Geo Environnmt
Transcript of Geo Environnmt
-
7/23/2019 Geo Environnmt
1/43
ENVI-F-401:Sciences de la Terre et de l!atmosphre
- Gologie Environnementale
-
7/23/2019 Geo Environnmt
2/43
Cours GEOL-F-401
Prof. D. Weis - N. Mattielli:[email protected]
Tl.: 02/650 4714Bureau: Campus Solbosch,
Btiment D, 5e niveau, local DB5.135
Notes + power point:uv.ulb.ac.be
-
7/23/2019 Geo Environnmt
3/43
Gologie Environnementale -
Dfinition
Environnement:Caractres d!un milieu considr parrapport un organisme ou un groupe d!organismes
dtermins. Relations dynamiques entre le(s) organisme(s)et le milieu qui l!entoure.
Gologie:Etude de la Terre
Gologie environnementale: gologie en relation
directe avec les activits humaines
-
7/23/2019 Geo Environnmt
4/43
Lignes directrices du coursLa structure physique et la composition chimique de la Terre
affectent la Vie de multiples manires Le Systme Terre:
La Terre est unique La Terre est un systme ferm La Terre est form de systmes ouverts dynamiques et interconnects La Terre est gouverne par des processus cycliques - chelle de temps
La Dynamique de la Terre La Terre dans le systme solaire La structure interne de la Terre La composition chimique de la Terre
Risques naturels
Tremblements de terre, volcanisme, tsunamis, boulements, Ressources de la Terre Les ressources naturelles sont limites
Risques lis notre socit Consquences directes des extractions des ressources minrales et
nergtiques Consquences indirectes - les changements climatiques
-
7/23/2019 Geo Environnmt
5/43
Gologie Environnementale -
Principes
Les processus gologiques et humains oprent des chelles (de temps) diffrentes
Principe dUniformitarisme: Les lois rgissant lesphnomnes gologiques actuels taient galement
valables dans le pass
Gologie: le prsent est la clef du pass
Gologie Environnementale:le prsent est le clef du futur
>< Principe de Catastrophisme:certains vnementsdu pass ne sexpliqueraient que par des phnomnes
particuliers souvent violents (ex: impacts mtoritiques)
-
7/23/2019 Geo Environnmt
6/43
Uniformitarisme: Le prsent est la cl du pass
Le prsent est la cl du futur
Sandstone rocks millions of years old in
Zion National Park, Utah
Modern sand dunes in Namibia
-
7/23/2019 Geo Environnmt
7/43
Catastrophisme
Meteor Crater, Arizona
diameter: 1.1 kmage: 49,000 years
Aorounga, Chad, Africa
diameter: 17 kilometers
age: 200 million years
Chicxulub, Yucatan, Mexico
diameter: 170 km
age: 64.98 million years
Manicouagan, Quebec, Canada
diameter: 100 kilometers
age: 212 million years
-
7/23/2019 Geo Environnmt
8/43
Gologie Environnementale -Oppositions incontournables
Bien commun >< Gain personnel: Deux philosophies
trs diffrentes quand l!environnement est considr Ressources renouvelables >< Ressources
naturelles non renouvelables (mines, sol, eau, ) Catastrophes rversibles >< Catastrophes
irrversibles Rtroaction positive >< Rtroaction (Feedback)ngative
-
7/23/2019 Geo Environnmt
9/43
La Terre est singulire
The Blue Marble
MODIS Satellite
L!approche globalenous amne considrer la Terre
comme un ensemblede composants -rservoirs quiinteragissent entre eux
C!est la seule manire
de quantifier leschanges; d!tablirdes bilans, decomprendre lescycles.
-
7/23/2019 Geo Environnmt
10/43
Systmes: isol, ferm ou ouvert
-
7/23/2019 Geo Environnmt
11/43
Niveaux de complexit
Niveau de complexit du systme dpend: du nombre d!lments qui le composent
du nombre d!interactions entre les lments de la complexit de ces interactions
Niveau d!analyse
Niveaux scientifiques (physico-chimique et biologique) Niveaux sciences humaines (psycho-social et
culturel)
-
7/23/2019 Geo Environnmt
12/43
La terre est un systme clos, constittude sous-systmes ouverts:
1.l!Atmosphre
The Earth is surrounded byan atmosphereof gases,
mainly nitrogen (78%) andoxygen (21%) plus othergases (argon, CO2, neon,helium,, H2O).
