la dynamique externe de la Terre
Climats et phénomènes climatiques
I- les climats actuels
1- Définition et généralités :
Le climat se définit comme étant l’ensemble des conditions atmosphériques d’une région.
Il est déterminé à partir de données statistiques mesurées sur une période plus ou moins
longue.
C'est un phénomène imprévisible et capricieux.
Le climat varie dans l'espace et dans le temps. La connaissance de la dynamique des
climats actuels est l'une des clés pour analyser les climats du futur.
Les climats résultent de trois ensembles de facteurs :
- les facteurs cosmiques (la source d'énergie solaire : variation de l'activité solaire) ;
- les facteurs planétaires (répartition de cette énergie en fonction de la sphéricité de la
Terre, de ses mouvements ; de l'état, en même temps que du dynamisme de l'atmosphère) ;
- les facteurs géographiques (les terres, le lien entre l'atmosphère et les océans, les
reliefs, la végétation, les volcans, les installations humaines, etc..) ;
2- Rôle de l'énergie solaire
- Le soleil est le plus gros objet du système solaire avec:
· Diamètre : 1,4millions de Km
· Masse : 2 x 1030 Kg (300 000 fois celle de la terre) correspond à 99,8 % de
la masse du système solaire
· Énergie solaire : fournie par la fusion nucléaire (hydrogène essentiellement)
à partir de deux réactions :
Chaîne proton-proton (pp) représente 88%:
ce sont des réactions de fusion nucléaire par lesquelles les
étoiles transforment l’hydrogène en hélium. Dans un premier temps on a la formation
du deutérium à partir de deux noyaux d’hydrogène, et dans un deuxième temps la
formation d’un atome d’hélium. la première étape dure autour de 10 milliards d’année.
Chaîne Carbone-azote-oxygène CNO 12%:
cette réaction se passe en six étapes avec un bilan global identique à
la précédente.
La terre reçoit
- 1370 W/m2
- 180 x 1015 W (énergie externe)
- 42 x 1012 W (énergie interne)
Variations
- entre le jour et la nuit
- en fonction des saisons
- en fonction de la latitude
· Importance de l’Energie solaire
- 70 % absorbée (gain)
- 30 % réfléchie (perte)
- Conséquences :
L'énergie solaire chauffe les masses d’eau- Evaporation (plus de
mille milliards de tonnes par jour)
-> Condensation
-> Nuages
->Pluies grêle, neige
Chauffe les masses d’air qui devient moins dense –
Montée des masses d’air chaud
Descente des masses d’air froid
Formation des vents vagues
Tous les processus de la géodynamique externe de notre planète sont conditionnés par
l’énergie solaire.
3- L'eau
Plusieurs hypothèses ont été avancées pour expliquer la présence de l'eau sur terre.
L'hypothèse la plus courante est celle des chondrites carbonées (météorites pierreuses). La
deuxième hypothèse est celle des comètes, lesquelles en s'écrasant sur la terre libèrent une
certaine quantité d'eau. Enfin certains scientifiques pensent que les enveloppes formant la terre contenaient, lors de la formation de notre planète, de l'eau sous forme de vapeur et que le
dégazage de celles-ci en est à l'origine.
Cette eau est caractérisée par:
· Sa densité = 1
· Sa grande inertie thermique
· Énorme réservoir des océans
· sous forme de trois (3) états : gaz, liquide et solide (grâce aux conditions de
pression et température)
Remarque : la terre est la seule planète du système solaire qui possède l'eau sous forme
liquide.
4- Atmosphère
Enveloppe de gaz et de poussière (particules) entourant la terre.
Constitué dans le cas de la terre de 4 couches
- constituants gazeux
· les constituants majeurs :
o dioxygène 20,94% (en volume) 23,14% (en masse)
o diazote 78,03% (en volume) 75,63% (en masse)
o l’argon 0,93 %
· les constituants mineurs :
• le CO2 373 ppmV
• les gaz rares 24 ppmV
• le méthane 1,4 ppmV
• les oxydes nitreux 0,5 ppmV
• l’hydrogène 0,5 ppmV
• l’Ozone 0,07 ppmV
· les constituants anthropiques :
CO2, CH4,
Le gaz carbonique et le méthane sont considérés comme anthropiques car leurs taux ont
augmenté énormément avec l'activité humaine. Ainsi les taux de ces deux produits
chimiques ont évolué selon les valeurs suivantes:
O3
• Trioxygène formé de 3 atomes d’oxygène,
• découvert en 1839,
• gaz légèrement bleuté,
• le seul constituant atmosphérique capable de filtrer le rayonnement UV
• Deux types
• Stratosphérique (le bon) protège des UV
• Troposphérique (le mauvais) car il est toxique à la respiration et provient
essentiellement des combustibles fossiles.
