Relations Terre - Soleil

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L’homme et sa Terre

• Ceci permet à l’être humain et à tout ce qui fait la vie d’exister dans l’environnement terrestre que l’on appelle le climat.

• L’équilibre qui permet à l’homme de survivre sur la Terre est conditionné par l ’histoire et les conditions que le Soleil lui impose.

• L’évolution de celui-ci est un facteur essentiel de l’histoire de l’humanité, par les conditions de vie, qui déterminent directement les choix des groupes humains : migrations, cultures, conquêtes...

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Le climat

Les composantes du climat sont entre autres :

La variabilité et l’évolution sont sous-jacentes à toutes ces composantes.

• l’océan

• les continents

• l’atmosphère

• les nuages

• les glaciers

• les lacs et rivières

• la biomasse

• la banquise

• les influences humaines

. . .

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Le rôle du Soleil

Nous parlerons ici des variations dues :

Le Soleil n’apparaît que par l’insolation

• au Soleil lui-même• aux mouvements de la Terre et

ses perturbations dans l’environnement du système solaire

et aussi :

• de la mesure et de l’observation de ses variations

• des conséquences sur le climat

• des périodicités ainsi engendrées

Mais c’est le maître d ’œuvre du système.

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Ses influences sur la Terre

• la gravité

– orbite de la Terre– marées

• le rayonnement électromagnétique

– éclairement, énergie reçue– jour et nuit– saisons

– chimie de l’atmosphère• les particules émises

– vent solaire, chauffage de l’atmosphère, cosmonucléides (10Be, 14C , 36Cl)

• le champ magnétique

– lignes de force du champ magnétique du Soleil– état de l’ionosphère

Ces influences peuvent évoluer par les changements de l’environnement interplanétaire et interstellaire.

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L'astronome Serbe Milutin Milankovitch a démontré entre 1920 et 1941 que toutes ces variations sont la cause des glaciations que la Terre a subies.

La dernière grande glaciation a connu son maximum il y a 22 000 ans, les températures étaient inférieures d'environ six degrés à celles actuelles et on peut s'attendre à un retour de la glace dans plusieurs dizaines de milliers d'années.

Origine astronomique des cycles de Milankovitch

La théorie astronomique des climats est basée sur l'idée que les variations à long terme (ou séculaires) des paramètres de l'orbite et de la rotation terrestre engendrent des variations de l'ensoleillement (ou insolation) reçue à la surface de la Terre, ces variations pouvant entraîner des changements climatiques dont la trace est parfois enregistrée ou gravée dans certains indicateurs paléoclimatiques et séquences géologiques.

La théorie de Milutin Milankovitch

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Portrait de Milutin Milankovitch (1879-1958)

par by Paja Jovanovic en 1943

Milutin Milankovitch

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La précession axiale n’affecte pas la forme de l’orbite.

Mais elle change la position des équinoxes et des solstices sur l ’orbiteA la même époque de l’année, la distance Terre-Soleil change La durée des saisons varie.

Précession et orbite de la Terre

Mais, par rapport aux étoiles, le point vernal aura lui aussi tourné de 180°.

actuellementil y a 13 000 ans

et dans 13 000 ans

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Précession et périhélie

La combinaison des deux phénomènes précédents donne la précession climatique. Elle est définie par la variation de l'angle entre le périhélie et l'équinoxe de printemps.

Les variations modulées par l ’excentricité

Analyse spectrale

Période principale 21 000 ans

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Effets de la rotation du périhélie

• Dans un demi cycle, 10 000 ans environ, les effets seront inversés.

• Ce fut les cas vers -3250, où le périhélie était à l’équinoxe d’automne.C’était le temps des premières pyramides.Les pyramides étaient-elle entourées de jardins verdoyants ?

• Les contrastes sont les plus faibles lorsque le passage de la Terre au périhélie se fait vers les équinoxes.

Qu’amène la rotation du périhélie ?

• Le changement cyclique de la dissymétrie d’ensoleillement été hiver

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Variations de l’obliquité

En moyenne annuelle, les variations de l'insolation sont :

• aux hautes latitudes, l'impact est de quelques pour cent.

• aux pôles en phase avec l'obliquité• à l'équateur en opposition de phase.

Aux latitudes non tropicales, quand l'inclinaison est plus forte, les étés sont plus chauds et les hivers plus froids.

Au voisinage du pôle les variations d'inclinaison se traduisent par une fluctuation de 14% de l'énergie interceptée au solstice d'été.

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Toutes les influences sont regroupées dans la théorie de Milankovitch (1930)

Les périodes de glaciation / réchauffement devraient suivre les grandes variations de l’ensoleillement dues aux paramètres de l’orbite de la Terre.

• différents cycles d’activités, bien représentés par le nombre de taches à sa surface, le plus connu étant celui de 11 ans ...

Mais il faut y ajouter les variations du rayonnement du Soleil :

• une lente augmentation depuis sa naissance

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Les cycles provoqués par les variations des éléments orbitaux sont des variations lentes et sinusoïdales

En réalité, les effets sont très complexes et sont perturbés par des rétroactions amplificatrices ou modératrices :

• composition atmosphérique : effet de serre (CO2, CH4…)

• Variations de la couvertures nuageuses avecdes surfaces couvertes par les glaces

variations d’albedo

transports de chaleur• grands courants marins océaniques

et sub-océaniques :

• échanges océans - atmosphère : temporisation par la masse des océans

• échanges biosphère / atmosphère : développement de la matière organique

• mouvements tectoniques avec orogénèse et subduction :

oxydation des roches

• volcanisme : production de CO2

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• . . . Et tout récemment, l ’activité humaine!

Les observations tirées des carottes dans les sédiments des mers, des glaces polaires permettent d’obtenir les variations de composition, de températures et ...

et l ’on observe des variations en dents de scie.

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Les glaciations sont lentes et les déglaciations rapides

Nous sommes actuellement dans un âge interglaciaire en attendant la prochaine glaciation si les effets anthropiques ne contrebalancent pas les effets naturels.

Etude de carottes des calottes polaires

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Mais dans l’analyse de l ’abondance de H2

18O dans les carottes des glaces polaires, qui est un bon reflet de la température, l’analyse spectrale des variations fait apparaître toutes les périodes des phénomènes astronomiques.

La corrélation évolution du climat, variation de l ’orbite de la Terre, ou théorie de Milankovitch est donc bien établie.

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L’observation aux échelles géologiques, montre une évolution non périodique avec des oscillations dont les amplitudes sont beaucoup plus grandes que celles prédites.

Le trait jaune correspond à l ’augmentation continue du rayonnement solaire depuis 4 milliards d’années.

A remarquer :nous sortons d’une période igloo

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Les géophysiciens et les paléontologues, en ont conclu que les variations d’ensoleillement sont les effets déclencheurs de phénomènes amplificateurs ou modérateurs, tels la composition de l’atmosphère, la surface de glace aux calottes polaires, etc.

Mais il est remarquable qu’au Quaternaire, il est dénombré 17 cycles glaciation-réchauffement, tous en phase avec les variations des éléments de l’orbite terrestre.

L’Astronomie triomphe !

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FIN