TES T1 Chap 2 les variations climatiques SVT Augustins

Thème 1 : Science, climat et société

Chapitre 2: la complexité du système climatique

Le système climatique et son évolution dans le temps résultent de plusieurs facteurs naturels et d’interactions entre océans, atmosphère, biosphère, lithosphère et cryosphère. Il est nécessaire de prendre en compte ces interactions à différentes échelles spatiales et temporelles (de l’année au million d’années voire davantage). Le système climatique présente une variabilité́ spontanée et réagit aux perturbations de son bilan d’énergie énergétique par des mécanismes appelés rétroactions. Les facteurs anthropiques ont des conséquences irréversibles à court terme. Les notions d’équilibre radiatif de la Terre et d’effet de serre atmosphérique, étudiées en classe de première, sont mobilisées.

Crédit photo: NASA Crédit sommaire: BO Term ES 2023, LLS TES 2024 Documents issus des Manuels de T ES 2020 Nathan, Hatier, Hachette, Bordas, Magnard, Belin , LLS . Génially librement adapté du travail de Louise Tiberghien (un grand merci à elle !)

Thème 1 : Science, climat et société

Chapitre 2: la complexité du système climatique

Problématique du chapitre : Comment les variations climatiques passées nous permettent-elles d' expliquer les variations climatiques actuelles ?

Thème 1 : Science, climat et société

Chapitre 2: la complexité du système climatique

Activités à réaliser en PC

Activités à réaliser en SVT

Pour prendre un bon départ

2.2 Les variations climatiques du passé

2.1Climatologie et météorologie

2.4 Évolution de la température et rétroactions

2.3 Les effets des gaz à effet de serre

Exercices

Travaux à rendre

Evaluations

Bilan

Activité 2.2: Réponses aux questions et aux consignes Modalités: rendu manuscrit, un par élève Le livret SVT reste en classe entre deux séances. Activité 2.4 : Oral à partir d'un atelier

Il sera construit au cours du chapitre et distribué imprimé à la fin du travail.

DS en fin de chapitre, dont le corrigé sera ajouté au Génially .voir dernière page.

2.2 Les variations climatiques du passé

Activités à réaliser en SVT

Découvrir la grotte Cosquer

Objectif de l'activité: Rechercher tous les indices permettant de reconstituer le climat de Marseille au moment où les hommes ont occupé cette grotte,c'est à dire il y a -27 000 ans. Les indices sont à examiner dans l'ordre de votre choix

indice 1 : pollens

indice 3 : glaces des pôles

Les glaces polaires

indice 2 : peintures rupestres

indice 4 : les traces de glaciers anciens

Sommaire

Les Calanques de Marseille, 1991

Suivez Henri Cosquer dans sa plongée !

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La grotte Cosquer n'a été découverte qu'en 1991, car pour y entrer il faut emprunter un long couloir de 37 m complètement immergé

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Les modifications du littoral méditerranéen (augmentation du niveau marin)

Sur les bords de mer se déposent des graviers, des galets, des coquillages de toutes sortes qui marquent la limite entre la mer et son littoral. Au large des côtes de Marseille, on a ainsi pu repérer quatre principales lignes de rivages fossiles ou paléorivages : 1. PR50 (50 mètres de profondeur) daté de – 8 500 ans 2. PR90 (90 mètres de profondeur) daté de – 11 700 ans 3. PR100 (100 mètres de profondeur) daté de – 13 850 ans 4. Bord des canyons sous-marins actuels (130 mètres de profondeur) constituant également un paléorivage daté de – 20 000 ans.

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Source : COLLINA-GIRARD J. (2002), Underwater mapping of Late Quaternary submerged shorelines in the Western Mediterranean Sea and the Caribbean Sea, Quaternary International, t. 92, 1, p. 63-72.

