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CHAPITRE DEUX : LES CLIMATSACTUELSI. Introduction et définitionsA. On en parleLe climat et la météo sont au coeur de nos préoccupation. Notons que, au quotidien, nous parlons du climat (comme le fait que chaque année est la plus chaude). La communauté scientifique est trés basé sur le changement cli...

Description

CHAPITRE DEUX : LES CLIMATS ACTUELS I.

Introduction et définitions!

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A. On en parle!

" Le climat et la météo sont au coeur de nos préoccupation. Notons que, au quotidien, nous parlons du climat (comme le fait que chaque année est la plus chaude). La communauté scientifique est trés basé sur le changement climatique actuel : c’est un débat régulier qui a été initié en 2007. En 2007, un américain Al Gore a fait un film en collaboration avec le GIEC sur ce sujet.! " Nous avons différentes mesures qui sont prises dans les villes pour sensibiliser ou pour agir (comme le plan Climat a St Etienne). Nous avons aussi des conférences sur le changement climatique qui sont mises en place.!

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B. On mesure et on observe!

" Le GIEC a enregistrer des rapports avec des informations sur ce changement climatique actuel.! " Nous observons au cours de la période 1861-1890 une température moyenne qui est stable jusqu’a 1900 puis qui augmente jusqu’aujourd’hui. Au niveau du niveau marin, nous avons une augmentation de près de 2 cm en 30 ans. Pour la couverture neigeuse, nous observons une petite diminution depuis quelques décennies. A partir de ces informations, nous avons fait des prévisions pour les années a venir : nous avons des modèles optimistes qui limite la concentration de la production de CO2 industriel en 2007 (courbe rose) et des modèles pessimistes ou nous ne changeons pas nos habitudes après 2007 (courbe rouge). Nous allons donc modifier beaucoup de paramètres de l’eau (ce qui entraine le blanchiment des coraux par exemple) comme l’acidification, le réchauffement, etc .. Pour les écosystèmes continentaux, nous observons par exemple une remontée de la lavande dans les collines. Nous allons avoir des modification des niveaux marins et ceci va poser problèmes pour les organismes y compris les Hommes. ! " Ainsi, nous allons avoir des problèmes écologiques et économiques.!

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C. Quelques définitions!

" Le climat est l’inclinaison de la Terre par rapport au Soleil. Aujourd’hui, quand nous parlons de climat, nous parlons de a distribution statistique des conditions atmosphériques, dans une région donnée pendant une période de temps donnée.! " La météorologie est l’étude de l’évolution et de la formation des phénomènes atmosphériques tels que les nuages, les dépressions et les précipitations (mécanique des fluides appliquée à l’air, physique, chimie et mathématiques). ! " La climatologie est l’étude du climat c-a-d de la succession des conditions météorologiques sur de longues périodes dans le temps ! " La paléoclimatologie est la science qui étudie la climatologie des ères passées, sur des milliers ou des millions d’années. " La climatologie existe depuis le XIXème siècle. Quelles sont les données climatiques ? La température, les précipitations, le vent, l’humidité, l’évapotranspiration, la pression atmosphérique et les radiations solaires. !

II. La reconstruction des climats actuels à partir des données instrumentales! " Nous avons mesurer tous les paramètres climatiques et nous avons fait des moyennes annuelles, mensuelles, etc … Nous avons donc construit des données météorologiques.!

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A. Mesures des paramètres du climat au sol!

" Nous mesurons la température de l’air a partir de thermomètres. Les précipitations sont mesurées avec un pluviomètre. On mesure le volume d’eau collecté durant une période définie par unité de surface (mm/jour/m2). La difficulté est l’évaporation et le vent (qui déplace l’eau). Nous allons avoir des constructions de séries temporelles. ! " Avec ces paramètres, nous allons avoir une estimation indirecte ou qualitative de l’énergie du système Terre-Atmosphère. Si on augmente la chaleur stockée, il y a une augmentation de l’évaporation des océan et une augmentation des précipitations. ! " Nous pouvons mesurer le taux d’humidité ou la pression de vapeur d’eau. Nous allons mesurer l’humidité absolue et relative. Le point de rosé est la température minimale à laquelle une masse d‘air peut être soumise, à P et humidité données, sans qu'il ne se produise une formation d‘eau liquide par saturation. Nous mesurons cela avec l’hygromètre. ! " Nous mesurons aussi le vent : nous mesurons sa vitesse (anémomètre) et la direction (girouette). !

