ANNALES des sujets du BAC- Thème II – Atmosphère, hydrosphère, climats : du passé à l’avenir.

Partie II – exercice 2 (5 points)

Asie 2016

La disparition des mammouths laineux

Le mammouth laineux (Mammuthus primigenius) est une espèce fossile proche des éléphants actuels. Il y a quelques dizaines de milliers d’années, il occupait encore une large partie de l’Eurasie et de l’Amérique du Nord. Mais, il y a environ 10 000 ans, presque toutes ses populations ont disparu.

D’après A. Hołda-Michalska, Geological Review, 2014

À l’aide de l’exploitation des documents proposés et de vos connaissances, montrer que la disparition des mammouths laineux pourrait avoir deux causes différentes.

Document 1 : variation de l’insolation à 60° de latitude nord durant les derniers 45 000 ans L’insolation correspond à la quantité d’énergie solaire (en Watts) reçue par mètre carré de surface terrestre. Elle dépend largement des paramètres astronomiques de la planète.

D’après G.M. MacDonald et al., Nature, 2012

Document 2 : informations déduites de la composition isotopique des glaces Document 2.a : relation entre le delta 18O de la glace du Groënland et la température moyenne de l’air dans cette région

D’après J. Jouzel et al., Journal of Geophysical Research, 1994

Document 2.b : variation du delta 18O dans une carotte de glace du Groënland durant les derniers 45 000 ans

Document 3 : variation de la teneur en spores de végétaux du genre Sphagnum dans une tourbière d’Alaska Les végétaux du genre Sphagnum, caractéristiques des tourbières, présentent la particularité de résister à des températures extrêmement faibles (jusqu’à -50°C). Toutefois, elles sont plus abondantes lors des périodes chaudes. Pour leur reproduction, les Sphagnum produisent des spores. Selon les paléontologues, dans le passé, l’expansion des tourbières en Alaska se faisait au détriment des plantes dont se nourrissaient les mammouths. Autrement dit, plus les tourbières occupaient d’espaces et moins les mammouths disposaient de nourriture.

D’après G.M. MacDonald et al., Nature, 2012

Document 4 : territoires occupés par les mammouths laineux et par les Hommes préhistoriques à différentes périodes

D’après G.M. MacDonald et al., Nature, 2012

Liban 2016

Les changements climatiques aux grandes échelles de temps

À partir de la mise en relation des informations extraites des documents et de vos connaissances, expliquer les phénomènes qui ont pu contribuer à l’installation d’une glaciation au Permo-Carbonifère.

Document 1 : Paléogéographie il y a 340 Ma

D’après Matte, 2001

Au cours de la formation de la Pangée, des chaînes de montagnes résultent de plusieurs collisions continentales initiées depuis 400 Ma. Document 2 : Relation entre albédo et quelques types de surface L’albédo est le rapport de l’énergie solaire réfléchie par une surface sur l’énergie solaire reçue. Sa valeur est comprise entre 0 et 1.

Quelques surfaces du globe Valeur d’albédo

Océan 0,1

Forêts 0,12

Sable sec 0,3

Glace continentale 0,6

Neige 0,8

Document 3 : Les variations de la teneur en CO2 de l’atmosphère

D’après Berner, 1994 et 1997

Document 4 : L’altération des roches et la teneur en CO2 de l’atmosphère au Carbonifère 4a : l’arène granitique, témoin de l’altération des roches. Les roches granitiques de la croûte continentale s’altèrent, en particulier dans les chaînes de montagnes. Il en résulte une arène avec des minéraux non altérés (quartz), des minéraux altérés devenus friables (feldspaths, micas) et des minéraux argileux nouvellement formés. Certains des éléments des minéraux altérés, les ions Na+ et Ca2+ par exemple, sont dissouts dans les eaux d’altération. 4b : l’altération des silicates et le CO2 atmosphérique.

En précipitant, le CaCO3 forme du calcaire.

