SVT - TS E. Atmosphère et climats

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Indice stomatique La température de surface moyenne de la Terre dépend de la concentration de CO2 atmosphérique. Mais comment déterminer cette concentration à différents temps géologiques donnés ? Gynkgo biloba L’Arbre aux quarante écus, l’Abricotier d'argent ou Ginkgo est une espèce d'arbres et la seule représentante actuelle de la famille des Ginkgoaceae. C'est la seule espèce actuelle de la division des ginkgophyta. Elle est considérée comme une espèce panchronique 1 . C'est la plus ancienne famille d'arbres connue, puisqu'elle serait apparue il y a plus de 270 millions d'années. Elle existait déjà une quarantaine de millions d'années avant l'apparition des dinosaures. Les stomates

Les stomates sont au niveau de l'épiderme des feuilles et des tiges aériennes, le lieu de passage des gaz (dioxyde de carbone, dioxygène, vapeur d'eau) qui jouent un rôle fondamental dans la physiologie de la plante. Ces structures (que l'on peut considérer comme des "mini-organes" permettent de manière interactive de réguler ces échanges. Ce sont elles qui, chez les plantes terrestres constituent la véritable interface entre l'atmosphère externe et le

réseau gazeux interne.

L’indice stomatique (IS) L'indice stomatique (IS) se définit pour une surface de feuille donnée :

𝐼𝑆 = 𝑛𝑏 𝑆𝑡 ∗ 100

𝑛𝑏 𝑆𝑡 + 𝑁𝑏 𝑐𝑒𝑙𝑙 é𝑝𝑖𝑑𝑒𝑟𝑚𝑖𝑞𝑢𝑒𝑠

L’IS s’exprime en pourcent. Pour une espèce donnée, on détermine l'indice stomatique de plusieurs feuilles, puis on calcule la moyenne. 1 Une espèce panchronique est une population actuelle présentant des ressemblances morphologiques avec des espèces éteintes, identifiées sous la forme de fossiles.

Doc 1 Feuille de Gynkgo actuelle et fossile (crétacé)

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Activité 04 : les stomates, des indicateurs du climat du passé Pour étudier les variations passées de la concentration atmosphérique en CO2 et ainsi mieux connaître les climats anciens, plusieurs méthodes sont utilisées. On a montré expérimentalement que le Ginkgo biloba (espèce présente sur la Terre depuis 200 millions d’années) possède sur ses feuilles une quantité de stomates, qui varie avec la concentration atmosphérique de CO2. Le nombre de stomates de ses feuilles est inversement proportionnel à la concentration atmosphérique en CO2 (les stomates sont des ouvertures dans l’épiderme, permettant les échanges gazeux entre la feuille et l’atmosphère). On cherche ici à valider cette relation Ressources - Matériel vivant : une feuille de Ginkgo biloba - matériel courant de laboratoire (verrerie, instruments, matériel d’observation, informatique

etc.) Document 1 : le Ginkgo biloba, une espèce présente sur Terre depuis 200 millions d’années

Document 2 : Photographie de l’épiderme de la face inférieure d’une feuille de Ginkgo biloba actuel observé au microscope optique(Gx400)

Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une situation problème

Proposer une démarche d’investigation qui permette de connaître les climats du passé

Sciences de la vie et de la Terre Thème 2 : Atmosphère, hydrosphère, climats : Du passé à l’avenir

Feuille de Ginkgo biloba actuelle Feuille de Ginkgo biloba fossile du crétacé

Stomate

Cellule épidermique

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Activité 04 : les stomates, des indicateurs du climat du passé Pour étudier les variations passées de la concentration atmosphérique en CO2 et ainsi mieux connaître les climats anciens, plusieurs méthodes sont utilisées. On a montré expérimentalement que le Ginkgo biloba (espèce présente sur la Terre depuis 200 millions d’années) possède sur ses feuilles une quantité de stomates, qui varie avec la concentration atmosphérique de CO2. Le nombre de stomates de ses feuilles est inversement proportionnel à la concentration atmosphérique en CO2 (les stomates sont des ouvertures dans l’épiderme, permettant les échanges gazeux entre la feuille et l’atmosphère). On cherche ici à valider cette relation Ressources - Matériel vivant : une feuille de Ginkgo biloba - matériel courant de laboratoire (verrerie, instruments, matériel d’observation, informatique

etc.) Document 1 : le Ginkgo biloba, une espèce présente sur Terre depuis 200 millions d’années