Les pollens

Activités à réaliser en SVT

Consignes:1-Identifier les pollens fossiles du document et leur abondance relative il y a 27000 ans à l'aide de la clé de détermination 2-Appliquer le principe de l'actualisme appliqué aux pollens en déduire le biome du passé ,et donc le climat probable correspondant

Photo des pollens fossiles à identifier

Clé de détermination de grains de pollens

Comprendre le principe de l'actualisme

Associations végétales et climats

Biomes

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Principe d'actualisme. Le principe d'actualisme stipule que les processus qui s'exerçaient dans le passé s'exercent toujours. Les lois physico-chimiques observées sur Terre n'ont pas changé et les mêmes causes provoquent les mêmes effets. Ainsi, on utilise le présent pour interpréter ce qui a pu se passer dans le passé ... Des exemples :

à gauche , une espèce fossile, à droite une espèce actuelle

Anites et Nautiles

Retour au menu Activité 2.2 Pollens

Climat, paysage et faune durant le dernier maximum glaciaire, il y a 21 000 ans. © Aurélie Boissière/Tallandier/Inrap

La reconstitution des anciens glaciers

Mnu

Consignes

Documents:

La reconstitution des anciens glaciers il y a -27 000 ans

Extension maximale des glaciers alpins durant la dernière glaciation (en violet):

Consignes

Expérience

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Fouillez la pièce pour comprendre comment l'étude des glaces permet de reconstituer un paléoclimat, et répondre aux questions suivantes:

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Delta O18 des glaces

Document 1 : Variation du δ18O des glaces en fonction de la température annuelle moyenne

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Le delta O18 des glaces et le delta O18 des foraminifères sont opposés.

Vidéo

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Document 2: Variations du δ18O des glaces au cours du temps (en milliers d'années)

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Document 3 : Variation du CO2 atmosphérique au cours du temps (en milliers d'années)

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Les isotopes de l'oxygène

L'oxygène possède trois isotopes stables : l'oxygène 16 (16O), l'oxygène 17 (17O) et l'oxygène 18 (18O). Le plus abondant est l'oxygène 16 (8 protons et 8 neutrons), qui représente plus de 99% de l'oxygène présent à la surface de la Terre. On l'appelle aussi oxygène "léger", par opposition aux deux isotopes rares et "lourds" (18O et 17O) dont la masse atomique est plus élevée. L'oxygène 18 (8 protons et 10 neutrons) est le deuxième isotope le plus abondant. Le ratio entre oxygène 18 et oxygène 16 dans le milieu naturel est de l'ordre de 2.10-3. Il varie très légèrement selon le matériau et le réservoir considéré.

2.4 Évolution de la température et rétroactions

Activités à réaliser en SVT

Objectif et consignes: 1-A partir des ressources de l’atelier choisi, identifier un facteur modulant ou amplifiant les variations climatiques et le présenter à l'oral. 2- Compléter le tableau de l’ensemble des ateliers 3- Compléter le schéma fonctionnel du système climatique à partir des activités de l’ensemble du chapitre.

1- Rôles de l’océan / Effet de la fusion des glaces

4- Rôle de l’albédo sur la température atmosphérique globale

3- Rôles de l’océan / Effet de la présence d’une masse d’eau sur la température atmosphérique locale

2- Rôles de l’océan / Effet de la dilatation de l’océan

6- Rôle du pergélisol sur la température atmosphérique globale

5- Rôle de la végétalisation sur la température atmosphérique locale

Sommaire

Rétroaction Souvent appelée aussi feedback, la rétroaction est une réaction à une entrée d'information, - soit qui en augmente l'effet (rétroaction positive) - soit qui le réduit (rétroaction négative) - soit qui induit un effet de cycle, amorti ou non (nommé pompage en automatique). On parle également de boucle de rétroaction quand la réaction se répète (réaction en chaîne) et entraîne : - son amplification continuelle (cercle / spirale vicieux / vertueux) dans le cas de rétroaction positive, - son extinction progressive ou non en cas de rétroaction négative. La rétroaction existe dans de nombreux systèmes tant physiques (cybernétique), biologiques (équilibre des écosystèmes) que sociaux (finance comportementale, psychologie sociale). Le terme de rétroaction positive est très souvent employé dans le domaine du changement climatique. Certains facteurs comme l'augmentation des températures vont provoquer des effets sur le climat qui à leur tour vont accentuer l'augmentation des températures. C'est alors un cercle vicieux qui s'enclenche et qui accentue le phénomène. Source: Dictionnaire de l'environnement

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Atelier 1- Effet de la fusion des glaces sur le niveau des océans

3 Régression de la banquise

4 Etudier les conséquences de la fonte des glaces sur la circulation thermohaline

2 EXPERIENCES : Modélisation de l’impact de la fonte des glaces Les deux expériences peuvent être réalisées simultanément.