Métropole septembre 2015

Les événements de Heinrich sont caractérisés par l’apparition en domaine océanique profond des sédiments glaciaires grossiers. Ces événements se sont répétés entre -60 000 et -10 000 ans.

À partir des informations issues des documents et de vos connaissances, justifier le scénario proposé par les scientifiques dans le document de référence.

DOCUMENT DE RÉFÉRENCE : Les évènements de Heinrich Les scientifiques ont construit la théorie suivante : les évènements de Heinrich correspondent à un réchauffement des zones nord-américaine et arctique. Ce réchauffement entraîne une débâcle dans le nord de l’Atlantique, c’est-à-dire la libération en mer d’un grand nombre d’icebergs par les glaciers alors présents au Canada. Ces icebergs entraînés par les courants océaniques provoquent un refroidissement général au niveau de l’Europe.

Événements de Heinrich notés H

H1 H2 H3 H4 H5

Âge en années BP (avant le présent)

15 000 23 000 30 000 39 000 45 000

Document 1 : Évolution du Delta 18O dans les glaces de la station GIPS (Groenland) et courbe de référence.

D'après P.M Grootes and M.Stuiver.1997, Journal of Geophysical Research

Document 2 : Débâcle d’icebergs Lors de sa progression sur le socle, le glacier arrache et transporte des éléments rocheux grossiers.

D'après acces-lyon.fr

Document 3 : Diagramme ε néodyme en fonction du rapport 206Pb/204Pb pour les sédiments de H2 et des éléments issus de différentes zones continentales

Document 4 : Quantité relative de pollens dans des couches correspondant à des événements de Heinrich. Des forages réalisés au large du Portugal donnent accès à des pollens continentaux fossilisés dans les couches correspondant aux évènements de Heinrich.

D’après http://acces.ens-lyon.fr

Document 5 : Préférence écologique de différents types de végétations.

Plantes présentes Exigences de température

chêne, noisetier, pin température moyenne

chénopodiacés, armoises, graminées températures basse et moyenne.

Emirats Arabes unis 2015

La fin de l'Ordovicien : une période climatique particulière

Les préoccupations actuelles sur l'évolution du climat de notre planète conduisent les spécialistes des sciences de la Terre à déterminer et à comprendre les climats passés. Ils s'intéressent notamment à une période particulière de l'histoire de la Terre, l'Ordovicien, qui s'étend de - 488 à - 440 millions d'années. Dans le cadre d'un vaste programme de recherche sur l'Ordovicien, les scientifiques ont reconstitué le climat de la Terre de - 460 à - 440 millions d'années, à la fin de cette période.

À l'aide de l'exploitation des documents mise en relation avec vos connaissances, déterminer le climat global à la fin de !'Ordovicien et identifier un phénomène qui a participé à l'installation de ce climat.

Document 1 : rapport entre le delta 18O et la température de l'eau de mer Document 1a : variation du delta 18O au cours du temps

D'après le site http://matierevolution.fr

Document 1b : relation entre le delta 18O et la température de l'eau de mer

D'après Epstein et al., Geologica/ Society of America Bulletin, 1953

Document 2 : des marqueurs géologiques datant de la fin de !'Ordovicien retrouvées dans le Sahara

D'après le site http://eost.unistra.fr/recherche

Document 3 : des marqueurs géologiques des climats froids actuels Courant glaciaire : puissant torrent en bordure des calottes glaciaires. Le passage de l'eau et des blocs de glace qu'il transporte laisse des traces profondes dans le paysage.

D'après le site nsidc.org

Stries glaciaires, galets facettés et striés : Quand un glacier avance, il "frotte" le fond et les parois de sa vallée, use les roches, les polie et les strie.

Stries glaciaires

Galet facetté et strié

D’après les sites http://www.unifr.ch/ et http://www.geoglaciaire.net/ Roches moutonnées, moraines : formations rocheuses altérées par le passage d'un glacier.

