Exercice 2 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Centres étrangers (Afrique) 2023 (jour 2)
Thème : Comprendre les conséquences du réchauffement climatique actuel et agir · Tiré du sujet Jour 2 (2023)
Énoncé
LES CLIMATS DE LA TERRE
Influence de la structure du manteau neigeux sur l'évolution du climat au Groenland
On observe actuellement un réchauffement climatique global, à l'échelle de la planète. Certaines régions, comme le Groenland, sont particulièrement impactées. La compréhension des phénomènes influençant le climat et son changement dans ces régions est donc un enjeu majeur pour les scientifiques.
Expliquer les origines de la variation de l'albédo au Groenland et son influence sur le changement climatique actuel dans cette région.
Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données des documents et les connaissances utiles.
Document 1: Évolution de l'albédo de juin à août au Groenland, entre 1996 et 2017.
Document 2: Évolution de la taille des grains de neige en surface du manteau neigeux, sur les mois de juin à août au Groenland, entre 1996 et 2017.
Document 3: Relation entre albédo et taille des grains de neige.
La courbe de tendance présentée ci-dessus a été obtenue à partir de mesures réalisées au Groenland dans des « fosses à neige », dispositif expérimental mis en place pour l'étude. La corrélation établie ici, entre albédo et taille des grains de neige, est statistiquement significative.
Source: Modifié d'après G. Lewis. 2021. Geophysical Research Letters.
Document 4: « Métamorphisme » des grains de neige.
Les flocons de neige déposés à la surface subissent des transformations en fonction des conditions du milieu. Ces transformations qui concernent notamment la taille des grains de neige, sont nommées « métamorphisme ».
L'un des facteurs déterminant le métamorphisme de la neige est le type de gradient thermique présent dans la couche de neige. Il dépend de la différence de température entre deux profondeurs du manteau neigeux. Si la différence de température entre ces points est forte, on a un fort gradient thermique.
Document 5: Effet amplificateur du métamorphisme de la neige.
La taille des grains de neige conditionne la puissance de l'albédo qui lui-même conditionne le gradient thermique dans le manteau neigeux.
La taille des flèches ci-dessous est proportionnelle à la quantité d'énergie échangée. Plus le trait de flèche est épais plus cette quantité est importante.
Document 6: Effet des tempêtes de neige et de la modification de leurs localisations.
Document 6a: Effet de nouvelles précipitations neigeuses.
Les chutes régulières de neige fraîche renouvellent le manteau neigeux. Les chutes de neiges fraîches apportent de nouveaux flocons qui, sous l'effet du vent, forment des petits grains.
Document 6b: Trajectoire des tempêtes au-dessus du Groenland.
Dans une étude publiée en 2019, Lewis et son équipe ont montré qu'en raison de conditions anticycloniques au-dessus du Groenland, il existe une diminution statistiquement significative du nombre de tempêtes traversant ces régions chaque année. Cette diminution induit une baisse importante des apports de neige fraîche et par conséquence le manteau neigeux n'est pas renouvelé. La diminution du nombre de tempêtes est mise en évidence pour la période 1996-2016, comparée à la période 1958-1996.
Source: D'après, G. Lewis et al. 2019. La Cryosphère.
Document 7: Variation des températures au Groenland et dans le monde entre 1970 et 2021.
Corrigé
Corrigé proposé par AprenAI (non officiel)
Expliquer les origines de la variation de l'albédo au Groenland et son influence sur le changement climatique actuel dans cette région.
Réponse : ### Introduction L'albédo est la fraction de l'énergie solaire incidente réfléchie par une surface (entre 0 et 1). Plus il est faible, plus la surface absorbe d'énergie solaire, se réchauffe et réémet des infrarouges. Le Groenland est recouvert d'un inlandsis enneigé à fort albédo. Il s'agit d'expliquer pourquoi son albédo diminue et comment cette baisse influence le réchauffement de la région. ### 1. Constat : l'albédo diminue et les grains de neige grossissent - Doc 1 : entre 1996 et 2017, en été (juin à août), l'albédo diminue sur une grande partie du Groenland. La baisse est la plus forte dans le sud et sur les marges ouest et est, d'environ −0,05 à −0,15 % par an. Le centre et le nord varient peu. - Doc 2 : sur la même période et dans les mêmes zones, la taille des grains de neige de surface augmente, de +2 à +8 µm par an. - Doc 3 : il existe une corrélation négative, statistiquement significative, entre la taille des grains et l'albédo. Selon la droite de tendance, l'albédo passe d'environ 0,78 pour des grains de ≈135 µm à environ 0,73 pour des grains de ≈185 µm. - Bilan : la baisse de l'albédo s'explique par le grossissement des grains de neige en surface. ### 2. Origines du grossissement des grains - Doc 4, le métamorphisme : - un fort gradient thermique dans le manteau neigeux transforme les flocons et les petits grains en gros grains ; - un faible gradient conduit à de petits grains. - Doc 6a : les chutes régulières de neige fraîche renouvellent la surface en petits grains, dont l'albédo est élevé. - Doc 6b : - des conditions anticycloniques ont réduit significativement le nombre de tempêtes entre 1996 et 2016, par rapport à 1958-1996 ; - les apports de neige fraîche diminuent donc et le manteau n'est plus renouvelé ; - la neige de surface vieillit et ses grains grossissent par métamorphisme. ### 3. Un effet amplificateur : une rétroaction positive - Doc 5 : - une neige à petits grains a un fort albédo : elle réfléchit beaucoup et absorbe peu, d'où un faible gradient thermique, qui maintient les petits grains (5a) ; - une neige à gros grains a un faible albédo : elle absorbe davantage d'énergie solaire, ce qui crée un fort gradient thermique (5b) ; - ce fort gradient favorise à son tour la formation de gros grains (doc 4). - La boucle : moins de neige fraîche → gros grains → albédo plus faible → absorption accrue d'énergie → fort gradient thermique → grains encore plus gros → albédo encore plus faible. - Le réchauffement de surface favorise aussi la fonte, qui découvre des surfaces plus sombres et abaisse encore l'albédo. ### 4. Conséquence sur le climat régional (Doc 7) - Arctique : entre 1979 et 2021, l'anomalie de température moyenne annuelle passe d'environ −1,2 °C à +1,9 °C, soit un réchauffement d'environ 3 °C en 40 ans. - Monde : sur la même période, l'anomalie passe d'environ −0,3 °C à +0,5 °C, soit environ 0,8 °C. - Comparaison : le réchauffement arctique est donc environ 3 à 4 fois plus rapide que le réchauffement mondial. C'est l'« amplification arctique ». - Interprétation : la baisse de l'albédo, entretenue par la rétroaction positive du métamorphisme de la neige, explique en partie cette amplification. Ce mécanisme s'ajoute au forçage global lié aux gaz à effet de serre. ### Conclusion La diminution de l'albédo au Groenland a deux origines : - une origine météorologique : moins de tempêtes, à cause des conditions anticycloniques, donc moins de neige fraîche ; - une origine physique : le métamorphisme des grains, qui grossissent. Une boucle de rétroaction positive (gros grains → faible albédo → fort gradient thermique → gros grains) amplifie localement l'absorption de l'énergie solaire. Elle contribue au réchauffement du Groenland, nettement plus rapide que la moyenne mondiale.
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