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EXPERIENCE : Modélisation de la dilatation thermique des océans

2- Effet de la dilatation thermique des océans

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3- Effet d’une masse d’eau sur la température atmosphérique locale

EXPERIENCE Modélisation de l’inertie thermique de l’eau

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4- Effet de l’albédo sur la température atmosphérique

Document de référence : L'énergie du rayonnement solaire parvenant sur la planète n'est pas totalement absorbée. Une partie de ce rayonnement incident est réfléchie vers l'espace. On définit l'albédo comme le rapport entre l'énergie réfléchie et l'énergie reçue. Plus une surface est réfléchissante, moins elle s'échauffe. Cette valeur d'albédo varie donc entre 0 et 1.

EXPERIENCE Modélisation de l'albédo en fonction de la surface de réflexion

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5- Effet de la végétalisation sur la température atmosphérique locale

Croissance végétale et photosynthèse

Les murs urbains

L'évoluton du couvert végétal

Effets de la végétalisation

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7- Effet de la vapeur d’eau sur la température atmosphérique globale

Quantité de vapeur d'eau dans l'air en fonction de la température

Rôle de la vapeur d'eau dans le stokage de la chaleur

L'eau atmosphérique est responsable à environ 70% de l'effet de serre sous forme de vapeur d'eau et de nuages. Selon les chercheurs, le réchauffement climatique augmente la concentration atmosphérique de vapeur d'eau. Ainsi un réchauffement de 3°C provoque une élévation de 20% de l'humidité relative de l'air située à proximité de l'eau. A l'échelle globale, cela provoque une accentuation de l'effet de serre et du réchauffement lui même. On parle de phénomène amplificateur de la température initiale. Cependant, ce processus favoriserait la formation de nuages, qui augmentent l'albédo moyen , ce qui coduirait à une modulation du réchauffement, voire à un refroidissement. Ces phénomènes sont difficiles à quantifier en raison de la grande variabilité de la concentration atmosphérique en vapeur d'eau, qui dépend de conditions météorologiques, de la région étudiée et de son altitude.

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6-Rôle du pergélisol sur la température atmosphérique globale

Température du sol dans différents sites au sein du permafrost

Comprendre le Permafrost en quelques chiffres

Richesse en carbone dans les sols où le permafrost fond

Métabolisme de quelques microorganismes vivant dans les sols

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Thème 1 : Science, climat et société

Chapitre 2: la complexité du système climatique

Travaux à rendre

S'entrainer

Exercices d'entrainement niveau 1

SVT: Compte rendu de l'activité 2.2 Compte rendu de l'activité 2.4

Exercices d'entrainement niveau 2

Bilan

Exercices d'entrainement niveau 3

Cours, schéma-bilan et vidéo du LLS: disponible après la réalisation du Génially et le rendu du travail en SVT

Pour aller plus loin

Sommaire

Suite

Sommaire

Sommaire

Activité 1 : Climatologie et météorologie

Comprendre l’évolution du système climatique implique de pouvoir caractériser le climat actuel d’une région. Cependant, les données mesurables à un instant précis permettent uniquement de déterminer la météo du lieu.

➜ Comment déterminer le climat d’une région?

Sommaire

Questions : 1. Indiquer les caractéristiques du climat méditerranéen et les comparer avec celles du climat océanique. 2. Indiquer les températures qui relèvent de la météo et celles qui relèvent du climat. 3. Expliquer la différence entre la climatologie et la météorologie. 4. Bilan : Montrer que la caractérisation d’un climat s’appuie sur des données météorologiques.

Sommaire

Sommaire

Sommaire

EXPERIENCE Modélisation de l’inertie thermique de l’eauMatériel: 3 grands béchers avec dispositif d'étanchéité 3 petits béchers avec de l'eau à température différente 3 sondes thermiques

Le glacier 1- A partir de la vidéo et des documents, identifier des indices géologiques de la présence d’un ancien glacier dans une région.