Roches moutonnées

Moraines

D’après le site http://www.unifr.ch/

Document 4 : extension probable de la calotte polaire à l’Ordovicien Une équipe de chercheurs a étudié la distribution globale d'un groupe de microfossiles marins, les chitinozoaires (groupe aujourd'hui disparu) présents dans les océans de l'époque, afin de positionner l’extension de la calotte polaire. Les résultats montrent qu'à la fin de l'Ordovicien la calotte polaire a migré vers l'équateur des latitudes 55°-70° S à 40 °S correspondant à une baisse de la température moyenne de la surface des océans de 16°C à 13-11°C.

La surface des continents à l'Ordovicien est représentée en blanc. Les continents actuels sont délimités par une ligne grise. D’après S. Finnegan et al., Science, 2011

Document 5 : 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.

Amérique du nord 2014

Petit âge glaciaire

Certains scientifiques pensent qu'une grande éruption volcanique est responsable de la baisse des températures observée au début du petit âge glaciaire (le petit âge glaciaire est une période climatique qui s’étend de 1250 à 1850).

A partir de l'étude des documents et des connaissances, préciser les arguments appuyant cette hypothèse.

Document 1 : estimation de l’anomalie de la température moyenne de surface (écart de température moyenne par rapport à la période 1961 – 1990) dans l'hémisphère nord

D'après Moberg et al., Nature, 10 février 2005

Document 2 : les grandes éruptions volcaniques des 2000 dernières années

Les volcans émettent, entre autre, des gaz soufrés (H2S et SO2). Dans l'atmosphère ces gaz réagissent et donnent des sulfates à l'origine d'aérosols. On peut en retrouver la trace dans les carottes glaciaires. Le graphique représente la teneur en sulfates d'origine volcanique dans les glaces de la carotte GISP2 (Groenland). Quand elles sont connues, les éruptions responsables des dépôts observées sont indiquées.

D'après Oppenheimer, Int. J. Climatol., 2003

Document 3 : à la recherche de l'éruption de 1257 Des études récentes (2013) ont montré qu'une des plus grandes éruptions des 10 000 dernières années a eu lieu en Indonésie au niveau du volcan Samalas : des millions de tonnes de cendres ont été projetées dans l’atmosphère. Des troncs carbonisés ont été retrouvés parmi les cendres volcaniques. Ils ont été datés en utilisant la méthode 14C. Le bois a été produit par les arbres entre 1000 et 1257.

La composition chimique des cendres trouvées autour du volcan Samalas a été analysée, ainsi que celle des cendres volcaniques retrouvées dans les niveaux des carottes glaciaires datant de 1257. Une partie des résultats est présentées sur le graphique ci-dessous. Les barres représentent les intervalles de confiance.

D'après Lavigne et al., PNAS, 2013 et Walter-Simonnet et al., Quaternaire, 2008

Document 4 : effet des émissions volcaniques sur la température globale de l'atmosphère terrestre

L'effet de refroidissement est lié à la présence d'aérosols dans la haute atmosphère, aérosols formés notamment à partir du sulfure d'hydrogène H2S et du dioxyde de soufre SO2 émis par l'épisode volcanique. Ce phénomène est relativement bref et peut s'étendre à l'échelle globale dans le cas des éruptions explosives violentes : les aérosols et les cendres sont alors injectés jusqu'à la stratosphère, où ils peuvent résider assez longtemps pour se disperser sur une grande surface.

D'après « les crises de la biodiversité », Muséum National d'Histoire Naturelle (http://www.mnhn.fr/mnhn/geo/biodiversite-crises/page4.htm) et Géologie, Dercourt et Paquet, 12ème édition

Pondichery 2014

Evolution récente du climat

Extrait du Monde du 21.06.2013 (Staphane Foucard) : "Selon le jeu de données du National Climatic Data Center (NCDC), la France a connu son deuxième mois de mai le plus froid jamais mesuré, l'Espagne n'avait pas vu les températures descendre aussi nas depuis 1985 et le Royaume-Uni depuis 1996..." Extrait du Monde du 05.08.2013 : "plus d'un tiers des Français sont climato-sceptiques, [...] indique le "Baromètre d'opinion sur l'énergie et le climat en 2013" ; publié par le Commissariat général au développement durable (CGDD). [...] 13 % d'entre eux estiment que le changement climatique n'est "pas prouvé", et 22 % s'accordent à constater que le dérèglement du climat, mais jugent que "rien ne prouve que ce soit dû aux activités humaines". Environ 4 % n'ont aucun avis sur la question."

