Atmosphère Hydrosphère et Climat

Atmosphère Hydrosphère et Climat

Décrire le climat qui régnait sur terre en des temps reculés, avant toute intervention humaine, avant même la naissance de la vie, est un enjeu majeur pour l'humanité. C'est tout l'objet de la paléoclimatologie, dont le but est de comprendre...
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Décrire le climat qui régnait sur terre en des temps reculés, avant toute intervention humaine, avant même la naissance de la vie, est un enjeu majeur pour l'humanité. C'est tout l'objet de la paléoclimatologie, dont le but est de comprendre l'évolution naturelle du climat, et de déduire l'impact des activités humaines sur celui-ci.
Les variations climatiques, parce qu'elles font intervenir un très grand nombre de facteurs, sont très complexes à étudier. Elles sont notamment le fruit de la dynamique des enveloppes fluides de la Terre, comme l'atmosphère ou l'hydrosphère ; dynamique elle-même influencée par l'environnement cosmique, en particulier l'énergie solaire.

I - De l'atmosphère primitive à l'atmosphère oxydative

L'atmosphère n'a pas toujours eu la composition que nous lui connaissons. L'atmosphère primitive s'est transformée au fil du temps, notamment sous l'influence de l'apparition de la vie, il y a environ 4 milliards d'années (Ga).

1 - Naissance de la vie

La vie est apparue il y a environ 4 Ga. Plusieurs formes de vie se sont succédées :
  • -4 Ga : cellules hétérotrophes à métabolisme anaérobie : fermentation et glycolyse. Leur énergie provenait du stock de matière organique présent dans les océans.
  • -3.8 Ga : les cellules hétérotrophes apparaissent. Les premières étaient chimiosynthétiques, c'est-à-dire que leur énergie provenait de l'oxydation des structures minérales. La source de carbone était le CO2 de l'air.
  • - 3.5 Ga : Apparition de la photosynthèse, d'abord anaérobie, puis aérobie. Cette apparition augmente largement la consommation du CO2 atmosphérique et la production de dioxygène. Les premières traces de photosynthèse sont observables dans les couches de stromatolithes fossiles dont les plus vieilles datent de -3.5 Ga. Ces dépôts de structures laminaires sont le résultat de l'activité de cyanobactéries, qui sont des procaryotes photosynthétiques.

2 - Les indices du changement de composition atmosphérique

L'atmosphère primitive ne contenait pas de dioxygène et possédait un taux de dioxyde de carbone (CO2) très élevé. Des traces de l'histoire du changement de l'atmosphère sont inscrites dans les roches sédimentaires depuis des temps très anciens, soit plusieurs milliards d'années.

1 - Les dépôts d'uraninite

L'uraninite est un minerai d'uranium très instable qui, en présence de dioxygène, va s'oxyder et devenir très soluble. Il ne va pas se déposer. La présence de dépôts d'uraninite dans les sédiments révèle la teneur en dioxygène du milieu au moment du dépôt. Or, les formations sédimentaires contenant de l'uraninite datent toutes de plus de 2 Ga. Avant cette date, la teneur en dioxygène dans l'atmosphère était donc nulle.

2 - Les gisements de fer rubané

Ils datent de -3 à -2 milliards d'années. Ils se sont déposés en milieu marin quand les ions ferreux ont précipité au contact de l'oxygène dissous. Ils prouvent que la majeure partie de l'oxygène produit par la photosynthèse a été consommée par l'oxydation des ions ferreux et qu'il n'a de ce fait pas pu être diffusé en milieu aérien.

3 - Les couches rouges continentales

Ce sont des couches sédimentaires contenant des oxydes ferriques. Elles se sont formées à partir de -1.8 milliards d'années. Cela nous montre qu'à cette époque, l'atmosphère terrestre est devenue oxydante ; elle qui était jusqu'alors réductrice. L'apparition du dioxygène dans l'atmosphère correspond donc à cette date.

II - La glaciologie permet l'étude des changements climatiques plus récents

La glaciologie consiste en l'étude de la glace des calottes polaires. Les scientifiques sont capables de prélever des carottes de glace et d'atteindre de très grandes profondeurs. Les profondeurs atteintes permettent ainsi de remonter au maximum 800 mille ans en arrière. Deux grands types d'analyses sur ces carottes permettent de donner une idée des compositions atmosphériques et des climats jusqu'à cette date.

1 - L'étude des bulles d'air

L'étude des bulles d'air emprisonnées dans la glace des pôles permet de retracer l'histoire de la composition chimique de l'atmosphère, notamment des concentrations en CO2 et en méthane, deux gaz à effet de serre.

La formation de la glace dans les pôles est le résultat de dépôt neigeux sur plusieurs centaines de milliers d'années. La neige est perméable à l'air. C'est ainsi qu'un peu d'air va être emprisonné dans les glaces. Ces dernières sont ensuite elles-mêmes piégées sous les couches de neige successives qui se tassent et se transforment en glace. Les bulles d'air ainsi piégées sont complètement isolées de l'atmosphère. Elles représentent l'exacte composition de l'air au moment de leur emprisonnement.

2 - Composition isotopique et température

Les différents isotopes des éléments chimiques existent à l'état naturel. Leurs proportions varient selon divers facteurs environnementaux, tels que le climat ou les réactions chimiques.
Dans le cas de l'oxygène, les scientifiques ont pu mesurer la proportion de l'isotope 18 de l'oxygène ( O). Quand la température diminue, l'eau contenant l'isotope 18 de l'oxygène (H 2 18O) se condense plus facilement que l'eau contenant l'isotope 16 de l'oxygène, qui est plus léger. C'est la discrimination isotopique. Les précipitations sont alors chargées en 18O, de même que l'eau de la glace. Il est ainsi possible de mesurer la température moyenne de l'époque par une simple mesure du 18O.
Fin de l'extrait

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lewis
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Tres utile!

par - le 13/03/2013

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