Exercice 2 - Les climats de la Terre : comprendre… · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Amérique du Nord 2021 (jour 2)
Thème : Reconstituer et comprendre les variations climatiques passées · Tiré du sujet Jour 2 (2021)
Énoncé
Exercice 2 – Les climats de la Terre: comprendre le passé pour agir aujourd'hui et demain [8 points]
Une « Snowball Earth » (Terre boule de neige) entre 730 et 660 millions d'années ?
L'expression « Terre boule de neige » ( Snowball Earth) fut inventée par Joseph Kirschvink, professeur de géobiologie à l'institut technologique de Californie en 1992. Ce chercheur a été le premier à faire l'hypothèse qu'à certaines périodes, comme au Sturtien (730 à 660 Ma), la Terre était entièrement recouverte de glace.
Dégager les arguments en faveur d'une glaciation ayant affecté toute la surface des continents au Sturtien ainsi que les causes probables de cette glaciation.
Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données issues des documents et des connaissances complémentaires nécessaires.
Document 1 – Positions approximatives des terres émergées
• Avant le Sturtien, vers 750 Ma
• Au Sturtien, vers 720 Ma
Document 2 - Position des sédiments glaciaires du Sturtien
Document 2a - Répartition actuelle des sédiments glaciaires du Sturtien dans le monde.
Document 2b – Latitude calculée de quelques sédiments caractéristiques d'une calotte glaciaire au Sturtien.
Les lettres correspondent aux trois premières lettres des lieux figurants, en encadré, sur le document 2a précédent. Des données paléomagnétiques ont permis de conduire cette étude.
Document 3 - Comparaison de deux roches
Roche australienne (photo de gauche) avec des stries datant du Sturtien et roche glaciaire en France à proximité du Mont Blanc (photo de droite) avec des stries récentes. Le passage des glaciers laisse des traces (stries) sur les roches.
Document 4 - Albédo de quelques surfaces naturelles
Surface naturelle
albédo
Glace
0,70 à 1
Sol nu
0,05 à 0,50
Forêt de feuillus
0,10 à 0,15
Prairie
0,15 à 0,25
Sable, désert
0,25 à 0,30
D'après Sané de Parcevaux Laurent Huber Bioclimatologie. Concepts et applications
Remarque: l'albédo est le rapport entre l'énergie solaire réfléchie et l'énergie solaire reçue par une surface. Sa valeur est comprise entre 0 et 1. Plus une surface est réfléchissante, plus son albédo est élevé, et plus l'albédo est élevé, moins la surface absorbe l'énergie solaire.
Document 5 - Taux d'érosion mesurés actuellement en fonction du relief
L'érosion est l'ensemble des phénomènes qui altèrent, enlèvent les débris et particules issus de cette altération et modifient le relief. L'altération regroupe les processus physiques, chimiques et biologiques qui conduisent à décomposer une roche en fragments solides et éléments solubles.
Sur les graphiques ci-dessus, chaque cercle représente un lieu où a été mesurée une perte de matériel (en mm/an).
Document 6 - Altération chimique des roches et influence sur le taux de CO 2 atmosphérique
Si l'on prend le plus fréquent des silicates de la croûte, le plagioclase, on peut résumer le bilan de son altération de la façon suivante:
Plagioclase Argile
L'altération chimique des plagioclases a une influence sur le taux atmosphérique de CO 2. Les modèles montrent qu'il faut plusieurs millions d'années pour avoir des taux de CO 2 significativement modifiés.
Corrigé
Corrigé proposé par AprenAI (non officiel)
Dégager les arguments en faveur d'une glaciation ayant affecté toute la surface des continents au Sturtien ainsi que les causes probables de cette glaciation.
Réponse : I. Les arguments en faveur d'une glaciation généralisée au Sturtien (730 à 660 Ma) : - Indices lithologiques et sédimentologiques (Doc 2a, 3) : On retrouve des dépôts sédimentaires glaciaires (tillites, diamictites) datés du Sturtien sur l'ensemble des continents actuels (Amérique du Nord, Afrique, Australie, Asie, Europe). - Traces morphologiques (Doc 3) : Présence de roches striées caractéristiques du frottement et du rabotage glaciaire (comme observé en Australie et analogue aux traces quaternaires du Mont-Blanc). - Arguments paléomagnétiques et paléolatitudes (Doc 2b) : Le paléomagnétisme montre que ces sédiments et calottes glaciaires se sont formés à de très faibles latitudes, comprises entre et (notamment Rapitan, Toby, Mirbat sous de latitude, donc en zone équatoriale/intertropicale). Si la glace a atteint le niveau de la mer aux tropiques et à l'équateur, l'ensemble du globe était englacé (*Snowball Earth*). II. Les causes probables de l'entrée en glaciation : - Position des continents et orogenèse (Doc 1) : Vers 750-720 Ma, le supercontinent Rodinia se fragmente. Les masses continentales sont situées en majorité au niveau des basses latitudes (zones équatoriales et tropicales chaudes et humides) et présentent des reliefs élevés (jusqu'à 2500 m). - Altération chimique et piégeage du (Doc 5 et 6) : L'altitude élevée favorise une forte érosion mécanique (taux d'érosion proportionnel à l'altitude, atteignant à vers 2500-3000 m). Cette érosion expose des roches silicatées fraîches (comme les plagioclases) à l'altération chimique sous un climat chaud et humide équatorial. L'altération des silicates consomme du atmosphérique selon l'équation : Le piégeage massif du atmosphérique sur plusieurs millions d'années entraîne une diminution majeure de l'effet de serre et un refroidissement planétaire initial. - Amplification par rétroaction positive liée à l'albédo (Doc 4) : À mesure que la température baisse, la surface recouverte de glace augmente. Or, la glace possède un albédo très élevé ( à ) comparé aux sols nus ( à ). Une plus grande part de l'énergie solaire est réfléchie vers l'espace, refroidissant encore davantage le climat : cette boucle de rétroaction positive engendre un emballement climatique menant à l'englacement quasi-total de la planète.
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