sciences climat et société
Publié le 12/12/2023
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Thème 1 : science, climat et
société
Chapitre 1 : l'atmosphère terrestre et la vie
Problème : comment la vie peut-elle influencer la composition de l'atmosphère
depuis son origine jusqu'à aujourd'hui?
I - Origine de l'atmosphère et des océans
Activité 1
Sublimation = passage glace vapeur
La terre c’est formé par accrétion (chutes objet céleste)
Permet dégazage eau atmosphère
Age système solaire 4-5 milliard d’années
15 milliard univers
Milieu terre fer nickel car lourd
Manteau plus léger
Croute
Atmosphere: gaz
Bilan 1
Il y a environ 4,6 milliards d’années, au moment de la formation du système
solaire, la Terre se forme et par accrétion d'objets cosmiques.
Notre planète
s'est peu à peu structurée par migration des éléments les plus lourds vers le
centre (noyau) et les plus légers en périphérie (manteau et croûte).
Des
enveloppes concentriques se sont ainsi mises en place, l'atmosphère primitive
composée d'éléments légers étant la plus externe.
L'analyse du dégazage de météorites de type chondrites similaires au matériau
impliqué dans l'accrétion est un bon indicateur de sa composition.
Ainsi
l’atmosphère primitive était composée de N2, CO2 et de 80% d'H2O (pas de
02).
Sa composition actuelle est d’environ 78% de N2 et 21% de O2, avec des
traces d’autres gaz (dont H2O, CO2, CH4 et N2O).
Le refroidissement de la surface de la Terre primitive a conduit à la liquéfaction
de la vapeur d’eau présente dans l’atmosphère initiale.
L’hydrosphère s’est
formée à partir des apports cosmiques et du dégazage du manteau, cela a
permis à la vie de se développer.
II - Vie terrestre et évolution de l'atmosphère
Activité 2
3,5 milliard d’années apparences vie
Ions Fe3+, —> sédiments océanique
4Fe+3O2 —> 2Fe2O3
Dioxigene apparu dans les océans
Le fer contenus dans les roches peut être oxydés par dioxygène et former des oxydes
de fer qui peuvent être rouge.
La présence de fer rubanés est une preuve d’oxygène
sur terre
2GA oxygene sort ocean
Dioxyde apparu grace au stromatolites
Cycles 02
Puits ( consommateur ) —> animaux, végétaux , combustions, sédiments,
volcanisme, ozone
Sources —> ozone, vegetaux ( qui font la photosynthèse), phytoplancton, H2O
Hypothese être vivants apparu dans les fausses océanique
Bilan 2
Les premières traces de vie sont datées d’il y a au moins 3,5 milliards
d’années.
Par leur métabolisme photosynthétique, des cyanobactéries
(stromatolithes) ont produit le dioxygène qui a oxydé, dans l’océan, des
espèces chimiques réduites.
La présence d'ions Fe3+ dans les sédiments
océaniques (fers rubanés) atteste d'un océan oxydant et d'une atmosphère
réductrice.
Bien que les fossiles des stromatolithes montrent que le 02 s'est
formé dès - 3,5 Ga, le 02 était encore absent de l'atmosphère à cette période.
Suite à la précipitation du fer des océans, le dioxygène s'est libéré puis
accumulé, à partir de 2,4 milliards d’années, dans l'atmosphère (apparition des
paléosols rouges continentaux : red beds).
Sa concentration atmosphérique
actuelle a été atteinte il y a 500 millions d’années environ.
Les sources et puits de dioxygène atmosphérique sont aujourd’hui
essentiellement liés aux êtres vivants (photosynthèse et respiration) et aux
combustions.
Equation simplifiée photosynthèse :
6CO2 + 6H2O + lumière ------------> C6H12O6 (glucose) + 6O2
Equation simplifié de la respiration :
C6H12O6 (glucose) + 6O2 ------------> 6CO2 + 6H2O + énergie (ATP)
Constat l'ozone est une molécule pour laquelle on peut entendre à la fois qu'il en
manque (trou) ou qu'il y en a trop dans l'atmosphère (pics de pollution)
Problème : quels processus peuvent être responsables de cela?
Hypothèse :
III - La couche d'ozone
Activité 3
1.
La couche d’ozone nous protège des rayons ultraviolets, car ce sont les plus
dangereux.
Uv —> ADN mutation les ivc sont absorbés
2.
Destruction cause d’ozone causée par la pollution humaine, a cause des gaz CFC
Bilan 3
Sous l’effet du rayonnement ultraviolet solaire, le dioxygène stratosphérique
peut se dissocier, initiant une transformation chimique qui aboutit à la
formation d’ozone.
Celui-ci constitue une couche permanente de concentration
maximale située à une altitude d’environ 30 km.
La couche d’ozone absorbe
une partie du rayonnement ultraviolet solaire (notamment les UV C) et permet
une protection des êtres vivants de ses effets mutagènes.
Constat : l’élément carbone est présent dans les enveloppes profondes et
superficielles de la Terre.
Il constitue, avec l’hydrogène et l’oxygène, l’élément de base
des molécules organiques.
Problème : quels processus permettent au carbone de passer d'un réservoir à un
autre? Comment l'homme perturbe-t-il ces processus?