Présentez à une assemblée de climato-sceptiques, des arguments allant dans le sens d'un réchauffement climatique malgré un mois de mai plus froid, et démontrer l'impact de l'Homme dans le réchauffement récent du climat.

La réponse s'appuiera sur l'exploitation du dossier documentaire et sur l'utilisation des connaissances. Document 1 : Anomalies de température atmosphérique enregistrées au-dessus des océans et des continents en mai 2013.

Source : d'après NOAA'S national climatic data center

Remarque : seuls les écarts de température de plus de 1°C par rapport à la moyenne sont indiquées.

Document 2 : Etude du début de floraison des cerisiers à Liestal (Suisse) pendant la période 1900-2000

Source : MétéoSuisse (2012)

Document 3 : Résultats d'expériences menées sur la floraison de différentes plantes photosynthétiques

Conditions expérimentales Nombre de jours, après le début de l'expérience, nécessaire à la floraison

Témoin 210 jours

+1,5°C par rapport au témoin 157 jours

+3°C par rapport au témoin 150 jours

D'après le rapport final d'activité du projet "ICCARE", 2004

Document 4 : Distribution selon les latitudes et les années, de 1960 à 1995, de deux espèces de poissons à affinités tropicales

D'après Jean-Claude QUIERO, Marie-Henriette DU BUIT, Jean-Jacques VAYNE ;

Les observations de poissons tropicaux et le réchauffement des eaux dans l'Atlantique européen, IFREMER 1998

Document 5 : Données concernant des paramètres de l'atmosphère Document 5a : Evolution de la concentration atmosphérique de deux gaz à effet de serre.

ppmv : partie par million en volume ppbv : partie par milliard en volume

D'après CNRS

Document 5b : Evolution de l'écart de température depuis mille ans à la surface du globe

D'après GIEC-IPCC

Métropole septembre 2013

Les enveloppes fluides de la Terre (atmosphère et hydrosphère) sont en interaction permanente avec la biosphère et la géosphère.

En s’appuyant sur les données des documents et sur les connaissances, montrer que l’activité d’êtres vivants a des conséquences sur la composition des enveloppes fluides et sur celle de la géosphère, à l’échelle des temps géologiques.

Document 1 : organisation des stromatolites Les stromatolites (du grec « stroma » tapis, et « lithos » pierre) sont des structures en couches qui résultent de l’activité de microorganismes photosynthétiques appelés cyanobactéries et d’un piégeage de particules sédimentaires. Ils se forment dans différents sites mondiaux en milieu marin côtier.

Document 2 : processus chimiques à l’origine de la croissance des stromatolites La croissance en couches successives d’un stromatolite, outre le dépôt et le piégeage mécanique de particules sédimentaires par les filaments bactériens, est la conséquence : - de la solubilisation du dioxyde de carbone atmosphérique dans l’eau (1) - de la dissolution du dioxyde de carbone qui donne des ions hydrogénocarbonates (HCO3-) (2) - de la précipitation biochimique du carbonate de calcium (CaCO3) formant un ciment calcaire à partir des hydrogénocarbonates (HCO3-) et des ions calcium (Ca2+) (3) - de la photosynthèse des cyanobactéries (4)

D’après http://planet-terre.ens-lyon.fr/

Document 3 : les formations de fers rubanés et apparition du dioxygène atmosphérique Avant deux milliards d’années, l’océan contenait des ions ferreux Fe2+ provenant de l’érosion des continents qui réagissaient avec le dioxygène dissous dans l’eau pour former des oxydes de fer à l’origine des fers rubanés. Depuis un peu moins de 2 milliards d’années l’océan est dépourvu d’ions ferreux car ils se combinent avec le dioxygène atmosphérique pour former des oxydes de fer sur les continents.