La profondeur moyenne de l’Océan est d’environ 4000 m. On y distingue des courants en surface et en profondeur. À la surface de l’Océan, le vent est le principal moteur de la circulation de l’eau. C’est la circulation océanique de surface, semblable à une fine enveloppe fluide se déplaçant rapidement.Plus en profondeur, la teneur en sel et la température déterminent la densité de l’eau : les eaux denses (froides et salées) plongent en profondeur, tandis que les eaux moins denses (chaudes et peu salées) montent vers la surface. Température et salinité sont le moteur de ce que l’on nomme la circulation thermohaline.Comme dans le cas du Gulf Stream, les eaux chaudes se forment à l’Équateur et longent les côtes pour rejoindre les pôles, réchauffant le climat des pays tempérés sur leur passage. Durant ce périple, une partie de l’eau s’évapore, ce qui accroit la concentration en sel, et la chaleur est relâchée dans l’atmosphère. On nomme cela le déstockage. Une fois arrivées à destination, les masses d’eau sont donc suffisamment denses pour descendre en profondeur. Elles entament un long et lent voyage, et ne reverront la surface de l’Océan que milles années plus tard environ. [...]À cause de l’augmentation de la température mondiale les eaux équatoriales se réchauffent elles aussi et, lorsqu’elles arrivent aux pôles, leur température est plus élevée qu’elle ne le devrait. Les eaux de l’Arctique se sont réchauffées de 0,5°C par décennie depuis 1970, soit environ 2,5°C aujourd’hui. En revanche, en Antarctique, les eaux chaudes de l’Équateur sont emportées par les courants de l’océan Austral avant d’atteindre les glaciers. De plus, les vents froids jouent un rôle important et permettent de garder les glaciers à une faible température, ce qui explique en partie pourquoi l’Antarctique est moins impacté que l’Arctique. Source: https://ocean-climate.org/la-fonte-des-glaces-ou-comment-et-pourquoi/

Effets de la végétalisation

Objectif: mesurer l'effet de la végétation sur l'accroissement de la température de l'atmosphère Matériel: 2 enceintes, 2 thermomètres, 2 lampe chauffante quelques végétaux (mousse, plante) Protocole: Placer les végétaux dans une des enceintes, l'autre reste vide. Placer un thermomètre dans chacune. Mesurer la température en début d'expérience, puis à intervalles réguliers pendant 15 minutes. Présenter les résultats sous forme d'un tableau Calculer les écarts de température dans chacun des bacs. Interpréter afin de répondre au questionnement scientifique de votre atelier.

EXPERIENCE Modélisation de l'albédo en fonction de la surface de réflexionMatériel: Papiers de différentes couleurs Luxmètre Lampe

Température du sol dans différents sites au sein du permafrost

"Pourquoi l'eau des icebergs n'est-elle pas salée ?"[...]« La glace que l'on trouve dans les océans est de deux types. D'une part, celle de type glacier, qui se forme par les chutes de neige au-dessus de terres, comme le Groenland par exemple, qui donnera naissance aux icebergs par écoulement et fragmentation dans l'océan une glace qui est donc non salée ; d'autre part, celle qui se forme directement dans l'eau, appelée glace de mer. Dans l'hémisphère Nord, elle recouvre plus de 5 millions de km² de l'océan Arctique. Cette banquise se forme lorsque la température de l'eau descend en dessous de 2 ° C. Elle est donc constituée d'eau salée et peut atteindre jusqu'à 13 m d'épaisseur. En fait, la glace de la banquise n'est pas stricto sensu salée. » Comme vous pouvez le lire, la banquise est formée d’eau salée alors que les icebergs sont formés d’eau douce[....] [...] « Dans l'Atlantique Nord, il en est produit de 10 000 à 15 000 chaque année. Un iceberg peut parcourir jusqu'à 3 000 kilomètres et "survivre" d'un à trois ans s'il reste dans des eaux froides. En moyenne, près de 500 dépassent chaque année le 48e parallèle (ils étaient plus de 2 200 en 1994), là où commence la zone de navigation commerciale. Comme ils sont constitués d'eau douce, ils ont une densité inférieure à l'eau salée, ce qui leur permet de flotter. Et de dériver. Mais leur principal danger réside sous l'eau. En effet, les 7/ 8 de leur masse sont immergés. Un petit iceberg dépassant l'eau de 1 mètre a une partie immergée haute de 4 mètres pour une masse d'une centaine de tonnes. […] En Antarctique, les icebergs sont souvent beaucoup plus gros. En 2000, les satellites de surveillance en ont repéré un faisant 11 000 km² (la Corse fait 8 000 km²). Il s'est fragmenté mais son plus gros fragment mesure encore 3 000 km², le plus gros objet flottant sur les océans. Source: https://www.geneve.ch/themes/culture/bibliotheques/interroge/reponses/eau-des-icebergs-est-pas-salee

