Exercice 2 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Amérique du Nord 2023 (jour 2)
Thème : Comprendre les conséquences du réchauffement climatique actuel et agir · Tiré du sujet Jour 2 (2023)
Énoncé
EXERCICE 2 [8 points]
Le pergélisol, une bombe climatique ?
Depuis le début du XX e siècle, la température atmosphérique moyenne de la Terre a augmenté d'environ 1 °C en lien avec un dérèglement climatique. Dans les zones polaires et sub-polaires, une partie du sol reste en permanence gelée: on l'appelle le pergélisol. Le pergélisol couvre 20 % de la surface mondiale des continents, principalement près des pôles (Groenland, Canada, Russie (Sibérie)) et dans les régions montagneuses.
Montrer que la fonte du pergélisol pourrait être un facteur amplificateur du dérèglement climatique.
Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données issues des documents et les connaissances complémentaires nécessaires.
Document 1 – Concentration de deux gaz atmosphériques (CH 4 et CO 2) depuis 1750
Les points indiquent des valeurs de concentration mesurées dans les glaces et les traits indiquent des valeurs mesurées directement dans l'atmosphère depuis 1950 jusqu'en 2014.
ppm: partie par million. Une valeur de X ppm signifie que dans un million de molécules dans l'air, X sont des molécules de CO 2.
ppb: partie par milliard. Une valeur de Y ppb signifie que dans un milliard de molécules dans l'air, Y sont des molécules de CH 4.
Document 2 – Participation à l'effet de serre de différents gaz atmosphériques
La contribution à l'effet de serre de chaque gaz se mesure grâce au pouvoir de réchauffement global (PRG). Le pouvoir de réchauffement global d'un gaz se définit relativement au CO 2. Un gaz qui a un PRG relatif/CO 2 d'une valeur de « X » est « X » fois plus efficace dans l'effet de serre que le CO 2.
Gaz à effet de serre · Durée de vie (années) · PRG* relatif / CO 2
Dioxyde de carbone (CO 2) · 100 · 1
Méthane (CH 4) · 12 · 25
Protoxyde d'azote (N 2 O) · 120 · 298
Perfluorocarbures · 2 600 à 50 000 · 7 400 à 12 200
Hydrofluorocarbures · 1 à 270 · 120 à 14 800
Hexafluorure de soufre · 32 000 · 22 800
*PRG relatif / CO 2: Pouvoir de Réchauffement Global relatif par rapport au CO 2.
Source: D'après 4 e rapport du GIEC modifié
Document 3 – Le pergélisol
Le pergélisol est un grand réservoir continental de matière organique carbonée et azotée, au même titre que les réserves de combustibles fossiles que sont le pétrole, le gaz et le charbon: « 1 700 milliards de tonnes de carbone d'origine végétale s'y sont accumulées depuis la dernière glaciation, explique Florent Dominé. C'est deux fois plus de carbone que n'en contient actuellement l'atmosphère ! »
Lorsque le pergélisol dégèle, il forme des mares dans lesquelles des morceaux de sol se détachent et apportent nutriments et carbone aux bactéries et au plancton présents dans la mare. [...]
« Dans certaines [mares], le carbone est âgé de plus de 20 000 ans ! Cela signifie que c'est le vieux carbone stocké dans le pergélisol qui est de nouveau accessible à ces micro-organismes » rapporte Warwick Vincent, le directeur scientifique du Centre d'études nordiques, qui gère notamment la base scientifique d'Umiujaq au Canada. « Il existe des millions de ces mares en Arctique 1, sur une superficie de plusieurs centaines de kilomètres carrés », estime Warwick Vincent.
1 L'Arctique est la zone géographique correspondant au Groenland, à une partie du Canada et à la Sibérie.
Source: Document modifié d'après Pergélisol, le piège climatique | CNRS Le journal
Document 4 – Modèle simplifié des relations métaboliques entre micro-organismes peuplant une mare de pergélisol dégelé
Il existe une diversité de microorganismes qui possèdent des métabolismes différents. Sur le schéma ci-dessous, sont représentés les substrats utilisés par les microorganismes et les produits issus de leur métabolisme.
Document 5 – Évolution des populations des micro-organismes méthanogènes et méthanotrophes dans du pergélisol selon la température
Résultats obtenus à partir d'un échantillon d'un gramme de pergélisol dégelé avec ajout d'un substrat nutritif carboné adapté. Les cultures bactériennes sont réalisées pendant 62 jours à 4 °C et à 10 °C.
Document 6 – Quantité de N 2 O émis selon le milieu
Le N 2 O est produit par des métabolismes bactériens utilisant la matière organique présente dans le sol.
Corrigé
Corrigé proposé par AprenAI (non officiel)
Montrer que la fonte du pergélisol pourrait être un facteur amplificateur du dérèglement climatique.
Réponse : Une réponse synthétique, structurée et argumentée comprenant : 1. Introduction : - Définition du pergélisol (sol gelé en permanence dans les hautes latitudes et montagnes, occupant 20 % des terres émergées). - Problématique : comment le dégel du pergélisol causé par le réchauffement global peut-il libérer des gaz à effet de serre et enclencher une boucle de rétroaction positive amplifiant ce même réchauffement ? 2. Le pergélisol : un réservoir géant de carbone et d'azote piégé (Doc 3) : - Accumulation de 1 700 Gt de carbone organique végétal et d'azote depuis la dernière glaciation (deux fois plus que dans toute l'atmosphère actuelle). - En condition de sol gelé, la matière organique est piégée et préservée de la décomposition microbienne. 3. Conséquences du dégel : stimulation de l'activité microbienne et formation de mares de fonte (Doc 3, 4, 5, 6) : - Le dégel forme des millions de mares thermokarstiques où la matière organique ancienne devient accessible aux microorganismes décomposeurs. - Production de méthane () et de dioxyde de carbone () : * Les bactéries méthanogènes anaérobies dégradent la matière organique et produisent du et du (Doc 4). * Même si une part du est oxydée en par les méthanotrophes et que les microorganismes photosynthétiques fixent du carbone, une quantité importante de et s'échappe directement vers l'atmosphère (Doc 4). * L'élévation de température (de 4 °C à 10 °C) stimule considérablement la prolifération bactérienne (Doc 5). - Émission massive de protoxyde d'azote () (Doc 6) : * Le flux de est quasi nul dans le sol gelé (~0 g N₂O m⁻²), mais atteint près de 1,2 g N₂O m⁻² dans le sol dégelé sous l'action du métabolisme bactérien. 4. Amplification de l'effet de serre et boucle de rétroaction positive (Doc 1 et 2) : - , et sont de puissants gaz à effet de serre (GES). Le possède un Pouvoir de Réchauffement Global 25 fois supérieur à celui du sur 100 ans, et le un PRG 298 fois supérieur (Doc 2). - Les concentrations de (passée de 280 ppm à plus de 390 ppm) et de (de 700 ppb à plus de 1 800 ppb) augmentent fortement depuis l'ère industrielle (Doc 1). - Boucle de rétroaction positive : Réchauffement climatique Dégel du pergélisol Reprise de l'activité métabolique microbienne Émissions massives de GES (, , ) Augmentation de l'effet de serre atmosphérique Amplification du réchauffement climatique. 5. Conclusion : Le pergélisol agit comme une véritable « bombe climatique » à retardement via cette boucle de rétroaction positive amplificatrice.
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