Les Fréons (les chlorofluorocarbures ou CFC)
• composés incolores, inodores, ininflammables,
• les premiers éléments sont apparus dans les années 30 comme réfrigérants puis comme
gaz propulseurs.
• Ils ont été utilisés après dans les solvants, les extincteurs, la mousse de la matière
plastique jusqu’à leur interdiction récente.
5- les océans
Définis comme étant une grande étendue d’eau salée, les océans et les mers occupent 71%
de la surface terrestre. C’est un volume dont les eaux sont en permanence renouvelées par des
courants marins.
Ils subissent en fonction de leur situation géographique une évaporation plus ou moins
importante. Ils sont le siège d’échanges aussi bien en surface qu’en profondeur ; ce qui leur
confère un rôle essentiel dans la régulation climatique.
a- Caractéristiques morphologiques
lateau continental : la Profondeur est
variable, avec une moyenne mondiale autour de 200 mètres.
Largeur variable pouvant varier de quelques mètres jusqu’à des centaines de km.
La pente moyenne est de 0,2 % ou moins de 1°
Talus continental : profondeur comprise en moyenne entre 200 m à 2500 m.
une Pente moyenne de 3 à 6% 1 (5°)
Glacis continental : 2500 à 3000 m de
profondeur. Pente moyenne 0,2 % (moins de 1°)
Plaine abyssale : 4000 à 5000 m de profondeur voire 6000m
Fosse océanique : D’une profondeur qui peut dépasser les 11000 mètres (le cas de la fosse des Mariannes), elle représente soit une ride médio-océanique soit la frontière de divergence entre deux plaques tectoniques.
Remarque : les profondeurs indiquées ne sont en aucun cas des valeurs absolues.
Le passage d’une zone à l’autre est donné par la rupture de pente.
Notion de marge continentale : c’est la zone marine qui se trouve dans le prolongement
immédiat des continents. On définit deux types de marge continentale :
- Marge continentale passive : constituée d’un plateau continental, d’un talus
continental, d’un glacis continental et l’absence d’une activité sismique. C’est le cas
de la marge atlantique marocaine.
- Marge continentale active : caractérisée par un plateau continental réduit ou inexistant,
un talus continental, une fosse océanique et une activité sismique. Cette dernière est
du en grande partie à du volcanisme. Cas de la plupart des marges bordant l’océan
Pacifique.
b- Caractéristiques physicochimiques
Les gaz dissouts dans l’eau de mer sont constitués essentiellement d’azote( 64% ) et
d’oxygène (34%). Ces valeurs diminuent quand la température et la salinité augmentent. La
proportion de CO2 est 60 plus forte dans la mer que dans l'air (1,8% au lieu de 0,03%).
· Température
Elle est variable, de 30°C, jusqu'à 0°C. Elle peut devenir négative dans certaines régions.
Elle varie en fonction de la profondeur et de la latitude
Légèrement alcalin, 7,5 à 8,2, il dépend de la photosynthèse donc de la teneur en
Carbone.
· Salinité
C’est la principale caractéristique du domaine marin. Elle est définie comme étant la
quantité totale des résidus solides (en grammes) contenu dans 1 kg d'eau de mer. Cette salinité
n’est pas uniforme dans toutes les mers. C’est un équilibre entre les eaux apportées par les
fleuves et les pluies et l’évaporation
exemples
moyenne des océans 35 g/l,
Méditerranée 37 g/l
Atlantique nord 30 g/l
mer Rouge 40 g/l
mer Baltique 6 g/l
mer Morte 330 g/l
c- Caractéristiques hydrodynamiques
· Généralités
Les mouvements des masses d’eau sont générés par :
- les hétérogénéités de température
- les écarts de salinité,
- la rotation de la Terre (à l'origine de la force de Coriolis)
- la circulation des masses d'air au niveau de la surface libre
Les courants sont causés par :
- des différences de température entre l'équateur et les pôles
- des écarts de salinité.
Remarque : Force de Coriolis. Toute masse fluide en mouvement à la surface de la terre
est influencée par un phénomène appelé la force de Coriolis qui dévie sa trajectoire vers
la droite dans l'hémisphère nord et vers la gauche dans l'hémisphère sud. Cette force
formulée par l'expression suivante,
, est maximum aux pôles et nulle auniveau de l'équateur.
