Fiche de révision : Système Terre et limites planétaires

Plan du Cours

  1. Méthodes de datation géologique
  2. Roches et stratigraphie
  3. Radioactivité et chronomètres
  4. Scénarios climatiques du GIEC
  5. Limites planétaires et seuils
  6. Usage des sols et eau douce
  7. Acidification des océans
  8. Pollution atmosphérique et ozone
  9. Entités chimiques et plastiques

1. Méthodes de datation géologique

★ À maîtriser

  • La datation géologique repose sur la stratigraphie, la radioactivité, les fossiles, les carottes de glace, les cernes des arbres, les mesures météorologiques directes et la combinaison de ces méthodes.

Compléments

  • Les fossiles permettent notamment la datation à partir de coquillages et de squelettes sur une période allant de 540 Ma à aujourd’hui.

2. Roches et stratigraphie

Notions clés & Définitions

  • Stratigraphie : Discipline qui étudie la succession des couches géologiques, ou strates.
  • Roche métamorphique : Roche ayant été entraînée dans le manteau par subduction et ayant subi de très hautes températures et pressions.

★ À maîtriser

📌 En stratigraphie, une roche plus ancienne se trouve dans une couche plus profonde qu’une roche moins ancienne.

📌 Les roches sédimentaires proviennent de l’agrégation de grains ou de sédiments déposés par les fleuves dans les vallées, avec une granularité variable.

Compléments

📌 Les roches magmatiques proviennent d’éruptions volcaniques ou du manteau terrestre.

  • Une roche renseigne sur :
    • sa classification
    • sa position dans les couches géologiques
    • sa composition en éléments et fossiles
    • la radioactivité de ses composants

3. Radioactivité et chronomètres

Notions clés & Définitions

  • Demi-vie : Temps nécessaire pour que la proportion d’un élément radioactif par rapport aux autres éléments soit divisée par deux.

★ À maîtriser

  • La demi-vie du carbone 14 est de 6 000 ans et celle du potassium 40 est de 1,25 Ga.

  • 🔄 La datation potassium-argon suit ces étapes :

    1. Le potassium 40 est emprisonné lors de la formation de la roche fermée aux échanges extérieurs.
    2. Le potassium 40 se transforme par radioactivité en argon.
    3. L’argon reste captif dans la roche.
    4. L’âge est déduit de la proportion de potassium 40 et d’argon.

Compléments

  • Le carbone 12, composé de 6 protons et de 6 neutrons, est stable, tandis que le carbone 14, composé de 6 protons et de 8 neutrons, est radioactif.

  • Le carbone 14 se transforme par radioactivité en azote 14, composé de 7 protons et de 7 neutrons.

  • Les zircons sont des minéraux silicatés contenant des impuretés radioactives, notamment uranium et thorium, ou non radioactives comme le plomb.

  • Les plus vieilles roches retrouvées à la surface de la croûte terrestre sont des zircons australiens formés il y a 4,4 Ga, proche de l’âge de la Terre.

4. Scénarios climatiques du GIEC

Notions clés & Définitions

  • GIEC : Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat qui regroupe des milliers d’experts et représente l’avis scientifique sur le climat.
  • Atténuation : Capacité à diminuer les émissions de gaz à effet de serre, notamment en réduisant l’usage des énergies fossiles.
  • Adaptation : Capacité à s’adapter au réchauffement climatique, notamment par la climatisation ou l’isolation.

★ À maîtriser

  • Le GIEC produit à intervalles réguliers des rapports de synthèse fondés sur des articles scientifiques préexistants afin d’informer la société, de proposer des scénarios et de formuler des recommandations.

  • Le cinquième rapport du GIEC présentait quatre scénarios RCP :

    • RCP-2.6
    • RCP-4.5
    • RCP-6.0
    • RCP-8.5

Compléments

  • Le GIEC n’a pas d’influence sur les décisions politiques nationales.

  • Les scénarios SSP combinent un scénario socio-économique numéroté de 1 à 5 et un niveau de réchauffement, et leurs prototypes varient selon les capacités d’atténuation et d’adaptation.

  • SSP1, « Durabilité » ou « Green Road », associe une forte atténuation et une forte adaptation et constitue le scénario optimiste.

  • SSP2, « Middle of the road », associe une atténuation et une adaptation moyennes.

  • SSP3, « Regional Rivalry », associe une faible atténuation et une faible adaptation et est présenté comme le pire scénario.

  • SSP4, « Inequality », associe une forte atténuation à une faible adaptation et représente un scénario inégalitaire entre riches et pauvres.

  • SSP5, « Fossil-fueled road », associe une faible atténuation à une forte adaptation et représente un scénario technologique.

Astuce mémo

SSP1 associe forte atténuation et forte adaptation ; SSP5 associe faible atténuation et forte adaptation.

