Partie 2 : Atmosphère, hydrosphère, climats : du passé à l'avenir Terminale S Spé SVT

TP. 5 : Le climat du Crétacé – caractéristiques et origines

Grâce à la collecte et l'exploitation de multiples données, les chercheurs peuvent désormais reconstituer de manière assez précise certains événements climatiques majeurs quiont affectés l'histoire de la Terre. Vous disposez ci-dessous de nombreuses informations relatives à une période géologique du Secondaire, le Crétacé (-145 à - 65 millionsd'années).

Exploiter les différentes donnés apportées par ces documents pour déterminer : - les conditions climatiques qui régnaient pendant le Crétacé,

- certains mécanismes à l'origine de ces conditions climatiques

Document 1 : Les variations de l’indice stomatique chez le Ginkgo biloba

On appelle indice stomatique le rapport entre le nombre destomates et le nombre de cellules épidermiques d’une feuille.

Les données présentées ci-contre ont été obtenues sur les feuillesd'un arbre, le Ginkgo biloba, espèce présente depuis 200 millionsd’années sur Terre.

Document 2 : Calcaires à Polypiers (Crétacé inférieur +/- 110 MA)

Les Polypiers sont des organismescoloniaux du groupe des Cnidaires,sécrétant un squelette calcaire bienconservé dans les sédiments. Ils sontappelés aussi Madréporaires ou plussimplement Coraux.Distribution écologique: organismesconstructeurs des récifs coralliens,dans les mers chaudes.

Document 3 : Bauxite (Crétacé moyen +/- 100 MA)

La bauxite est un minerai d'aluminium très exploité dans différentes régions du sud de la France. Cesgisements se sont formés au Crétacé moyen.

D'après Royer D.L, Geological Society of America, Special Paper, 2003, 369, 79-93.

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Document 3 : Carte mondiale de la répartition de différentes roches datées du Crétacé

Document 4 : Conditions de formation actuelle de quelques roches sédimentaires (d'après TS Spé SVT, édition Belin 2012)

TS Spé SVT, édition Bordas 2012

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Document 5 : Evolution de la concentration en CO2 au cours du temps

Le RCO2 correspond au rapport de la masse de CO2 atmosphériqueau temps t/masse de CO2 atmosphérique actuelle.

(http://planet-terre.ens-lyon.fr/article/co2-depuis-4ga.xml)

Document 7 : Evolution de la production de croûte océanique au cours du temps

Doc 6: Evolution du niveau marin et de l'expansion océanique au cours du temps

(http://acces.ens-lyon.fr/acces/terre/CCCIC/ccl/lithosphere/litho_etape1)

Document 8 : Origine et effets des variations de concentration en CO2Les variations du taux de CO2 atmosphérique sont essentiellement contrôlées par leséchanges entre le réservoir atmosphérique et les réservoirs sédimentaires (rochescarbonatées, matières organiques fossiles) et les réservoir du manteau.

Les échanges entre l’atmosphère et la lithosphère peuvent se résumer à quelques processusmajeurs:

• L’altération des roches carbonatées (ex : calcaires) et surtout silicatées (ex : rochesmagmatiques) consomme du CO2 ; cette altération est d'autant plus importante qu'il

existe de forts reliefs et que ces derniers sont soumis à l'action des facteursclimatiques (pluie, vent ….) ;

• Le piégeage de la matière organique dans les roches stocke du CO2 (sous la formede roches carbonées à l'origine du charbon et du pétrole) ;

• Le dégazage du manteau par le volcanisme (zone de subduction, points chauds etdorsales océaniques) rejette du CO2.

(d'après http://www.cnrs.fr/cnrs-images/sciencesdelaterreaulycee/contenu/paleoclim2-2.htm)

crétacé

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CorrectionEtape 1Les documents ressources nous apprennent qu'il existe une relation entre l'indicestomatique et le taux atmosphérique de CO2. Or nous savons que ce taux contrôle enpartie les conditions climatiques. Il nous faut donc déterminer l'indice stomatique.Pour cela, nous pouvons réaliser l'observation microscopique de l'épiderme inférieurd'une feuille (fragment d'épiderme ou empreinte), puis le comptage des stomates (aveclogiciel Mesurim) pour calculer l'indice stomatique.Si nous pouvons déterminer cet indice et le mettre en relation avec le graphique(ressource), il nous est possible de déterminer le taux de CO2 et donc le climat présent aumoment du développement de la plante étudiée.

Etape 3 : Indice stomatique de l'épiderme inférieur d'une feuille actuelle de LaurierNombre de cellules épidermiques Nombre de stomates Indice stomatique :

nbre cellules épid /nbre stomates

145 25 (25/145)X 100 : 17.2 %

L'indice stomatique de cette feuille est de 17.2 %

Etape 4Nous constatons qu'il existe une relation entre l'indice stomatique et le tauxatmosphérique de CO2 : plus ce taux augmente, plus l'indice est élevé. Or le secondgraphique montre que cet indice a évolué depuis au moins 100 MA. En mettant enrelation ces deux graphiques, il nous est possible de reconstituer les conditionsclimatiques passées. Ainsi, au crétacé supérieur, l'indice stomatique faible (<7) témoigned'un taux élevé de CO2 dans l'atmosphère et donc d'une température élevée.Il est donc possible de reconstituer les conditions climatiques passées si on dispose parexemple de l'indice stomatique de feuilles anciennes, donc fossilisées.

Etape 51. Détermination des conditions climatiques au crétacé.Les documents 2 et 3 nous présentent des roches formées au crétacé. Il s'agit de rochescontenant des fossiles de coraux (1) et de roches sédimentaires telles que les bauxites (2).Par ailleurs le document 3 nous montre qu'au crétacé, des roches telles que les bauxites,les évaporites et les charbons se sont formées dans différentes régions du globe.Or, le document 4, nous permet de préciser les conditions actuelles de ces mêmes typesde roches qui se forment principalement dans des régions tropicales ou arides.

En appliquant le principe d'actualisme, il nous est donc possible de déterminer lesconditions climatiques qui régnaient au crétacé : conditions chaudes avec des régionstropicales et des régions arides.

Ces données confirment les informations apportées par les indices stomatiques desfeuilles de Ginkgo (TP et document 1).

2. Hypothèses sur l’origine des conditions climatiques du CrétacéLe document 5 (évolution du taux de CO2 dans l'atmosphère) montre également qu'àcette période le taux était beaucoup plus élevé qu'aujourd'hui, donc que le climat devaitêtre beaucoup plus chaud qu'actuellement.Les documents 6 et 7 nous montrent que cette période du crétacé a été marquée par uneproduction très importante de croûte océanique, associée à une augmentation du niveaude la mer.Or, comme l'indique le document 8, le volcanisme est associé avec la production de CO2par dégazage. Ainsi, on peut suggérer que le taux élevé de CO2 atmosphérique au crétacépourrait avoir pour origine principale l'intense activité magmatique, productrice de CO2.Enfin, on peut envisager que cette période n’a pas été marquée par des phénomènesimportants d’altération et d’érosion, ces derniers consommant normalement du CO2.L’altération réduite pendant cette période pourrait s’expliquer par l’élévation du niveau dela mer.Donc, on peut envisager que le réchauffement du Crétacé s’explique par une importanteactivité magmatique ayant engendré une augmentation du taux de CO2 (par dégazage)associé à une augmentation du niveau de la mer provoquant une réduction del’altération et donc amplifiant l’augmentation du taux de CO2 atmosphérique. Cedernier aurait conduit à un effet de serre plus élevé et donc à une augmentation de latempérature.

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