Document 2 : Photographie de l’épiderme de la face inférieure d’une feuille de Ginkgo biloba actuel observé au microscope optique(Gx400)

Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une situation problème

Proposer une démarche d’investigation qui permette de connaître les climats du passé

Sciences de la vie et de la Terre Thème 2 : Atmosphère, hydrosphère, climats : Du passé à l’avenir

Feuille de Ginkgo biloba actuelle Feuille de Ginkgo biloba fossile du crétacé

Stomate

Cellule épidermique

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L’indice stomatique du Ginkgo Biloba On a montré expérimentalement que le Ginkgo biloba possède sur ses feuilles une quantité de stomates, qui varie avec la concentration atmosphérique de CO2. Le nombre de stomates de ses feuilles est inversement proportionnel à la concentration atmosphérique en CO2.

En utilisant les données expérimentales et en calculant l’IS de feuilles de Gyngko fossile, il est possible de déterminer graphiquement la concentration de CO2 atmosphérique corespondant à l’âge de ces fossiles. Empreinte d’épiderme foliaire Pour obtenir une empreinte d’épiderme foliaire et estimer son IS :

• Recouvrir avec une couche de vernis à ongle ou deux couches successives (sans laisser sécher la première) une surface d’environ 1 cm2 de la face inférieure (reconnaissable à son aspect plus « mat », et de préférence en bordure) d’une feuille fraîche.

• Laisser sécher. • Décoller doucement le film obtenu à l’aide d’une pince fine en commençant

par les bords. • Poser le film à plat sur une lame dans une goutte d’eau. • Recouvrir d’une lamelle et observer. • capturer une image numérique de cette observation. • Réaliser un comptage direct sur l’image permettant le calcul de l’indice

stomatique

Doc 2 Evolution de l’indice stomatique en fonction de la concentration de CO2. Graphique obtenu expérimentalement. La concentration de CO2 dans l’air est exprimée en ppmv parties par million en volume.

- VI - Origine des variations climatiques

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PROTOCOLE On utilise généralement le Gingko Biloba pour déterminer la concentration atmosphérique de CO2 aux différentes époques. En utilisant les données ci-dessous et en répondant aux questions, discuter si le chêne peut lui aussi être une espèce de référence pour déterminer la concentation atmosphérique de CO2 ?

1. Proposer une démarche d’investigation permettant de savoir si l’indice stomatique du Chêne actuel est lié ou non à l’augmentation de la concentration en CO2 de l’atmosphère.

2. Si oui, quelle formule relie indice stomatique et concentration de CO2 ? 3. Utilisez-là pour vérifier vos données trouvées pour 2016. 4. Quelle valeur théorique de concentration d’CO2

attent-on pour un IS de 7 ? 5. Réaliser les protocoles nécessaires pour la résolution du problème. 6. Présentez les résultats obtenus. 7. Déterminer à partir des résultats obtenus, les variations climatiques entre -10

et -2,5 Ma.

Année Concentration en CO2 en ppmv Indice stomatique en % 1880 290 15,8 1903 297 15,2 1910 300 14,5 1943 310 14,1 1966 320 13,3 1976 330 12,9 1991 355 10,8 2016 380

Feuille Stomates Cellules épidermiques 1 13 133 2 14 142 3 10 101 4 16 163 5 18 183 6 21 213 7 13 132 8 16 162 9 9 92

10 11 112

Doc 3 Relevé de la concentration atmosphérique de CO2 et indice stomatique observé en % sur l’espèce Quercus Patraea

Doc 4 Dénombrement effectué selon le protocole ci-dessus sur 10 feuilles de Quercus Patraea en 2016

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Temps en Ma Indice stomatique en %

- 2,5 9,5 - 4,5 11,5 - 6,5 16,2 - 8 12

- 10 10,5

Doc 5 Mesure d’IS sur différentes feuilles fossiles de Quercus Patraea