Chapitre 2 - Complexité du système climatique PDF

Le Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Évolution du Climat (GIEC) conclut dans son rapport publié en mars 2023, que le climat continue de changer partout dans le monde et plus rapidement que prévu. Même en limitant le réchauffement climatique, les catastrophes na...

Le Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Évolution du Climat (GIEC) conclut dans son rapport publié en mars 2023, que le climat continue de changer partout dans le monde et plus rapidement que prévu. Même en limitant le réchauffement climatique, les catastrophes naturelles devraient se multiplier. Selon le rapport, la température de la planète devrait augmenter de 2°C d’ici 2100. Le plus pessimiste des scenarios étudiés par le GIEC prévoit même une augmentation de la température de +4°C. Le réchauffement climatique est désormais d’actualité, avec des conséquences "irréversibles pour des siècles ou des millénaires", alerte le GIEC. Le niveau des océans s'est élevé de 20 cm depuis un siècle, et le rythme de cette hausse s’est accéléré durant la dernière décennie avec la fonte des calottes glaciaires. Évolution de la température à la surface de la Terre entre 1968 et 2019. 1968 2019 ©  Thème 1 : Sciences, climat et société Chapitre 2 : La complexité du système climatique Problématique : Quels facteurs agissent sur le système climatique et son évolution dans le temps ? Chapitre 2 : La complexité du système climatique I/ Climatologie et météorologie Problème 1 : Comment distinguer les phénomènes climatiques des phénomènes météorologiques ? Traduction : « Dans le magnifique centre-ouest [de notre pays], les températures atteignent les -60°C, les plus froides jamais enregistrées. On s’attend à encore plus froid dans les jours à venir. Les gens ne peuvent pas rester dehors même pour quelques minutes. Qu’est-ce qu’il t’arrive réchauffement climatique ? Reviens vite, on a besoin de toi ! » Chapitre 2 : La complexité du système climatique I/ Climatologie et météorologie Chapitre 2 : La complexité du système climatique Les données qui relèvent de la météorologie : Document 2a : Relevés de température (°C) du 6 avril Document 2b : L’hygrométrie est une 2021 dans 4 villes françaises grandeur atmosphérique correspondant à la quantité de vapeur d’eau dans l’air. Sa valeur varie entre 0 et 100%. Document 3 : Bulletin météo prévisionnel à Carrières-sur-Seine Chapitre 2 : La complexité du système climatique Les données qui relèvent de la climatologie : Document 4 : Données climatiques de la station de Kourou (Guyane) Document 5 : Carte simplifiée des *Normale (saisonnière ou climatique) : grandes régions moyenne des grandeurs atmosphériques climatiques à la surface observées sur une période longue (en du globe général 30 ans), elle permet de caractériser le climat d’une région. Chapitre 2 : La complexité du système climatique Problème 1 : Comment distinguer les phénomènes climatiques des phénomènes météorologiques ? Bilan 1 La météorologie mesure les grandeurs atmosphériques (température, pression, pluviométrie, vitesse, direction des vents...) à un instant précis et un endroit donné et prévoit leur évolution pour les prochaines heures ou jours. La météorologie étudie donc des phénomènes atmosphériques à court terme. La climatologie permet de définir les climats en utilisant les moyennes des grandeurs atmosphériques sur une longue période (30 ans en général) à l’échelle locale (région, pays) ou globale (planète). Chapitre 2 : La complexité du système climatique Le quaternaire est la période la plus récente sur l’échelle des temps géologique. Elle s’étend de - 2,58 millions d’années à l’époque actuelle et est divisée en deux : le pléistocène suivit de l’holocène. Au cours de cette période, le climat de la Terre a subit des variations naturelles consistant en une alternance de périodes glaciaires et interglaciaires qu’il a été possible de mettre en évidence grâce à des indices géologiques : traces d’anciens glaciers, bulles d’air piégées dans les glaces ou bien encore l’étude des grains de pollen fossiles (paléopalynologie). Chapitre 2 : La complexité du système climatique