5. Limites planétaires et seuils

Notions clés & Définitions

  • Limite planétaire : Seuil associé à une dimension du système Terre, au-delà duquel l’équilibre naturel terrestre pourrait être déstabilisé.

★ À maîtriser

  • Fin 2023, les six limites dépassées étaient :

    • le changement climatique
    • l’érosion de la biodiversité
    • l’usage des sols
    • les cycles de l’azote et du phosphore
    • le cycle de l’eau douce
    • la pollution atmosphérique
  • Les indicateurs climatiques cités sont une concentration de CO₂ de 423 ppm pour une limite de 350 à 450 ppm et un forçage radiatif de 3 W/m² pour une limite de 1 à 1,5 W/m².

Compléments

  • Le Stockholm Resilience Centre a introduit le concept de limite planétaire en 2009 et les travaux ont été révisés en 2015 et en 2023.

  • Les neuf dimensions planétaires sont évaluées par des indicateurs et leurs seuils font l’objet de recherches continues.

  • L’acidification des océans a atteint sa limite planétaire en 2024, tandis que l’appauvrissement de la couche d’ozone était dans les limites et que l’état des entités chimiques synthétiques était inconnu.

  • Les autres indicateurs chiffrés présentés sont un taux d’aragonite de 2,84 pour une limite de 2,80, un taux d’extinction génétique de 100 à 1 000 pour une limite de 10 à 100, une intégrité fonctionnelle de 30 % pour une limite de 10 à 20 %, et 22 % d’eaux déviées du cycle naturel pour une limite de 12 à 50 %.

  • Les seuils présentés pour les cycles biogéochimiques sont de 18 Tg/an de phosphore contre une limite de 6 à 11 Tg/an, et de 165 Tg/an d’azote contre une limite de 62 à 82 Tg/an.

  • La limite de la couche d’ozone est indiquée à 270 Dobson, contre une valeur de 285, et la part de forêt originelle est indiquée à 60 %, contre une limite de 54 à 75 %.

  • Pour définir une limite planétaire, il faut choisir les grandeurs pertinentes d’une dimension puis fixer un seuil pour chacune, comme le taux de CO₂ et le forçage radiatif pour le climat.

6. Usage des sols et eau douce

★ À maîtriser

  • L’artificialisation et l’urbanisation découpent l’espace naturel en morceaux et augmentent les surfaces bitumées, cimentées ou bétonnées.

  • La déforestation diminue la biodiversité et les puits de carbone.

  • L’eau douce représente moins de 2,5 % de l’eau terrestre, tandis que l’eau saline en représente 97,5 %.

  • L’eau douce se répartit en 30 % d’eau souterraine, 69 % de glace et 1 % d’eau de surface.

  • Selon les Nations Unies, entre 2 et 6 milliards d’êtres humains seront confrontés à une pénurie d’eau d’ici 2050.

Compléments

  • L’agriculture intensive utilise des engrais et des pesticides, pollue les sols et détruit la biodiversité.

  • Les puits de pétrole et de gaz naturel ainsi que les mines de métaux créent des trous dans la croûte terrestre et épuisent des ressources non renouvelables ; les mines polluent aussi les sols.

  • L’eau douce de surface se répartit entre :

    • les lacs : 87 %
    • les marais : 11 %
    • les rivières : 2 %
  • Les facteurs portant atteinte aux sources d’eau douce disponibles sont :

    • l’urbanisation
    • les activités agricoles
    • les engrais et pesticides
    • la dégradation des sols
    • la densité de population
    • la mauvaise élimination des déchets

7. Acidification des océans

Notions clés & Définitions

  • pH : Mesure l’acidité d’un liquide à partir des concentrations en ions H⁺ et OH⁻ dans l’eau.

★ À maîtriser

  • Le CO₂ atmosphérique se dissout dans l’océan et provoque son acidification, c’est-à-dire une diminution du pH.

  • L’échelle du pH est logarithmique et va de 0 à 14 ; un pH de 7 est neutre, un pH supérieur à 7 est alcalin et un pH inférieur à 7 est acide.

  • L’acidification diminue les ions carbonates et les calcites, ce qui fait souffrir les animaux à squelette calcaire, notamment les coraux, les coquillages et les crustacés.

Compléments

  • L’acidification océanique peut affecter les écosystèmes marins, leur biodiversité et leurs réseaux trophiques, ainsi que les populations vivant des produits de la mer.

  • Le pH de l’océan était supérieur à 8,2 avant la révolution industrielle, se situe aujourd’hui entre 8,1 et 8,2 et pourrait atteindre 7,8 en 2100.

Astuce mémo

CO₂ atmosphérique dissous → pH en baisse → carbonates et calcites en diminution.

8. Pollution atmosphérique et ozone

Notions clés & Définitions

  • Pollution atmosphérique : Contamination des caractéristiques de l’atmosphère par un agent chimique, physique ou biologique.
  • Couche d’ozone : Bouclier stratosphérique composé d’ozone O₃ qui filtre les rayons UV et protège la vie contre leur surexposition.