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B. Mesures des paramètres du climat par satellites!

" Depuis les années 1950, nous avons des satellites qui ont permis de prendre des informations météorologiques. Nous avons les satellites européens qui vont être lancés en 2018 et qui vont nous permettre d’avoir pleins de types de renseignements.!

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C. Utilisation des enregistrements!

" Nous allons chercher les valeurs maximales et minimale pour un paramètre, nous allons construire des séries temporelles, puis calculer des moyennes et des variances. Le but est d’identifier des variations périodiques dans ces informations la. Cette recherche de cyclicité va nous permettre de faire des prévisions.!

III. Les climats actuels! " A. Les notions indispensables pour comprendre la répartition spatiale des climats (Chapitre un)! " Les notions a savoir sont la notion d’albédo, d’énergie solaire et de bilan radiatif. Nous avons aussi besoin de savoir qu’il y a un déséquilibre énergétique et qu’il y a donc un transfert d’énergie via les circulations atmosphériques et océaniques. Il y a une influence de la distribution des continents et des océans.!

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B. La classification des climats (Köppen-Giger)!

" Il existe une classification des climats. La plus détaillée est celle de Köppen-Giger. Elle va déterminer le climat principal, s’il y a des précipitations, et les différentes températures qu’il y a dans la zone. ! " Nous avons des classifications plus simples qui nous montre par exemple des découpages zonales. Dans ce cas la, nous avons d’une a huit zones climatiques qui sont déterminé. Cette classification (cicontre) est donc plus simple.! " Nous allons avoir des version simplifié de la classification des climats sur carte ou nous allons retrouver des classiques comme «&polaire&», «&tropicale&», ou «&équatoriale&» et qui se fit beaucoup sur les altitudes.!

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C. Zoom sur les caractéristiques de quelques climats types!

" Pour le climat équatorial, nous avons une température moyenne supérieure a 18°C, il n’y a pas d’hiver. Les précipitations annuelles sont plus élevées que les évaporations annuelles. !

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" Pour le climat tempéré chaud sans saison sèche et avec été tempéré, nous avons des température moyennes des mois les plus froids sont compris ente 0 et 18°C. La température moyenne du mois le plus chaud est supérieur à 10°C. Le climat est humide et il n’y a pas de saison sèche.! " Pour les climats polaires de toundra, l’été est peu marqué et le mois le plus chaud a des températures comprise entre 0 et 10°C. Notons qu’un Inlandsis est un continent toujours recouvert par la glace. !

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D. Quelques mots sur le changement climatique actuel!

" Le GIEC a défini le changement climatique actuel comme s’entendant d’une variation de l’état du climat que l’on peut déceler (par exemple au moyen de tests statistiques) par des modifications de la moyenne et/ou de la variabilité de ses propriétés et qui persiste pendant une longue période, généralement pendant des décennies ou plus. ! " La conclusion du GIEC est que le réchauffement du système climatique est sans équivoque et, depuis les années 1950, beaucoup de changements observés sont sans précédent depuis des décennies voire des millénaires. L’atmosphère et l’océan se sont réchauffés, la couverture de neige et de glace a diminué, le niveau des mers s’est élevé et les concentrations des gaz à effet de serre ont augmenté. ! " Si nous regardons l’évolution des températures en surface : nous allons trouver de forte différences de température sur les latitudes hautes. Des refroidissement sont observables au Sud du Groenland et au Sud-Est des USA. En effet, nous allons avoir des eaux froides qui vont être du a la fonte des glaces et qui vont refroidir le climat. ! " Si nous regardons les concentrations en CH4, et CO2 et en N20 (gaz a e ff et de serre), nous observons que les concentration sont constante depuis 7 à 10 000 ans jusqu’au milieu du XVIIIème siècle ou il y a eu la révolution industrielle et donc une augmentation de gaz a effet de serre. Nous avons pour le CO2 une augmentation de +35%, de +148% de CH4 et plus de 18% pour le N2O. ! " Si nous faisons des prévisions pour les température en 2100, nous aurions une augmentation au pole de 10°C. Pour les précipitations, nous en aurions beaucoup plus au niveau des pôles notamment (50% de plus). !