II/ Les variations climatiques passées Problème 2 : Quels indices géologiques ou écologiques permettent de retracer les variations climatiques passées ? A2 : Les pollens, des indicateurs des climats du passé. Chapitre 2 : La complexité du système climatique => Les indices géologiques des derniers maximums glaciaires Le « Gros Caillou » à Lyon = bloc erratique déplacé par le glacier du Rhône il y a 140 00 ans. Chapitre 2 : La complexité du système climatique Problème 2 : Quels indices géologiques ou écologiques permettent de retracer les variations climatiques passés ? Bilan 2 Il existe différents indices géologiques comme les traces d’anciens glaciers ou l’étude des grains de pollens fossiles (palynologie) qui permettent de reconstituer les variations climatiques passées et d’observer que le climat global de la Terre présente une variabilité naturelle sur différentes échelles de temps (de la centaine d’années à la centaine de millions d’années). Chapitre 2 : La complexité du système climatique III/ Le climat actuel : un bilan radiatif déséquilibré. Quelques indices du réchauffement climatique actuel - Les vendanges se font de plus en plus tôt - l’extension de la banquise diminue Chapitre 2 : La complexité du système climatique - La température mondiale augmente 82 De 1880 à 2018 on a mesuré un réchauffement climatique global d’environ +1°C, ce qui traduit un déséquilibre du bilan radiatif terrestre. Problème 3 : Quelles sont les causes de ce déséquilibre radiatif ? A3 : Origine du réchauffement climatique Chapitre 2 : La complexité du système climatique 5 Chapitre 2 : La complexité du système climatique -Temps de résidence plus long dans l’atmosphère que le CO2. -Capacité à absorber le rayonnement IR plus élevée (un pic à 8 et un pic entre 16 et 17 micromètres) que le CO2 (un pic entre 14 et 17 micromètres). 5  Sur une période de 100 ans, une certaine quantité de protoxyde d’azote pourra donc absorber une plus grande quantité d’énergie que la même quantité de CO2. C’est pourquoi le PRG du protoxyde d’azote est plus élevé que celui du Chapitre 2 : La complexité du système climatique CO2 = 406 ppm N2O = 332 ppb -> ? ppm Pp = partie par million. C’est une unité de mesure souvent utilisée pour mesurer la concentration m d’un gaz dans l’atmosphère. Chapitre 2 : La complexité du système climatique CO2 = 406 ppm N2O = 332 ppb -> ? ppm  On sait que le PRG d’un gaz dépend également de sa concentration dans l’atmosphère. Or, le CO2 est beaucoup plus présent que le N2O (406 ppm contre 0,33 ppm). Pp = partie par million. C’est une unité de mesure souvent utilisée pour mesurer la concentration m d’un gaz dans l’atmosphère. Chapitre 2 : La complexité du système climatique Schéma fonctionnel (liens de causes/conséquences) présentant l’origine du déséquilibre radiatif actuel : Chapitre 2 : La complexité du système climatique Augmentation de la température globale = réchauffement climatique Chapitre 2 : La complexité du système climatique Problème 3 : Quelles sont les causes de ce déséquilibre radiatif ? Bilan 3: Pour rappel, lebilan radiatif terrestre est la différence entre la puissance reçue solaire par la planète et celle réfléchie (albédo) à laquelle s’ajoute celle réémise vers l’espace sous forme de rayonnement infrarouge. Si le bilan radiatif est à équilibre, la température moyenne de la Terre est stable. Or, le réchauffement climatique actuel traduit un bilan radiatif déséquilibré. A cause desactivités humaines (combustion de charbon, de pétrole et de gaz, la production de ciment, la déforestation…) depuis gaz l’èreà effet industrielle, de serre (Méthane, la CO2, vapeur d’’eau, de proportion protoxyde d’azote…) dans l’atmosphère,augmente ce qui entraine l’augmentationforçage du radiatif au niveau de l’atmosphère. L’augmentation de l’effet de serre se traduit par une élévation de la température moyenne de l’atmosphère et donc celle de la Chapitre 2 : La complexité du système climatique IV/ Rétroactions et climat Libération de GES +++ Activités Augmentation effet humaines de serre Forçage radiatif positif  Déséquilibre du bilan radiatif terrestre  Augmentation de la température globale Problème 4 : Quels mécanismes amplificateurs ou amortisseurs se mettent en place suite à la hausse de la température moyenne globale ?  