Consulter l'article de Wikipedia pour plus d'informations (paragraphes : Évolution récente du niveau de la mer et Causes de l'élévation actuelle Phénomènes régionaux ou de court terme )

(armoise)

Retour au menu Activité 2.2

Grains de pollen trouvés dans une carotte de sédiments de 27000 ans

4.1- Comment les carottes de glace nous informent-elles sur la composition de l’atmosphère du passé , en particulier sur les concentrations en O2 et en CO2 ? 4.2 Comment le δ18O des glaces a-t-il varié entre -30000 ans et aujourd’hui ? 4.3- En déduire les variations de température entre -30000 ans et aujourd’hui . 4.4- Comment la quantité de CO2 atmosphérique a-t-elle varié entre -30000 ans et aujourd’hui ? 4.5 En déduire les probables variations climatiques entre -30000 ans et aujourd’hui. :……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Température du sol dans différents sites au sein du permafrost

Le glacier 2- Préciser jusqu’où s’étendaient les glaciers alpins dans le sud de la France il y a 27000 ans 3- A partir de l’expérience proposée, comparer l’élévation du niveau marin en fonction de l’origine des glaces

Expérience 1: Matériel: 2 béchers 250 mL , une roche, 4 glaçons, un feutre , une rêgle Dans le bécher de gauche, on place de l’eau colorée (100mL) à 20°C et 2 glaçons flottants Dans le bécher de droite, on place de l’eau colorée (100 mL) et 2 glaçons déposés sur un support solide (roche place) Faire un repère au feutre du niveau de l’eau en début d’expérience - Attendre 15 minutes - Repérer le nouveau niveau atteint Expérience 2: Eau salée Matériel: 2 béchers 250 mL , 8 glaçons, un feutre , une rêgle, 1flacon d'eau salée colorée, 1 flacon d'eau douce colorée Dans un bécher 250 mL, poser 4 glaçons sur 1 cm d'eau douce Dans un autre bécher 250 mL, poser 4 glaçons sur 1 cm d'eau salée (35 g/L), à température ambiante. Mesurer la hauteur des glaçons à T= 0 minutes puis à T= 15 minutes. Analyser les résultats obtenus, en déduire les conséquences sur le niveau marin, l'amplification de la fonte des glaces mais également sur les terres cotières cultivables.

Expérience 1: Matériel: 2 béchers 250 mL , une roche, 4 glaçons, un feutre , une rêgle Dans le bécher de gauche, on place de l’eau colorée (100mL) à 20°C et 2 glaçons flottants Dans le bécher de droite, on place de l’eau colorée (100 mL) et 2 glaçons déposés sur un support solide (roche place) Faire un repère au feutre du niveau de l’eau en début d’expérience - Attendre 15 minutes - Repérer le nouveau niveau atteint Expérience 2: Matériel: 2 béchers 250 mL , 8 glaçons, un feutre , une rêgle, 1flacon d'eau salée colorée, 1 flacon d'eau douce colorée Dans un bécher 250 mL, poser 4 glaçons recouverts de 1 cm d'eau douce Dans un autre bécher 250 mL, poser 4 glaçons recouverts de 1cm d'eau salée (35 g/L), à température ambiante. Mesurer la hauteur des glaçons à T= 0 minutes puis à T= 15 minutes. Analyser les résultats obtenus, en déduire les conséquences sur le niveau marin, l'amplification de la fonte des glaces mais également sur les terres cotières cultivables.

L'Océan mondial couvre 70,8 % de la surface de la Terre, soit 361 millions de km², pour un volume évalué à 1 332 millions de km³. Son étendue est répartie de façon très dissymétrique entre l'hémisphère austral très maritime avec ses 80,9 % de surfaces océaniques, et l'hémisphère boréal plus continental avec 60,7 % d'océans. Source: https://geoconfluences.ens-lyon.fr/glossaire/ocean