D’après http://planet-terre.ens-lyon.fr/

Emirats Arabes unis 2013

Quand Homo sapiens arrive en Europe il y a 40 000 ans, cela fait longtemps qu'Homo neanderthalensis y est présent. Les deux populations vont vivre au même moment sur les mêmes territoires. Puis Néandertal disparaît sauf dans le sud de la Péninsule ibérique où il subsiste encore 1500 ans. L'hypothèse avancée pour expliquer la persistance d'Homo neanderthalensis dans le Sud de la Péninsule ibérique est qu'il a été favorisé par l'aridité entre 39 000 et 38 000 ans avant le présent (Événement de Heinrich, Moustérien), une aridité qui aurait momentanément arrêté l'arrivée d'Homo sapiens dans cette région.

À partir de l'exploitation des documents fournis, montrez le bien-fondé de cette hypothèse pour expliquer la persistance de Néandertal dans le sud de la Péninsule ibérique

Document 1 : Document 1 : Conditions climatiques présentes au niveau de la péninsule ibérique entre - 41 000 ans et - 34 000 ans GI 7 et GI 8 (GI pour interstadiaire du Groenland) et HS 4 (HS pour stadiaire de Heinrich) traduisent des périodes de variation climatique mises en évidence dans les carottes glaciaires du Groenland

Document 2 : Distribution calculée d'Homo neanderthalensis (à gauche) et d'Homo sapiens (à droite) à trois époques distinctes : en haut : période GI 8 de - 36 500 ans à - 38 600 ans, au milieu : période H 4 de - 38 600 ans à - 40 200, en bas : période préH 4 >- 40 200 ans La cartographie des régions les plus susceptibles de voir subsister l'une et l'autre espèce résulte d'une projection informatique reposant sur l'utilisation de dix modèles; les deux nuances de gris correspondent au nombre de modèles utilisés qui confirment l'habitabilité des deux espèces considérées (gris clair: 1 à 9 modèles utilisés sur 10, noir: tous les modèles). La méthode utilisée prend en compte la localisation des sites archéologiques datés par carbone 14, les informations géographiques et les simulations à haute résolution des différents climats en Europe par le passé. Elle utilise ensuite une combinaison d'algorithmes prédictifs, analyse la relation existante entre les sites archéologiques attribuables par leur culture à chacune de ces humanités (néanderthaliens et hommes anatomiquement modernes) et les données paléoenvironnementales contemporaines pour prédire la région dans laquelle ces cultures pouvaient subsister

D'après Banks et d'Errico, Laboratoire PACEA/PLoS ONE

Document 3 : Distribution réelle (à gauche) et calculée (à droite) d'Homo neanderthalensis au cours de la phase GI 8

D'après Banks et d'Errico, Laboratoire PACEA/PLoS ONE Sujet « zéro » exemple 1

La dix-septième conférence des Nations Unies sur le changement climatique (du 28 novembre au 9 décembre 2011)

n’a eu que très peu d’écho auprès du grand public. Vous êtes l’un des rédacteurs du journal du lycée et, à ce titre,

vous êtes chargé de rédiger un article pour sensibiliser vos lecteurs aux enjeux de cette conférence internationale.

En vous aidant de vos connaissances, écrivez un article pour le journal du lycée qui explique sur quels arguments

scientifiques les experts internationaux se fondent lorsqu’ils affirment qu’il est urgent de réduire les émissions de

gaz à effet de serre afin de limiter l’augmentation de la température moyenne du globe pour les générations

futures.

Votre réponse s’appuiera sur l’exploitation du dossier. Aucune étude exhaustive des documents n’est attendue.