Libération de GES +++ Activités Végétalisation (6) Augmentation effet humaines de serre Forçage radiatif positif Augmentation T° des Augmentation  Déséquilibre du bilan radiatif terrestre océans (1)  Augmentation de la température globale évaporation de l’eau (4&5) Fontes des glaces et des neiges (2) F Rétroaction positive = mécanisme amplificateur Rétroaction o permafrost (3) négative = mécanisme amortisseur n Chapitre 2 : La complexité du système climatique Zones chaudes, où l’océan relâche du CO2 dans l’atmosphère Zones froides, où l’océan absorbe du CO2 atmosphérique Le CO2 est beaucoup plus soluble dans l’eau froide que dans l’eau chaude  Libération de GES +++ Absorption de CO2 Activités réduite dans les Augmentation effet humaines océans de serre Forçage radiatif positif Augmentation T° des  Déséquilibre du bilan radiatif terrestre océans (1)  Augmentation de la température globale Rétroaction positive = mécanisme amplificateur Rétroaction négative = mécanisme amortisseur Chapitre 2 : La complexité du système climatique  Libération de GES +++ Absorption de CO2 Activités réduite dans les Augmentation effet humaines océans de serre Forçage radiatif positif Augmentation T° des  Déséquilibre du bilan radiatif terrestre océans (1)  Augmentation de la température globale Diminution albédo terrestre Fontes des glaces et des neiges (2) Rétroaction positive = mécanisme amplificateur Rétroaction négative = mécanisme amortisseur Chapitre 2 : La complexité du système climatique Chapitre 2 : La complexité du système climatique  Libération de GES +++ Absorption de CO2 Activités réduite dans les Augmentation effet humaines océans de serre Forçage radiatif positif Augmentation T° des  Déséquilibre du bilan radiatif terrestre océans (1)  Augmentation de la température globale Diminution albédo Augmentation de terrestre l’effet de serre Fontes des glaces et des neiges (2) Libération de CH4 et CO2 F Rétroaction positive = mécanisme amplificateur Rétroaction o permafrost (3) négative = mécanisme amortisseur n Chapitre 2 : La complexité du système climatique  Libération de GES +++ Absorption de CO2 Activités réduite dans les Augmentation effet humaines Augmentation de océans de serre l’albédo (nuages blancs) Augmentation Forçage radiatif positif Augmentation T° des évaporation  Déséquilibre du bilan radiatif terrestre océans (1) de l’eau (4&5)  Augmentation de la température globale Diminution albédo Augmentation de terrestre l’effet de serre Fontes des glaces et des neiges (2) Libération de CH4 F Rétroaction positive = mécanisme amplificateur Rétroaction o permafrost (3) négative = mécanisme amortisseur n Chapitre 2 : La complexité du système climatique  Libération de GES +++ Absorption de CO2 Activités réduite dans les Augmentation effet humaines Augmentation de océans de serre l’albédo (nuages blancs) Augmentation Forçage radiatif positif Augmentation T° des évaporation  Déséquilibre du bilan radiatif terrestre océans (1) de l’eau (4&5)  Augmentation de la température globale Augmentation de la vapeur d’eau Diminution albédo dans l’atmosphère Augmentation de terrestre l’effet de serre Fontes des glaces et des neiges (2) Libération de CH4 F Rétroaction positive = mécanisme amplificateur Rétroaction o permafrost (3) négative = mécanisme amortisseur n Chapitre 2 : La complexité du système climatique Doc 2 : Modélisation de l’absorption du CO2 par la forêt amazonienne. La carte du haut montre l’âge des arbres en 2008 ; celle du bas, les résultats d’une modélisation à l’absorption de carbone de 2008 à 2048. ha : hectare.  