No other planet in the solar
system has such anatmosphere.
Clouds representcondensed water vapour.
-
7/23/2019 Geo Environnmt
13/43
Subdivisions de l!atmosphre
-
7/23/2019 Geo Environnmt
14/43
2. L!hydrosphre
The oceans occupy 71% of thesurface of the planet (1700million km2).
Only the Earth has just the rightsurface temperature to maintainliquid water, ice, and watervapour.
The hydrosphere(watersphere) consists of theoceans, lakes, and streams;underground water; snowand ice (=cryosphere).
-
7/23/2019 Geo Environnmt
15/43
Water(H2O) is one of thecommonest substances on Earth,
yet it is uncommon in many of its
properties.
The water moleculeis relatively
simple and is made up of 3 atoms
two hydrogen cations (H+
positive charge) and one oxygen
anion (O2-negative charge).
At atmospheric pressure, pure
water melts at 0C and pure
water boils at 100C:
note that all three phases ofwater (solid, liquid gas) can
coexist at ~0.01C and ~6.1
millibars!
Water
Molecule
(H2O)
H2O Stability
-
7/23/2019 Geo Environnmt
16/43
3. La Biosphre The biosphere(life sphere) includes all of
the Earth!s living matter. Most of the biosphere is found in a thin zone
at the Earth!s surface (-100 m to +2000 m).
http://seawifs.gsfc.nasa.gov/SEAWIFS.html
-
7/23/2019 Geo Environnmt
17/43
4.La gosphre
Rayon- 6371 km
Masse - 5,997 x 1024
kgVolume - 1,083 x 1021m3
Densit - 5,517 gcm-3
Noyau - 16,2 % vol.
Manteau - 83,2 % vol.Crote - 0,6% vol.
-
7/23/2019 Geo Environnmt
18/43
La Terre est unique
1. La tectonique desplaques est uneparticularit unique
2. Seule la Terre possdeune atmosphre tertiaire
dans le systme solaire3. L!eau existe sur Terresous forme solide,liquide, et gazeuse ( lasurface)
4. Toutes ces conditionscombines rendent la viepossible
5. Si nous souhaitonsprvoir, il faut caratriserces sous-systmes et
apprcier les interactions
Satellite Composite: The Earth & Its
Atmosphere
Earth Rise, Apollo 8, Dec 1968
-
7/23/2019 Geo Environnmt
19/43
Processus cycliques - Cycles
-
7/23/2019 Geo Environnmt
20/43
Rpartition del!Energie solaire la
surface de la TerreClimat= interactions entre
gosphre, biosphre, atmosphre ethydrosphre
1. Bilan Radiatif
-
7/23/2019 Geo Environnmt
21/43
Energies disponibles la surface
Constante solaire: 1368 W.m-2; en24h (4!r2) donne 340 W.m-2L!nergie solaire reprsente 99,9%de l!nergie totale apporte laTerre
-
7/23/2019 Geo Environnmt
22/43
Absorption d!une partie du
flux solaire dans la hauteatmosphre (N2, O2, O3)
Nature desrayonnements du
soleil
-
7/23/2019 Geo Environnmt
23/43
O2+ UV solaires = O + O
O + O2= O3O3+ rayonnements solaires= O + O2
L!ozone : ami
protger
-
7/23/2019 Geo Environnmt
24/43
Le troudozone
Niveau moyen du bon ozone au-dessus de l!Antarctique
Production mondiale de CFC
(1976 -> )
-
7/23/2019 Geo Environnmt
25/43
Le trou
dozone
-
7/23/2019 Geo Environnmt
26/43
Projection de laugmentation de la teneur en ozone troposhrique
dici 2100 (AGU)
Lozone troposhrique: ennemi
-
7/23/2019 Geo Environnmt
27/43
- Effet de serre naturel; T de surface propice la vie
Notion
d!effet deserre
- 160-180 W.m-2-> -18CLoi de Stefan-BoltzmanE=Cste x S x T4(Kelvin)- Absorption par les gaz effet de serreet re-mission derayonnements de plus grande l (dans toutes les directions)
T la surface = 15C
-
7/23/2019 Geo Environnmt
28/43
Production mondiale de CFC
(1976 -> )
Leffet de serre
-
7/23/2019 Geo Environnmt
29/43
Bilan radiatif
- Energie solaire directe: 160 W.m-2
- Energie solaire recycle: 320 W.m-2
- La surface terrestre reoit: 160 W.m-2+ 320 W.m-2- Il en repart 400 W.m-2
- Les 80W.m-2 excdentaires sont utiliss par le cycle de l!eau
-
7/23/2019 Geo Environnmt
30/43
2. Le cycle de l!eau
Le cycle de l!eau se droule essentiellement au-dessus des ocans,prlve de l!nergie la surface par vaporationet la restitue latroposhre lors de la condensation.
