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Mécanismes de variation

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Objectif(s)

L'analyse des roches sédimentaires a permis de déterminer les variations climatiques sur de grandes échelles de temps. Les périodes froides ont été assimilées à de faibles taux en CO₂ atmosphérique, tandis que des périodes chaudes sont reliées à de forts taux en CO₂.
Toute modification du taux en CO₂ semble avoir des conséquences sur le climat.
Quels sont ces mécanismes de variation ?

1. Production de CO2

• Pendant le Crétacé, la Terre est dépourvue de glace, le climat est très doux. Cette hausse de température est due à un effet de serre accru lié à un taux élevé en CO₂. L'enrichissement de l'atmosphère en CO₂ peut s'expliquer par le volcanisme massif à cette époque.

Comment le volcanisme intervient-il ?
Le manteau supérieur contient du carbone : à chaque éruption volcanique, du carbone est libéré sous forme de dioxyde de carbone et l'atmosphère s'enrichit en CO₂. On estime le flux actuel annuel à 925 milliards de tonnes de CO₂ ! (le volcanisme sous-marin y contribue à 80 % contre 20 % pour le volcanisme aérien).
Si on considère que l'activité volcanique était largement supérieure il y a plusieurs millions d'années avec l'activité des dorsales, on comprend aisément que son rôle a pu être prépondérant dans le contrôle du taux de CO₂ atmosphérique.

• Au niveau des océans et des lacs, la précipitation des carbonates libère du CO2 selon l'équation :

• Les réactions d'altération de la croûte océanique en produisent aussi selon l'équation :

2. Consommation de CO2

Le piégeage de la matière organique a permis de consommer du CO₂. En effet, les végétaux consomment du CO₂ pour la photosynthèse mais ils en rejettent également lors de la respiration.
De plus, la matière organique végétale est dégradée par les consommateurs et il y a rejet de CO₂. Mais, au sein d'un écosystème, il y a équilibre entre cette consommation et cette production. Toutefois, toute la matière organique n'est pas dégradée : elle peut être véhiculée, s'accumuler et être à l'origine du charbon et du pétrole.
Toute cette matière permet de stocker des millions de tonnes de carbone.
Les principales ressources de charbon en Europe ont été formées au Carbonifère, période pendant laquelle les forêts de fougères géantes abondaient.

Au niveau des continents, l'altération des silicates et des carbonates consomme du CO₂. L'équation suivante correspond à la dissolution des carbonates :

Les ions HCO₃^- peuvent ensuite précipiter selon l'équation décrite précédemment.

De plus, l'altération des silicates des roches magmatiques ou métamorphiques consomme du CO₂ :

Si on compare les réactions de dissolution et de précipitation des carbonates, on constate qu'elles s'équilibrent et se compensent et n'influencent pas la teneur en CO₂ atmosphérique sur une grande échelle de temps.
En revanche, l'altération des silicates produit du Ca²⁺ et consomme du CO₂ de façon irréversible : cette réaction consomme 2 molécules de CO₂ pour une molécule libérée lors de la précipitation des carbonates, ce qui aboutit finalement à un piégeage important du CO₂ atmosphérique.
Ces altérations vont dépendre du climat et du relief. L'eau est le principal agent d'altération des roches.

On en déduit donc que la formation des calcaires et des roches carbonées a contribué à faire chuter le taux de CO₂ et diminuer l'effet de serre.
De plus, la mise en place d'une chaîne de montagne permet la formation des roches granitiques et métamorphiques (ex. : mise en place de la chaîne hercynienne à l'origine des massifs anciens, tels le massif central, les Vosges, etc.). Tous les produits liés à l'érosion de cette chaîne se retrouvent dans les bassins d'effondrement autour de ces anciens massifs.
On estime actuellement que l'ensemble des calcaires sur Terre représente une quantité de CO₂ équivalente à 4.10²⁰ kg.

3. Estimations du climat futur ?

Les études des variations de climat et de températures sont devenues un enjeu et un fait de société, étant donné que la question et le problème du réchauffement de la planète inquiètent les pays du monde entier.

Il est difficile de déterminer avec précision le climat futur car il faut prendre en compte la variabilité naturelle du climat (la Terre a connu des périodes de glaciation et de réchauffement considérables) mais aussi les activités humaines.
Si on considère le climat aux grandes échelles de temps, nous sommes actuellement dans une période de refroidissement commencée il y a 20 millions d'années, mais de nombreux changements brutaux de climats demeurent incompris.

La production annuelle de CO₂ liée aux activités humaines est estimée à près de 28 milliards de tonnes. Une grosse partie est piégée de façon naturelle mais il s'accumule environ 3 milliards de tonnes de CO₂ dans l'atmosphère, d'où une hausse de l'effet de serre.
Le réchauffement se superpose donc au refroidissement de plus grande ampleur, et les scientifiques suggèrent alors une hausse de la température au XXI^e siècle de l'ordre de 2 à 5°C.

L'essentiel

Les modifications de climat sont liées à la teneur en CO₂ atmosphérique.
De nombreux processus consomment du CO₂ et tendent à refroidir le climat, tandis que d'autres en libèrent et contribuent à réchauffer la Terre.

À un moment donné, le climat ne correspond finalement qu'à un équilibre entre tous ces processus.

Actuellement, la prévision est une hausse des températures au XXI^e siècel avec le réchauffement de la planète.

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