Fiche de révision : Climat, cryosphère et atmosphère

📋 Plan du Cours

1. Météo et climat
2. Effet de serre et bilan énergétique
3. Cryosphère et glaces terrestres
4. Glaciers, albédo et niveau marin
5. Pergélisol et rétroactions climatiques
6. Origine et évolution de l’atmosphère
7. Oxygénation des océans et atmosphère
8. Rayons UV et apparition de la vie terrestre

📖 1. Météo et climat

🔑 Notions clés & Définitions

• Météo : Décrit l’état de l’atmosphère à un endroit et à un moment donné ou sur une courte période.
• Climat : Correspond aux conditions atmosphériques moyennes et à leur variabilité dans une région, étudiées sur une longue durée, souvent 30 ans ou plus.
• Paramètre climatique : Grandeur utilisée pour caractériser le climat, comme la température, les précipitations, l’humidité, le vent ou la pression.

★ À maîtriser

📌 Le changement climatique est une modification durable des caractéristiques du climat, tandis que le réchauffement climatique est une augmentation durable de la température moyenne de la surface de la Terre.

Compléments

📌 Une anomalie de température est l’écart entre une température mesurée et une température de référence, tandis que la variabilité climatique désigne les variations naturelles du climat autour de ses valeurs moyennes à différentes échelles de temps.

💡 Astuce mémo

Météo : court terme ; climat : moyennes sur la durée

📖 2. Effet de serre et bilan énergétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Gaz à effet de serre : Gaz qui absorbe une partie du rayonnement infrarouge émis par la Terre et le réémet.
• Forçage radiatif : Modification du bilan énergétique du système climatique provoquée par une perturbation.

📝 Points essentiels

📌 L’effet de serre naturel contribue à maintenir une température compatible avec la vie, tandis que l’effet de serre additionnel est le renforcement de ce phénomène lié à l’augmentation de certains GES dans l’atmosphère.

• Dans l’effet de serre, la surface terrestre réchauffée par le rayonnement solaire émet un rayonnement infrarouge, dont une partie est absorbée puis réémise vers la surface par les GES atmosphériques.

💡 Astuce mémo

GES absorbent l’infrarouge → ils en réémettent une partie vers la surface

📖 3. Cryosphère et glaces terrestres

🔑 Notions clés & Définitions

• Cryosphère : Ensemble des parties de la surface terrestre où l’eau est présente sous forme solide pendant une période significative, notamment la neige, les glaciers, les calottes glaciaires, la banquise et le pergélisol.
• Glacier : Masse de glace continentale issue de l’accumulation et de la transformation de la neige, qui s’écoule lentement sous l’effet de la gravité.
• Pergélisol : Sol ou sous-sol dont la température reste inférieure ou égale à 0 °C pendant au moins deux années consécutives.
• Calotte glaciaire : Très vaste masse de glace continentale couvrant une partie importante d’un territoire.

📝 Points essentiels

📌 La banquise est de la glace formée par le gel de l’eau de mer, tandis qu’un iceberg est un bloc de glace provenant principalement d’une masse continentale et flottant dans l’océan.

📖 4. Glaciers, albédo et niveau marin

🔑 Notions clés & Définitions

• Albédo : Proportion du rayonnement solaire réfléchi par une surface ; il est généralement élevé pour une surface claire et plus faible pour une surface sombre.

★ À maîtriser

📐 Formule - Le bilan de masse d’un glacier est donné par $\text{Bilan de masse} = \text{accumulation} - \text{ablation}$.

📌 L’accumulation correspond aux gains de glace, notamment par la neige, les précipitations solides et le regel, tandis que l’ablation correspond aux pertes de glace, notamment par la fonte, la sublimation et le vêlage.

📌 Un glacier gagne de la masse si l’accumulation dépasse l’ablation, est à l’équilibre si elles sont égales et perd de la masse si l’accumulation est inférieure à l’ablation.

• La fonte de la neige et de la glace diminue l’albédo, augmente l’énergie solaire absorbée et amplifie le réchauffement initial.

📌 Le réchauffement des océans élève le niveau marin par dilatation thermique, tandis que la fonte des glaciers et des calottes continentales l’élève en ajoutant de l’eau aux océans.

Compléments

📌 La fonte de la banquise ne provoque pas directement une hausse importante du niveau marin, car la glace flottante déplace déjà de l’eau.

💡 Astuce mémo

Moins de glace → albédo plus faible → davantage d’énergie absorbée

📖 5. Pergélisol et rétroactions climatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Rétroaction positive : Mécanisme qui amplifie la perturbation initiale.

★ À maîtriser

• Le réchauffement peut dégeler le pergélisol, favoriser la décomposition de la matière organique et libérer du CO₂ et du CH₄ qui renforcent l’effet de serre.