Hydrosphere:The part of the Earth system that contains
the ocean, lakes, and streams;underground water; and snow and ice,
including glaciers.
Water moves from
one reservoir toanother, but the totalamount of water in
the system is fixed!
-
7/23/2019 Geo Environnmt
31/43
Rservoirs d!eau: Quelle est la quantitaccessible?
The largest reservoir of water is the ocean, which contains more than 97.5% of(1350.106km3) all the water in the water cycle and it !s all salty!
Nearly three-quarters of the remaining fresh water is frozen, most of it in thepolar ice sheetsof the Arctic and Antarctic.
Of the unfrozen fresh water, about 98.5% is found in a single reservoir,groundwater: Note how little water actually resides in the atmosphere or in streams, rivers, and
lakes.
Pine Island Bay, Antarctica
-
7/23/2019 Geo Environnmt
32/43
The Salinity of
Seawater
In the major ocean basins, 3.5% of the weight of seawater is on average
dissolved saltand 96.5% is water the average salinity of seawater is about35 parts per thousand.
The salinity of ocean surface water varies with latitude (see above left):
Rainy regions are associated with relatively low salinity (dilution)
Hot regions are associated with relatively high salinity (evaporation)
Chloride (Cl-) 19.35 55.07
Sodium (Na
+
) 10.76 30.62Sulphate (SO42-) 2.71 7.72
Magnesium (Mg2+) 1.29 3.68
Calcium (Ca2+) 0.41 1.17
Potassium (K+) 0.39 1.10
Constituent g/kg
%
weight
Salinity values in parts per thousand
Major Constituents of Seawater
-
7/23/2019 Geo Environnmt
33/43
Origine de la salinit des ocans
-
7/23/2019 Geo Environnmt
34/43
Processus cycliques -Priodicit
Les conditionsenvironnementales ontvolu au cours destemps gologiques
Les variations tendent tre cycliques, avecdes priodes plus oumoins longues et des
changement brutaux Ex: cycles de Milankovitch,frquence de 100.000ans,cycles glaciaire-interglaciaire; cycles del!apparition des taches
solaires (11 et 22 ans)
-
7/23/2019 Geo Environnmt
35/43
La Terre dans le temps
The Blue Marble
MODIS Satellite
Est-ce possible decomparer la dure devie de l!humanit celle de notre plante?
-
7/23/2019 Geo Environnmt
36/43
Temps Gologique 1 Our comprehension of time spans as great as several billion years is
very difficult - we almost always judge history in terms of human life
spans (our own experience). To better illustrate geologic time, let!s compress the entire 4.6 billionyears of geologic time into one single year:
Les vnements prcdant le mois de dcembre
Epanouissement des eucaryotes (premires cellules pourvues d'un noyau)15 novembre
Plus anciennes plantes fossiles photosynthtiques12 novembre
Date des plus anciens fossiles (bactries et algues bleues vertes)9 octobre
Formation des plus vieilles roches connues sur Terre2 octobre
Dbut de la vie sur Terre25septembre
Formation de la Terre14septembre
Dbut du systme solaire9 septembre
Dbut de la galaxie de la Voie lacte2 mai
Big Bang1erjanvier
-
7/23/2019 Geo Environnmt
37/43
Temps Gologique 2Les vnements du mois de dcembre
Fin du Pliocne. Quaternaire (Plistocne et Holocne). Premiers humains.31 dcembre
Evolution des lobes frontaux dans le cerveau des primates. Premiersanthropodes. Les mammifres gants pullulent.
30 dcembre
Fin de l!re Msozoque. Dbut de l!re Cnozoque et du Tertiaire.Premiers ctacs. Premiers primates.