Libération de GES +++ Absorption de CO2 par les plantes en croissance Diminution effet de Absorption de CO2 Activités Végétalisation (6) serre réduite dans les Augmentation effet humaines Augmentation de océans de serre l’albédo (nuages blancs) Augmentation Forçage radiatif positif Augmentation T° des évaporation  Déséquilibre du bilan radiatif terrestre océans (1) de l’eau (4&5)  Augmentation de la température globale Augmentation de la vapeur d’eau Diminution albédo dans l’atmosphère Augmentation de terrestre l’effet de serre Fontes des glaces et des neiges (2) Libération de CH4 F Rétroaction positive = mécanisme amplificateur Rétroaction o permafrost (3) négative = mécanisme amortisseur n Chapitre 2 : La complexité du système climatique Bilan 4: l’augmentation Le forçage radiatif positif à l’origine de de la résulte d’un bilan radiatif du déséquilibre température terrestre : la terre globale qu’elle n’en réémet. Ce reçoit plus d’énergie phénomène est amplifié par : - L’augmentation de la température des océans. - La diminution de l’albédo terrestre suite à la diminution des surfaces glaciaires. - La libération de gaz à effet de serre issus de la fonte du permafrost. - L’augmentation de la concentration en vapeur d’eau liée à l’évaporation de l’eau sur Terre. Le On forçage parle deradiatif peut aussi rétroactions amoêtre positives (mécanismes amplificateurs) par : rti - Le stockage du CO2 par les plantes en croissance (puit de carbone à court terme) - L’augmentation de l’albédo atmosphérique suite à l’évaporation de l’eau entrainant la formation de nuages. On parle alors rétroactions de (mécanismes amortisseurs) négatives Chapitre 2 : La complexité du système climatique V/ L'océan, un acteur clé du climat https://www.youtube.com/watch?v=ToTVmuT9v3s Les océans représentent 70 % de la surface du globe. Il existe de nombreuses interactions entre les océans et le système climatique ; interactions qui pourraient être déterminantes dans l’évolution du climat. D’après le dernier rapport du GIEC (Groupe d’experts intergouvernementale sur l’évolution du climat), le niveau des océans devrait augmenter de 30 centimètres d’ici à 2050 (1 mètre environ d’ici 2100). Problème 5 : Comment expliquer l'élévation du niveau marin lié au réchauffement climatique ? Hypothèses ? Chapitre 2 : La complexité du système climatique A5 : Fonte des glaces et variation du niveau des océans Glacie Banqu r ise contine ntal Niveau de l’eau Début de l’expérience Fin de l’expérience  Seule la fonte des glaces continentales a un impact sur l’élévation du niveau des océans. La fonte de la banquise ne participe pas à l’élévation du niveau des océans. Chapitre 2 : La complexité du système climatique Niveau de l’eau Niveau de l’eau  Dilatation : augmentation du volume d’un corps sous l’effet dethermique sa de l’augmentation température Chapitre 2 : La complexité du système climatique Problème 5 : Comment expliquer l'élévation du niveau marin liée au réchauffement climatique ? Réchauffement climatique + Fonte des glaces continentales Dilatation thermique de l’eau Augmentation du niveau des océans Chapitre 2 : La complexité du système climatique Problème 5 : Comment expliquer l'élévation du niveau marin liée au réchauffement climatique ? Bilan 5 : L’énergie supplémentaire associé à l’augmentation du forçage radiatif positif est essentiellement stockée par les océans, provoquant leur dilatation thermique, mais également par les sols entraînant la fonte des glaces et l’augmentation de la température du sol. Il en résulte une montée du niveau des océans en majeure partie due à la dilatation thermique à laquelle s’ajoute la fonte des glaces continentales. En revanche, la fonte de la banquise n’a aucune influence sur le niveau Lorsque l ’ énergie accumulée dans les océans sera relarguée dans des océans. l’atmosphère, cela va provoquer un changement climatique irréversible à des échelles de temps de plusieurs siècles. Chapitre 2 : La complexité du système climatique © Méduse communication (CNRS) Ces sont programmes extrêmem des sophistiqués informatiques qui englobent notre compréhension ent du système et simul avec autantde fidélité climatique possible qui les ent complexes que entre interactions l’océan, surface la ,l’atmosphère, neige et la , mondial la terrestre et glace divers processus chimiquesl’écosystè et biologiques. me  La modélisation sur ordinateur est l’unique moyen de se Chapitre 2 : La complexité du système climatique Chapitre 3 Le climat du futur Problème 1 : Quelles seront les conséquences du changement climatique d’ici à la fin du siècle ? A6 : Projections climatiques pour le climat de demain