★ À maîtriser

  • Les principales causes de pollution atmosphérique sont :
    • les éruptions volcaniques
    • les brumes de sable
    • les incendies de forêts
    • les industries
    • les transports
    • l’agriculture
    • le chauffage résidentiel

Compléments

  • Les combustibles fossiles cités comme source principale sont :

    • le pétrole
    • le gaz naturel
    • le charbon
  • La pollution atmosphérique peut nuire :

    • à la santé humaine
    • aux êtres vivants
    • au climat
    • aux biens matériels
  • Un tiers des décès provoqués par un accident vasculaire cérébral, un cancer du poumon ou une cardiopathie est imputable à la pollution atmosphérique.

  • Les substances destructrices de la couche d’ozone citées sont :

    • les CFC
    • le tétrachlorure de carbone
    • le méthyl chloroforme
    • les HCFC
    • les halons
    • le bromométhane
    • les HBFC
  • Après l’identification du trou dans la couche d’ozone dans les années 1970-1990, un consensus mondial a conduit à interdire les substances destructrices ; les pays ont suivi cette interdiction à partir des années 2000 et le trou se résorbe peu à peu.

Astuce mémo

Les polluants détruisent l’ozone ; leur interdiction consensuelle permet au trou de se résorber.

9. Entités chimiques et plastiques

Notions clés & Définitions

  • Entité chimique synthétique : Espèce chimique créée par l’être humain grâce à des réactions chimiques.
  • Microplastique : Particule de plastique mesurant jusqu’à 5 mm de diamètre.

★ À maîtriser

📌 Les fibres artificielles sont produites à partir de fibres naturelles comme la cellulose, tandis que les fibres synthétiques sont obtenues par synthèse chimique, notamment à partir du pétrole ou du charbon.

  • La production de plastique est passée de 2,3 millions de tonnes en 1950 à 460 millions de tonnes en 2021.

📌 Selon l’INRAE, réduire la pollution plastique nécessite de réduire le plastique à la source plutôt que de compter uniquement sur des matériaux alternatifs.

Compléments

  • Les exemples d’entités synthétiques comprennent : les polymères dérivés du pétrole, comme les plastiques et le nylon, les PFAS ou polluants éternels, les arômes, comme l’éthylvanilline, les médicaments, comme l’aspirine, des éléments, comme l’einsteinium

  • Les inconvénients des entités chimiques synthétiques dépendent de la substance et peuvent comprendre la pollution ou des effets néfastes sur la santé.

  • Les plastiques représentent 73 % des déchets présents sur les plages et sont quasiment non biodégradables.

  • Les sources de microplastiques comprennent :

    • les pneus
    • les produits de beauté
    • les tissus synthétiques
    • les bouteilles
    • les emballages
    • les lessives
  • Les microplastiques représentent plus de 95 % du plastique présent dans les océans et peuvent être ingérés par les poissons puis par les humains qui les consomment.

  • Selon l’INRAE, 34 % des déchets plastiques issus des emballages sont incinérés, ce qui émet des substances toxiques et du CO₂, et 16 % sont enfouis dans les sols, où ils se décomposent et les contaminent.

  • Les microplastiques de moins de 5 mm et les nanoplastiques de moins de 1 micromètre absorbent des polluants, franchissent des barrières physiques et biologiques, persistent et se diffusent dans l’air, l’eau et les sols.

  • L’érosion des pneus et le lavage de vêtements en polyester libèrent du plastique même avant que ces produits ne soient jetés.

  • Selon l’INRAE, seules les bouteilles en PET, soit 1 à 2 % des plastiques, sont réellement recyclées.

  • L’empreinte carbone ne mesure pas la fragmentation du plastique ni sa persistance dans l’environnement.

Astuce mémo

Artificiel transforme une fibre naturelle ; synthétique résulte d’une synthèse chimique.

Teste tes connaissances

Teste tes connaissances sur Système Terre et limites planétaires avec 11 questions à choix multiples et corrections détaillées.

1. Quel énoncé décrit le mieux les méthodes utilisées pour dater les événements géologiques ?

2. Quels éléments peuvent servir à dater des périodes géologiques grâce aux fossiles, sur une durée allant d’environ 540 Ma à aujourd’hui ?

Faire le QCM →

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les concepts clés de Système Terre et limites planétaires avec 10 flashcards interactives.

Sur quoi repose la datation géologique ?

Sur la stratigraphie, la radioactivité, les fossiles, les carottes de glace, les cernes des arbres, les mesures météorologiques directes et leur combinaison.

Quelle succession la stratigraphie étudie-t-elle ?

La succession des couches géologiques, ou strates.

Selon la stratigraphie, où se trouve une roche plus ancienne ?

Dans une couche plus profonde qu’une roche moins ancienne.

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