La circulation de surface : L’ensoleillement inégal de la surface du sol et des océans est à
l’origine des vents. Ceux-ci vont provoquer d’une part, les vagues, et d’autre part vont
transmettre une énergie cinétique qui est à l’origine des courants de surface, représentés
essentiellement par les alizées.
La circulation profonde : Dans les océans les eaux sont stratifiées en fonction de la
densité. L’origine et le comportement des masses d’eau ont pu être déterminés par l’étude de
la température et de la salinité.
La circulation thermohaline
Circulation permanente due à des écarts de température et de salinité des masses d'eau avec:
Profondeur jusqu’à 1000 à 3000m
Les eaux sont stratifiées
Un impact aujourd'hui mal mesuré sur le climat.
Circulation très lente 1mm/s, et transporte 20 x 106 m3/s
La thermocline :
C’est une couche de transition entre les eaux de surface chaudes et les profondes plus
froides (200 à 800m). Elle correspond à une zone de changement rapide de la température.
· principaux courants marins :
o Les marées : attraction gravitationnelle exercée par un astre (Soleil et
Lune dans le cas de la terre). Cette attraction va entrainer une
déformation
Flot : courant créé par la marée haute.
Jusant : courant crée par la marée basse
o Dérive littorale : migration progressive le long du littoral de masses desédiment sous l’action de houles obliques par rapport à la côte. Ce
courant peut provoquer parfois des érosions importantes, surtout en
période de tempête.
o Turbidité : créé par le glissement de sédiments sur une pente (Talus
continental, fosse océanique, Canyon sous marin..). ce courant dépend
du poids des sédiments et de la pente. Il peut être provoqué par des
séismes ou des explosions artificielles.
o Upwelling : courant marin ascendant, remontant vers la surface. Il est
dû à des conditions météorologiques particulières, vent, pression
atmosphérique, évaporation. Il a deux conséquences :
- l’établissement d’un courant des eaux froides vers la surface
- remontée vers la surface des nutriments, ce qui aura pour
conséquence un enrichissement des eaux en de surface en
biomasse.
o Le Gulf Stream prend naissance dans le Golf du Mexique, il est
constitué de la fusion du courant de Floride, du courant de Cuba et du
courant nord équatorial. C’est un courant chaud de 24°C à 28°C. C’est
un véritable fleuve, de 80 à 150 km de large, 800 à 1200 m de
profondeur, Vitesse de 2,5 m/s (9 km/h), et dont les bords sont visibles
à l'oeil nu. Il est en partie responsable du réchauffement des côtes
européennes.
II- les climats anciens ou paléoclimats
Un paléoclimat est l’ensemble des conditions atmosphériques ayant régné sur
une région donnée, pendant une période donnée.
1- Les archives de la terre
a- les archives continentales
Les empreintes et les matériaux. Abandonnés par les masses glaciaires
– sillons et cannelures = sens d’écoulement
– moraines : plusieurs types de moraines en fonction de leur lieu de situation,
dans le glacier. les moraines quand elles sont compactées ◊des Tillites.
– Remarque: Pb les moraines sont souvent difficiles à dater à cause de la rareté
de la matière organique
Les biomes végétaux : les végétaux sont souvent liés aux conditions climatiques
grâce à l’analyse des pollens qui sont des structures très résistantes à la dégradation.
– les arbres et surtout les chênes correspondent à des épisodes chauds.
– Les plantes herbacées indiquent plutôt des épisodes froids.
b- les archives glaciaires
Les 500 000 dernières années sont les mieux connues grâce aux archives
glaciaires.
La formation des glaciers à partir de la neige est un assemblage de cristaux
dont la taille dépend de la Pression.
À basse température (-30 à - 40°) cette Pression est basse ◊ de petits cristaux
en forme de prisme
Quand la température est plus élevée ◊ des formes plates dendritiques ou en
aiguilles.
– Remarque
La composition de l’air recueilli est un témoin fidèle de celle de l’atmosphère
passée
Les calottes glaciaires recueillent une partie des poussières et des aérosols
contenus dans l’atmosphère, et constituent donc un indicateur des temps passés
c- les archives marines
Les sédiments océaniques fournissent des associations des microfossiles qui
permettent de reconstruire les conditions climatiques d’une région
Comparer les pourcentages des différentes espèces microfossiles dans les
sédiments de surface récents aux températures moyennes mensuelles actuelles et on
note les températures moyennes mensuelles par rapport à l’abondance des différentes
espèces
Certaines roches sédimentaires sont liées à un climat chaud c’est le cas des
évaporites ex : le Gypse.
