes conditions d’éclairement.

Évolution des teneurs en dioxygène et dioxyde de carbone de la culture de cyanobactéries

2ème PARTIE – Exercice 2 (Enseignement de spécialité). 5 points.

ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L’AVENIR

En utilisant les informations extraites des documents et les connaissances, expliquer que le CO2 et le CH4 peuvent exercer un effet conjoint sur le réchauffement climatique, effet qui risque de s’intensifier dans le futur.

Document 1: Méthane et hydrates de méthane Le méthane, de formule CH4, est connu comme un puissant gaz à effet de serre (GES). Il résulte de la décomposition anaérobie de débris végétaux ou animaux et, dans des conditions particulières de température et de pression, il peut s’associer de façon réversible à l’eau pour former un cristal mixte d’eau et de méthane, appelé « hydrate de méthane ». Les hydrates de méthane constitueraient l’un des plus importants réservoirs de méthane sur Terre, au moins équivalent aux réserves de gaz actuellement exploitées. Ils se rencontrent dans les sédiments océaniques superficiels et dans les pergélisols.

D’après Pour la science. Dossier n°73, 2011

Page 36: ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L'AVENIR€¦ · ATMOSPHÈRE, HYDROSPHÈRE, CLIMATS : DU PASSÉ À L'AVENIR Les événements de Heinrich sont caractérisés par

Document 2: Distribution des pergélisols dans l’hémisphère Nord (en vue polaire). Les pergélisols recouvrent plus de 20 % des terres émergées. Ils sont constitués de sols maintenus à une température égale ou inférieure à 0°C (sauf au niveau de leur couche la plus superficielle pendant l’été). L’eau qui s’y trouve est sous forme de glace. La distribution des pergélisols est gouvernée par le climat.

D’après Nelson, 2003 (adaptée de Brown, 1997-1998)

Document 3 : Solubilité du CO2 et du CH4 en fonction de la température

D’après engineeringbox.com

Document 4 : Température et teneur en CO2 atmosphérique depuis 1850

ppm : parties par million wikipedia.fr ; d’après GIEC, 2007