Compléments

• L’augmentation des GES renforce l’effet de serre et élève la température moyenne, tandis que le recul du pergélisol peut contribuer à cette hausse en libérant du CO₂ et du CH₄.

💡 Astuce mémo

Dégel → décomposition → CO₂ et CH₄ → effet de serre renforcé

📖 6. Origine et évolution de l’atmosphère

★ À maîtriser

• La baisse de la température et de la pression atmosphérique a entraîné la liquéfaction de l’eau, qui a rejoint les océans par gravité.

Compléments

• L’atmosphère primitive, apparue vers 4,6 Ga, contenait selon les notes 80 % d’eau, 15 % de CO₂, 5 % de diazote et des traces de méthane.

• Les gaz volcaniques étaient composés de 82 % de H₂O, 14 % de CO₂ et 4 % de N₂.

• Le dégazage intense du manteau terrestre s’est produit pendant les 150 premiers millions d’années de l’histoire de la Terre.

• Le bombardement de météorites et de comètes a apporté de l’eau et, par dégazage, des constituants ayant influencé l’atmosphère primitive ; les gaz dégagés par une chondrite chauffée étaient composés de 78 % de H₂O, 20 % de CO₂ et 2 % de N₂.

• L’atmosphère actuelle contient environ 78 % de N₂, 21 % de O₂ et des traces de CO₂, indiqué à 400 ppm dans les notes.

• La quantité absolue de diazote atmosphérique est restée globalement stable depuis la formation de l’atmosphère terrestre.

💡 Astuce mémo

Dégazage et apports météoritiques → refroidissement → liquéfaction de l’eau

📖 7. Oxygénation des océans et atmosphère

★ À maîtriser

• Dans les océans, le dioxygène oxyde les ions Fe²⁺ dissous en ions Fe³⁺ peu solubles, qui précipitent et se sédimentent sous forme de fers rubanés ; après consommation du fer marin, le dioxygène se répand dans l’atmosphère.

• Les cyanobactéries sont des microorganismes photosynthétiques capables de vivre dans des milieux anoxiques, et des fossiles de ces organismes ont été retrouvés dans des stromatolithes âgés de 3,6 Ga.

Compléments

• Les fers rubanés sont des roches sédimentaires contenant des oxydes ferriques, et leur formation entre -4 et -2,2 Ga témoigne de la présence de dioxygène.

📐 Formule - Dans les stromatolithes, la précipitation des ions carbonates sous forme de calcaire suit la réaction $2\,\mathrm{HCO_3^-} + \mathrm{Ca^{2+}} \rightarrow \mathrm{CaCO_3} + \mathrm{CO_2} + \mathrm{H_2O}$.

📐 Formule - Le bilan de la photosynthèse est $6\,\mathrm{CO_2} + 6\,\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{C_6H_{12}O_6} + 6\,\mathrm{O_2}$ en présence de lumière.

💡 Astuce mémo

O₂ dans l’océan → fer oxydé et précipité → O₂ atmosphérique

📖 8. Rayons UV et apparition de la vie terrestre

🔑 Notions clés & Définitions

• Mutation : Modification de la séquence de nucléotides de l’ADN qui peut modifier l’information génétique portée par un gène et se traduire dans le phénotype.

★ À maîtriser

• La vie est apparue dans les océans il y a entre 3,8 et 4,3 milliards d’années.

• L’eau absorbe une partie des rayons UV et limite ainsi leurs effets au niveau des fonds marins.

• Les UV-C sont les UV les plus nocifs et peuvent provoquer à forte dose des mutations de l’ADN souvent délétères.

• Des rayonnements UV de haute énergie dissocient des molécules de dioxygène en atomes d’oxygène, puis un atome d’oxygène se combine avec une molécule de dioxygène pour former de l’ozone.

• La couche d’ozone se situe dans :

  • la stratosphère

  • entre 12 et 55 km d’altitude

  • absorbe notamment les UV-C

Compléments

• Les végétaux ont colonisé les continents il y a 450 millions d’années, puis les animaux il y a 375 millions d’années.

📐 Formule - La formation de l’ozone s’écrit $\mathrm{O} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{O_3}$.

• L’ozone atmosphérique est apparu il y a 600 millions d’années, et 85 % de la quantité totale d’ozone se trouve dans la stratosphère.

📌 L’ozone et l’eau absorbent une partie des rayons UV, ce qui limite leur effet nocif et favorise la vie dans les océans puis le développement de la vie hors de l’eau.

💡 Astuce mémo

O₂ permet la formation d’ozone → les UV sont absorbés → la vie colonise les continents