Exercice 1 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Amérique du Nord 2025 (jour 2 bis)

Expliquer les mécanismes impliqués dans les refroidissements du climat terrestre à différentes échelles de temps.

Réponse : Introduction - Le climat est l'ensemble des conditions météorologiques moyennes (température, précipitations) mesurées sur au moins 30 ans. Le document montre une alternance de périodes chaudes et froides depuis 541 Ma. On y voit aussi des oscillations rapides au Quaternaire. - Problématique : quels facteurs géologiques et astronomiques, et quelles rétroactions, expliquent les refroidissements du climat terrestre aux différentes échelles de temps ? - Annonce du plan : 1. Les refroidissements aux échelles de temps géologiques longues (millions à dizaines de millions d'années). 2. Les refroidissements cycliques du Quaternaire (dizaines à centaines de milliers d'années). 1. Refroidissements aux échelles de temps longues (dizaines à centaines de millions d'années) - Consommation de $\text{CO}_2$ par altération des silicates et orogenèse : * La surrection des chaînes de montagnes expose des roches silicatées à l'érosion et à l'altération chimique. Exemples : collision alpine et himalayenne au Cénozoïque, orogenèse hercynienne au Carbonifère. * Altération : $\text{CaSiO}_3 + 2\text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca}^{2+} + 2\text{HCO}_3^- + \text{SiO}_2$. * Précipitation des carbonates dans l'océan : $\text{Ca}^{2+} + 2\text{HCO}_3^- \rightarrow \text{CaCO}_3 + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$. * Au bilan, une mole de $\text{CO}_2$ est piégée par mole de silicate altéré. La baisse du $\text{CO}_2$ atmosphérique diminue l'effet de serre. Il en résulte un refroidissement global durable, comme le refroidissement cénozoïque visible sur le document et la glaciation antarctique vers -34 Ma. - Fossilisation importante de matière organique : * Au Carbonifère, les forêts de Ptéridophytes se développent fortement. * Leur enfouissement rapide dans des bassins subsidents, en milieu pauvre en O2, limite la décomposition de la lignine. * Ce stockage massif de carbone sous forme de charbon est un puits de $\text{CO}_2$. Il explique la glaciation permo-carbonifère, visible sur le document vers -300 Ma. - Position des continents et courants océaniques : * L'Antarctique s'isole au pôle Sud avec l'ouverture des passages de Drake et de Tasmanie. * Le courant circumpolaire antarctique se met en place et isole le continent des eaux chaudes. * Cela favorise la formation de la calotte polaire. 2. Refroidissements cycliques aux échelles de temps plus courtes (Quaternaire) - Déclencheurs astronomiques (théorie de Milankovitch) : * Les variations des paramètres orbitaux modifient l'insolation estivale aux hautes latitudes nord : * excentricité (environ 100 000 et 400 000 ans) ; * obliquité (environ 41 000 ans) ; * précession (environ 19 000 et 23 000 ans). * Quand cette insolation est minimale, la neige hivernale ne fond plus en été. Une période glaciaire s'amorce. * Les cycles glaciaire-interglaciaire d'environ 100 000 ans visibles sur le document le montrent. Les isotopes de l'oxygène ($\delta^{18}\text{O}$) des glaces et des foraminifères permettent de les reconstituer. - Amplification par boucles de rétroaction positive : * Rétroaction de l'albédo : l'extension des calottes et de la banquise augmente l'albédo terrestre. Davantage de rayonnement solaire est réfléchi, le refroidissement s'accentue et les glaces s'étendent encore. * Rétroaction par le CO2 océanique : le $\text{CO}_2$ est plus soluble dans une eau froide. L'océan qui se refroidit absorbe donc plus de $\text{CO}_2$, ce qui réduit l'effet de serre et amplifie le refroidissement. * Les bulles d'air piégées dans les glaces de l'Antarctique (forage de Vostok, EPICA) montrent une baisse du $\text{CO}_2$ en période glaciaire (environ 180 ppm, contre 280 ppm en interglaciaire). * Le $\text{CH}_4$ et la vapeur d'eau évoluent dans le même sens. Conclusion - À long terme, les refroidissements dépendent surtout de la géodynamique interne : orogenèses, altération des silicates, position des continents. Le stockage de carbone organique y contribue aussi. Tous ces facteurs modifient le taux de $\text{CO}_2$ atmosphérique. - À l'échelle du Quaternaire, les paramètres astronomiques déclenchent les glaciations. Les rétroactions positives (albédo, $\text{CO}_2$ océanique) les amplifient. - Ces mécanismes se superposent : le refroidissement cénozoïque a créé les conditions permettant aux cycles de Milankovitch de provoquer les glaciations quaternaires.