IV. Les principales causes des changements climatiques à l’échelle des temps géologiques! " Le changement climatique est la modification intervenant au sein du système complexe atmosphère - océan - cryosphère - biosphère géosphère. Quelles sont les causes des changements climatiques ? Nous avons :! - Les causes internes au système climatique : mécanismes opérant depuis l’intérieur du système climatique (tectonique, volcanisme, …)! - Les causes externes au système climatique : mécanisme opérant depuis l’extérieur du système climatique (comme les variations orbitales, les variations solaires, …)! " Le s ca us es i nd é pe nd ante s de s radiations sont des processus impliquant une redistribution de l’énergie dans le système climatique sans affecter le bilan énergétique de l’atmosphère. (variation de la géométrie de la surface de la Terre, tectonique). Les causes liées

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aux radiations sont des mécanismes altérant le bilan énergétique de l’atmosphère (variation de l’orbite de la Terre autour du soleil, variation des radiations solaires, activité volcanique, composition atmosphérique). Le forçage est la modification qui permet d’intervenir : on force le système climatique. La rétroaction (feedback) est la réaction en retour. ! " Nous avons différentes périodicité : des périodicités de 4ème ordre (1 à 1000 ans), de 3ème ordre (1000 à 1Ma), 2ème ordre (1Ma à 1Ga) et 1er ordre (1Ga à 10 Ga). Notons que les 1er ordre auront des variations de température plus grande que les 4ème ordre. !

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A. Contrôle climatique de premier ordre!

" Les variations de température peuvent être d’environ 18 à 34°C. C’est le cas par exemple pour la géométrie du système solaire, la luminosité solaire et la mise ne place d’une atmosphère à effet de serre. Nous n’avons pas encore le retour de périodicité de ces éléments. !

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B. Contrôle climatique de second ordre!

" Nous allons retrouver la tectonique globale comme la distribution des continents et des océans, la fluctuation de l’effet d serre. La BLAG hypothèse montre l’influence de ces facteurs. La variation de température est de 13 à 25°C.! " Pourquoi la tectonique joue un rôle important ? Nous avons un changement de quelques cm par an au niveau du mouvement des continents (qui est un changement significatif à l’échelle de dizaine ou centaine de Ma). ! " Les cycles de Wilson est le cycle de déroulement de la formation des continents : nous partons d’un supercontinent et nous avons différentes phases (fabrication supercontinent, maximal de supercontinent, puis dislocation supercontinent). Par exemple de supercontinent, nous avons la Pangée. ! " Nous pouvons faire un contrôle du climat par le taux d’expansion océanique (nous avons au dorsale de l’expansion et l’émission de gaz a effet de serre). Nous pouvons déterminer le niveau des eaux marines (géochimie) et du volume des calottes glaciaires. Nous avons observer qu’a certaines périodes, nous avions des glaces développées sur la Terre. Au niveau du Crétacé, nous avons une distribution des continent spécifique a une distension de la Pangée. Nous sommes donc en phase de fragmentation continentale. Cette fragmentation ne permet pas aux eaux de remonter vers la surface mais elles ont de la place au niveau de l’équateur pour circuler. Nous ne pouvons donc pas refroidir les eaux. On va se retrouver avec des eaux chaudes a l’équateur controlée par le sel (circulation équatoriale de type halin). Nous allons donc réchauffer l’atmosphère et nous allons avoir une période chaude. Durant cette fragmentation, les dorsales vont injecter beaucoup de CO2 et donc du coup pareil dans l’atmosphère : on va augmenter l’effet de serre et donc réchauffer la période. ! " Ainsi nous avons comme forçage la fragmentation continentales qui va amener diverses conséquences qui vont amener a un réchauffement et a une entrée dans une période chaude. ! " Si nous prenons une autre période : le Carbonifère. Nous avons un niveau marin faible avec des glaces trés développée. A la surface des globes, nous avons une réunion continentale : la configuration des océan permet au eaux de monter vers les pôles et de se refroidir : nous allons avoir une circulation thermohaline (changement de salinité des eaux et de la température) et une