D'autres sont liées à un climat froid ex: les tillites
Certaines espèces animales marines sont liées à des climats chauds ex: Patella
ferruginea
D’autres espèces sont liées à des climats froids ex: Cyprina islandica
d- les isotopes stables
Certains isotopes ont la propriété de rester stables pendant le temps (H, O, C, N, O, S).
Pour l'oxygène, il existe plusieurs isotopes dont les plus courants sont l'oxygène 18 (O18) l'oxygène 16 (O16).
Si on prend comme référence la période actuelle avec une variation de l'O18 = 0 des eaux marines. Alors en période froide, l'eau de mer sera enrichie en O18, à l'inverse en période chaude on aura une mer appauvrie en O18.
Cet état va se répercuter sur le rapport O18/O16 des tests des différents
organismes.
2- Les grandes variations climatiques
- les climats Précambriens
· le paradoxe archéen
A la formation de la terre, celle-ci recevait 75 % d’ensoleillement par rapport à l’actuel ; ce qui devrait donner une planète totalement recouverte de glace. Ce qui n'a pas été le cas.
Explication :
- Dégazage de la croûte terrestre quantité importante de CO2
- Vapeur d’eau très élevée à cause d’une importante surface océanique
Ces deux facteurs sont à l’origine de l’effet de serre
· les glaciations huroniennes
- vers - 2,3 milliards d’années : coïncide avec l’expansion des stromalites
- fin du Précambrien : 3 glaciations
940 Millions d’année
770 Millions d’années
615 millions d’années
Obliquité du plan de l’Ecliptique
- le Paléozoïque (570-250 millions d’années)
Période chaude sauf l’Ordovicien avec une brève période glaciaire
La forêt carbonifère (dépôts de charbon)
Le climat devient ensuite plus froid et plus sec annonçant la glaciation permienne
- le Mésozoïque
Longue période chaude tous les continents sont soudés Pangée
Climat chaud et sec type continental
La plus grave crise de la biosphère (90% des espèces disparaîtront)
le niveau de la mer estimé 200 à 300m plus haut
Fin du crétacé refroidissement bref.
DIPARITION DE DINOSAURES
- Le Cénozoïque : période la mieux connue
Eocène : les températures sont encore élevées à la fin (vers 34 Ma), refroidissement sévère du climat.
Ces variations ne sont pas identiques partout. Elles sont fonction, entre autres, des courants marins (fermeture de la Téthys et ouverture de l’Atlantique, le Pacifique et l’Océan indien)
Les glaciations quaternaires (4 en Méditerranée)
· le Gunz de 1,6 à 1,3 Ma BP
· le Würm de 0,9 à 0,7 Ma BP
· Le Riss de 0,55 à 0,4 Ma BP
· Le Mindel 0,1 à 0,01 Ma BP
Remarque : Au Maroc et d’une façon générale en Afrique du Nord et dans les régions
intertropicales, il y a très peu de trace de vraies périodes glaciaires et de ce fait on
utilise la terminologie de pluvial et d’interpluvial.
En paléoclimatologie, on nomme pluviale une période de précipitations
abondantes et violentes, suivies de périodes plus sèches, dites interpluviales. Ces
alternances de climat ont produit leurs effets, au cours du Quaternaire, dans la zone
intertropicale. Il est à noter que l'on utilise parfois le mot pluviaire, par analogie avec
glaciaire, pour désigner la période pluviale.
Le problème le plus important à résoudre pour le Quaternaire est celui de la
concordance existant ou non entre les glaciaires et les interglaciaires des zones
tempérées et froides actuelles et les pluviaux et les interpluviaux des zones
intertropicales. Si, en ce qui concerne l'ouest des États-Unis et le nord du Sahara, il
semble bien que les pluviaux correspondent aux glaciaires, au moins dans leurs
grandes lignes, il n'en est pas de même pour la bordure méridionale du Sahara, où
c'est l'inverse qui se produit.
3- les grandes crises biologiques
Une crise biologique correspond à une extinction massive d’êtres vivants
Elle touche des taxons variés.
Elle a des conséquences sur une grande échelle.
Elle a lieu sur une échelle géologique courte. (10 000 à 1 million d’années).
