Exercice 1 – Première proposition · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Asie 2021 (jour 2)

Expliquer en quoi les processus de formation et d'altération des lithosphères ont contribué à l'alternance de climats froids et chauds au cours des temps géologiques.

Réponse : Éléments attendus pour la synthèse : Introduction : - Le climat terrestre a connu d'importantes variations à l'échelle des temps géologiques (alternance de périodes chaudes ou « greenhouse » et de périodes froides/glaciaires ou « icehouse »). - La teneur en CO₂ atmosphérique, principal gaz à effet de serre sur le long terme, régule la température moyenne globale. - Problématique : Comment la dynamique lithosphérique (production aux dorsales et altération continentale lors des orogenèses) module-t-elle les flux de CO₂ et donc le climat mondial ? 1. La production de lithosphère océanique, source de $\mathrm{CO_2}$ et facteur de réchauffement : - Au niveau des dorsales océaniques, la décompression adiabatique du manteau entraîne un magmatisme intense créant la lithosphère océanique. - Ce volcanisme et le dégazage mantellique associé libèrent du $\mathrm{CO_2}$ dans l'hydrosphère et l'atmosphère. - Lors des périodes d'intense activité tectonique et d'accrétion (ex. ouverture de l'Atlantique au Jurassique et au Crétacé), l'accélération de la production de lithosphère entraîne une hausse continue du $\mathrm{CO_2}$ atmosphérique, renforçant l'effet de serre et menant aux températures moyennes élevées constatées au Crétacé (~20 à 25 °C). 2. L'altération des lithosphères continentales, puits de $\mathrm{CO_2}$ et facteur de refroidissement : - Les collisions continentales (orogenèse varisque au Paléozoïque supérieur, orogenèse alpine au Cénozoïque) forment d'immenses reliefs montagneux soumis à une intense érosion mécanique et altération chimique. - L'altération des minéraux silicatés (ex. plagioclases, pyroxènes) consomme du $\mathrm{CO_2}$ dissous : $$\mathrm{CaSiO_3 + 2\,CO_2 + H_2O \rightarrow Ca^{2+} + 2\,HCO_3^- + SiO_2}$$ - Les ions dissous sont acheminés par les fleuves vers les océans, où les organismes fabriquent des tests carbonatés ou précipitent le carbonate de calcium : $$\mathrm{Ca^{2+} + 2\,HCO_3^- \rightarrow CaCO_3 + CO_2 + H_2O}$$ - Bilan global net du couplage altération des silicates / sédimentation carbonatée : $$\mathrm{CaSiO_3 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 + SiO_2}$$ Une mole de $\mathrm{CO_2}$ atmosphérique est piégée de façon durable sous forme de roches sédimentaires carbonatées pour chaque mole de silicate altérée. - Ce puits massif de carbone fait chuter l'effet de serre, expliquant les glaciations observées au Carbonifère-Permien (orogenèse varisque) et au Pléistocène-Actuel (orogenèse alpine). Conclusion : - Le climat global aux échelles de plusieurs dizaines de millions d'années est ainsi régulé par le bilan géodynamique entre les émissions mantelliques de $\mathrm{CO_2}$ (production de lithosphère) et le piégeage par altération continentale (liée aux orogenèses).