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période froide. Le forçage est toujours la tectonique des plaques mais il y a d’autres conséquences différentes qui favorise la venue d’une période froide. ! " Dans cette période, nous allons avoir l’orogenèse (formation continent). Ceci va former des relief, ce qui va augmenter la surface des affleurements rocheux, augmenter l’altération physique et chimique. Nous allons avoir de l’eau qui, a l’aide de l’extraction du CO2 atmosphérique, va pouvoir solubiliser les minéraux et former de la calcite. Grâce a cela, nous allons transporter du bicarbonate dans les océans et séquestrer du CO2 atmosphérique dans les sédiments. Ceci ba diminuer l’effet de serre et nous allons induire un refroidissement.! " Tous ces phénomènes sont représenté sur le schéma ci-contre.! " De plus, avec l’orogenèse, nous allons avoir augmentation des surface neigeuse, augmentation de l’albédo et donc une diminution de la quantité d’énergie absorbée à la surface de la Terre.!

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C. Contrôles climatiques du 3ème ordre!

" Ici, nous allons avoir des variations des paramètres orbitaux qui vont influencer ceci. Nous allons avoir des variations de température de 5 à 15°C. Il va y avoir une théorie qui peut expliquer cela : c’est la théorie astronomique des paléoclimats de Milankovitch. Selon cette théorie, le climat est commandé par les variations de l’insolation reçue l’été aux hautes latitudes de l’hémisphère Nord (lieu privilégié d’accumulation des glaces et concentration de la majorité des continents). La rotation de la Terre est contrôlée par 3 paramètres : l’excentricité, l’obliquité, et la précession des équinoxes. ! " Notons que le plan de l’orbite suivie par la Terre autour du Soleil est l’écliptique. Selon les période de l’année, la Terre est plus ou moins proche du Soleil. Notons que le Soleil suit une ellipse. L’excentricité est l’aplatissement de l’ellipse que décrit la Terre dans l’espace. Notons que tout les 100 000 ans, nous allons retrouver la même excentricité et donc les mêmes conditions d’ensoleillement. ! " L’obliquité de l’écliptique est l’angle entre l’axe de rotation de la terre et la perpendiculaire au plan orbital. Notons que l’inclinaison de la Terre détermine les saisons. Lorsque l’inclinaison est maximale (avec un angle maximale), alors l’été va être trés chaud et les hivers vont être trés froid. En hiver, nous allons mettre en place des glaces qui vont fondre en été. Nous seront en période interglaciaire (car peu de conservation des glaces). Si l’inclinaison est minimale, alors nous allons avoir des étés et hivers moins prononcé et l’installation des glaces. C’est une période glaciaire. ! " La précession des équinoxes est la précession de l’axe de rotation et le mouvement des apsides : c’est le fait que l’axe de rotation tourne et varie et le fait que l’ellipse autour du soleil change de plan avec le temps. L’équinoxe se produit lorsque l'axe de rotation de la terre est perpendiculaire aux rayons du soleil . Ici la durée du jour est égale a la durée de la nuit Un solstice se produit lorsque l'angle de l'axe de rotation de la Terre est maximal par rapport aux rayons du soleil. Dans ce cas la, jour>nuit en été et jour...