Hypothèse :
IV - Le cycle du carbone
a - Formation des combustibles fossiles
Activité 4
1.
Les combustibles fossiles se forment à partir de la matière organique accumulée
dans des environnements tels que les marécages, les lacs et les océans.
Enfouis
sous des couches de sédiments, cette matière organique subit une transformation
chimique sous l'effet de la chaleur et de la pression, se convertissant en
hydrocarbures.
Ce processus, connu sous le nom de diagenèse, prend des millions
d'années.
La notion de "combustible fossile" découle du fait que ces ressources sont
issues de la décomposition de matière organique ancienne (fossile) et sont donc non
renouvelables à l'échelle humaine.
Biomasse : masse des êtres vivants
Les êtres vivants après leur morts vont être décomposés, minéralisation et gaz.
10
millions d’années, biomasse enfuis sous des couches de sédiments, peu oxygène donc
décomposition impossible
1.
Le Carbonifère est crucial dans la formation des combustibles fossiles car il
correspond à une période géologique où d'immenses marécages couverts de
végétation se sont développés.
Pendant cette période, le métabolisme
photosynthétique des plantes a absorbé d'énormes quantités de dioxyde de carbone
de l'atmosphère pour produire de la biomasse.
L'absence de micro-organismes
décomposeurs efficaces a conduit à la préservation de cette biomasse sous forme
de charbon.
Ainsi, le carbone utilisé lors de la combustion du charbon provient à
l'origine de l'atmosphère, et sa libération lors de la combustion a des conséquences
atmosphériques néfastes en augmentant le CO2, contribuant aux changements
climatique
Bilan 4
Les combustibles fossiles se sont formés à partir du carbone des êtres vivants,
il y a plusieurs dizaines à plusieurs centaines de millions d’années.
Un
combustible fossile se forme sur une durée de plusieurs dizaines de millions
d'années.
C'est généralement l'enfouissement des matériaux organiques qui a
empêché leur décomposition et permis la transformation en combustible
fossile.
Ils ne se renouvellent pas suffisamment vite pour que les stocks se
reconstituent : ces ressources en énergie sont dites non renouvelables.
b - Perturbations du cycle du carbone
Activité 5
Les flux incluent la photosynthèse, la respiration, la combustion, la déforestation,
l'absorption océanique, et d'autres processus.
La perturbation humaine résulte
principalement de l'augmentation des émissions de CO2 par la combustion des
combustibles fossiles et de la déforestation, perturbant l'équilibre naturel du cycle du
carbone.
Les activités humaines perturbent le cycle du carbone principalement par
l'émission excessive de dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère, résultant
de la combustion des combustibles fossiles, de la déforestation et de
l'industrialisation.
Bilan 5
Le carbone est stocké dans plusieurs réservoirs superficiels : l’atmosphère, les
sols, les océans, la biosphère et les roches.
Les échanges de carbone entre ces réservoirs sont quantifiés par des flux
(tonne/an).
Les quantités de carbone dans les différents réservoirs sont constantes lorsque
les flux sont équilibrés.
L’ensemble de ces échanges constitue le cycle du
carbone sur Terre, il est perturbé par les activités humaines (combustions
d'énergies fossiles notamment).
Chapitre 2 : la complexité du système
climatique
I - Météorologie et climatologie
Activité 1
1.Le climat méditerranéen se caractérise par des étés chauds et secs, des hivers doux
et des précipitations principalement en hiver, tandis que le climat océanique est
marqué par des températures modérées tout au long de l'année, des précipitations
réparties de manière relativement uniforme et des étés plus frais que ceux du climat
méditerranéen.
2.Un climat se définit par la température, la pression, la vitesse et la directions des
vents et d’autres grandeurs dans un espace donné alors que la météorologie étudie
les phenomes atmosphérique a court thermes
Bilan 1
Un climat est défini par un ensemble de moyennes de grandeurs atmosphériques
observées dans une région donnée pendant une période donnée.
Ces grandeurs sont
principalement la température, la pression, le degré d’hygrométrie, la pluviométrie, la
nébulosité, la vitesse et la direction des vents.
La climatologie étudie les variations du climat local ou global à moyen ou long terme
(années, siècles, millénaires, etc.).
La météorologie étudie les phénomènes
atmosphériques qu’elle prévoit à court terme (jours, semaines).
II - Variabilité du climat
a - Climat global de la Terre et son évolution
Activité 2
1.
0,016°C/an entre 1980 et 2010, ( Yb-Ya)/ ( Xb-Xa)
Vitesse moyenne refroidissement 7/60 000= 0,000116°C/an.
Vitesse moyenne réchauffement 7/10 000= 0,0007°C/an .
1.
L’analyse des carottes de glace offre une chronologie des variations climatiques
passées c’est le cas de l’antarctique .
Les bulles d’air emprisonnées, dans la glace
fournissent des échantillons atmosphériques, permettant d’analyser les
concentrations de gaz, notamment de dioxyde de carbone et de méthane, révélant
les changements climatiques et les niveaux d’émissions.
De plus, la composition
isotopique de l’eau dans la glace fournit des informations sur les températures
passées, offrant ainsi une perspective sur les climats anciens.....
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