La terre a connu plusieurs grandes biologiques, mais deux sont particulièrement
importantes :
- Crise crétacé-tertiaire
* Domaine marin
Disparition de 15% des familles, 45% des genres, 76% d’espèces
Disparition de 80% du plancton
Disparition ou forte diminution des ammonites, des bélemnites, des rudistes et des
reptiles marins.
Seuls les animaux des grands fonds ne sont pas touchés
• Domaine continental
– Pas de changement notable au niveau de la végétation
– Tous les dinosaures et reptiles volants disparaissent
– Les vertébrés sont touchés d’une façon inégale
– Seuls les organismes d’eau douce sont épargnés
• Autres événements
-Régression marine
-Baisse de la température de 5° en moyenne
-Intense volcanisme (trapps du Deccan)
- Un niveau riche en Iridium
-Quartz choqués
-Magnétites nickélifères
- Trace d’un impacte de météorite de 250 km de diamètres
- Crise du Permo-Trias
+ 83% des genres et 96% des espèces du milieu marin seront touchés
+ Ammonites, brachiopodes, échinodermes, bryozoaires seront particulièrement touchés.
+ 75% des familles de vertébrés et 63% des insectes disparaitront
+ Sur le plan géologique:
o Formation de la Pangée au Permien
o Régression marine
o Dépôts d’évaporites
+ Sur le plan climatique
o Glaciation du Permien
o Tendance à l’aridité
o Climat plus chaud et mois contrasté entre les pôles et l’équateur
III- Zones climatiques
1- Zone équatoriale
0 à 20° de latitude
Caractérisée par :
Des pluies abondantes
Des pressions faibles
2- Zone tropicale
• Zone des déserts chauds
• 20 à 30° de latitude
• Caractérisée par
– Des pluies faibles
– Des pressions élevées
3- Zone tempérée
30 à 60° de latitude
Pressions basses
Pluies importantes
Elle comporte 3 types de climat:
Climat méditerranéen
Assez chaud et sec
Climat continental
Variations importantes de températures
Climat océanique
Variations faibles de température
4- Zone polaire
Zone des déserts froids (ex l'Alaska)
Hautes Pressions
Pluies faibles
IV- quelques phénomènes climatiques
1- L’effet de serre : c'est un processus naturel ayant comme conséquence le réchauffement de la planète. D'une façon générale il s'agit pour un corps qui reçoit
de l'énergie électromagnétique d'avoir, à sa surface, une température supérieure à une situation sans effet de serre.
Si on prend le cas de la terre, sans effet de serre, la température moyenne à la surface serait de –18°C. Ce qui donnerait une terre recouverte de glace, ce qui n'est pas bien sur le cas; car la température moyenne réelle est de + 15°C; et c'est l'effet de serre qui est responsable de cet état.
En effet l'atmosphère actuelle s'enrichit en gaz à effet de serre (G.E.S.), ce qui augmente la température de la basse atmosphère par réémission des infrarouges. Ces gaz sont le gaz carbonique, le méthane, l'ozone troposphérique et les chlorofluorocarbures (C.F.C)
2- El Niño : apparaît au mois de Décembre (Noel, d'où le nom de l'enfant Jésus) sur les côtes péruviennes et caractérisé par:
- une augmentation anormale de la température des eaux.
- Raréfaction des poissons
- Pressions atmosphériques augmentent à l'ouest du Pacifique, alors qu'elles diminuent sur la côte américaine.
- Pluies rares du coté de l’Indonésie et Australie
Les figures ci-dessous donnent l'explication du phénomène. Celles-ci montrent que c'est l'arrêt des alizées qui va entrainer l'arrêt de l'Upwelling.
Cas normal
Cas El Niño
3- les tornades : ce sont des tempêtes tourbillonnantes très intenses se manifestant
par un entonnoir nuageux accordé à la base d'un cumulus_nimbus
s'accompagnant de pluie voir d'un orage ou de grêle.
4- Un cyclone : Un cyclone est une perturbation atmosphérique sous l'aspect
d’une grosse masse nuageuse en bandes spirales, associé à une dépression très
creuse avec des vents tourbillonnant de plus de 120 km/h
5- Les orages :Ce sont des perturbations atmosphère violentes, accompagnées
d'éclairs accompagnés de coups de tonnerres au milieu des rafales, d'averses
de pluie voir de grêle.
6- Les tempêtes : c'est une perturbation due à des basses pressions
atmosphériques. Caractérisées par des vents violents qui tournent autour d'un
centre dépressionnaire, dans le sens inverse d'une aiguille d'une montre dans
l'hémisphère nord et inverse dans l'hémisphère sud.
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