29 dcembre
Crtac. Premires fleurs. Extinction des dinosaures.28 dcembre
Jurassique. Premiers oiseaux27 dcembre
Triassique. Premiers mammifres.26 dcembre
Fin de l!re Palozoque. Dbut de l!re Msozoque.25 dcembre
Permien. Premiers dinosaures24 dcembre
Carbonifre. Premiers arbres. Premiers reptiles.23 dcembre
Dbut du Dvonien. Premiers insectes. Les animaux colonisent le sol.21 dcembre
Silurien. Premires plantes vasculaires. Les plantes colonisent le sol.20 dcembre
Ordovicien. Premiers poissons. Premiers vertbrs.19 dcembre
Premiers planctons ocaniques. Les trilobites pullulent18 dcembre
Fin du Prcambrien. Dbut du Palozoque et du Cambrien. Les invertbrspullulent.
17 dcembre
Volcanisme intense et formation des canaux sur Mars5 dcembre
Atmosphre oxygne commence se dvelopper sur terre1erdcembre
-
7/23/2019 Geo Environnmt
38/43
Temps Gologique 3Les vnements du 31 dcembre
13 h 30' Apparition du Proconsul et du Ramapithque, anctres probables des
singes et des hommes'23 h 00' Premiers humains23 h 46' Usage gnral d'outils de pierre Domestication du feu par l'homme de
Pkin23 h 56' Dbut de la plus rcente priode glaciaire23 h 58' Des navigateurs s'installent en Australie23 h 59 Intense activit de peinture rupestre en Europe23 h 59' 20" Invention de l'agriculture23 h 59' 35" Civilisation nolithique : premires villes23 h 59' 50" Premires dynasties Sumer, Ebla, et en gypte; dveloppement de
l'astronomie23 h 59' 51" invention de l'alphabet; Empire akkadien23 h 59' 52" Codes d'Hammourabi Babylone; Moyen-Empire en gypte
. 23 h 59' 53" Mtallurgie du bronze; culture mycnienne; guerre de Troie; cultureolmque; invention de la boussole
23 h 59' 54" Mtallurgie du fer: premier Empire assyrien; Royaume d'Isral; fondationde Carthage par les Phniciens
23 h 59' 55" Inde d'Ashoka; dynastie Ch'in en Chine; Athnes de Pricls; naissancedu Bouddha
23 h 59' 56" Gomtrie euclidienne; physique d'Archimde; astronomie de Ptolme;Empire romain; naissance du Christ
23 h 59' 57" Invention du zro et des dcimales dans l'arithmtique indienne;chute de Rome; conqutes musulmanes
23 h 59' 58" Civilisation Maya; dynastie Song en Chine; Empire byzantin; invasionmongole; croisadesRenaissance en Europe; voyages de dcouvertes europens et chinois(dynastie des Ming); apparition de la mthode exprimentale dans lessciences
23 h 59' 59" Dveloppement gnral de la science et de la technologie; mergenced'une culture globale; acquisition des moyens d'autodestruction del'espce humaine; premiers pas dans l'exploration spatiale interplantaireet la recherche de l'intelligence extraterrestre
Aujourdhui est la premire seconde de la nouvelle anne
-
7/23/2019 Geo Environnmt
39/43
Relative Time vs. Absolute Time
Geologists deal with two kinds oftime, relative and absolute.
! Relative timeis the order in which
a sequence of past events
occurred.
! Absolute timeis the time in years,
when a specific event happened.
Today we will deal with relativetime and next class we will look at
the notion of absolute time.
-
7/23/2019 Geo Environnmt
40/43
Relative Time vs. Absolute Time
-
7/23/2019 Geo Environnmt
41/43
Principle of Superposition
The principle of stratigraphic superpositionstates that in any
undisturbed sequence of strata, each stratum or layer is younger than
the stratum below it and older than the stratum above it.
younger strata
older strata
inclined strata?
-
7/23/2019 Geo Environnmt
42/43
Relative Time vs. Absolute Time
-
7/23/2019 Geo Environnmt
43/43
Figures from R. Trompette, La Terre, une
plante singulire, Pour la Science,
Belin, 2003
A. Nicolas, 2050 Rendez-vous
risques, Pour la Science, Belin,
2004