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Activité10 (page formateur)

page formateurs

Activité 10a  -   Peut-on négliger l'apport de CO2 par les volcans dans le cycle du carbone à court terme et dans le cycle à long terme ?

Pour résoudre ce problème, on propose de construire un modèle avec un seul réservoir regroupant l'atmosphère, l'hydrosphère et la biosphère.

 

Le logiciel Vensim PLE (voir la prise en main) permet de construire un modèle simple présentant :

  • Le réservoir "système superficiel",

  • Un flux entrant : l'apport  de carbone d'origine volcanique.

  • Deux variables: la concentration atmosphérique en CO2, et variation de température. 

Il suffit alors de relier les variables en utilisant les flèches puis de renseigner les formules du modèle numérique. Une page avec les équations est présente directement dans le modèle 

Réservoir
le système superficiel 
40800 Gt de Carbone 
Flux
le CO2 d'origine volcanique
 0.1 Gt/an (P Thomas)
Paramètre
concentration atmosphérique relatif
 600*Système superficiel/40800/600 
Paramètre
variation de la température

4.6*(concentration atmosphérique relatif^0.364)-4.6 (Volk, 1987)

1compart.jpg

Résultats :

resultats.jpg

En 100 ans l'apport de CO2 par les volcans est très faible et dans un cycle à court terme on peut le négliger. Par contre, en un million d'années l'apport de carbone dans le système superficiel est très important et son impact sur le climat n'est pas négligeable.

Activité 10b- Le CO2 libéré par les volcans ne s'accumule pas indéfiniment dans le système superficiel. Que devient-il ?

Si le volcanisme est une source importante de CO2  quel puits et quel compartiment faut-il ajouter à cette modélisation pour équilibrer notre modèle ?

  • La recherche des puits de carbone pourra s'appuyer sur diverses activités parmi lesquelles :
    Une activité "paillasse" visant à découvrir les concepts de précipitation et de sédimentation des carbonates.
    Des activités sont proposées par Jérome Gaillardet
    Pierre Thomas propose des activités à propos des calcaires Urgoniens
  • Retrouver les principaux paramètres du milieu susceptibles d'agir sur les deux flux :
    l'altération et la sédimentation
    le volcanisme et le métamorphisme

On découvre ainsi l'existence d'un compartiment important, le compartiment des carbonates, l'influence de l'activité tectonique sur le volcanisme/métamorphisme et l'influence de la température sur l'altération/sédimentation. On propose d'enrichir le modèle en ajoutant ce nouveau compartiment et les deux paramètres

 

Ayant découvert l'existence d'un deuxième compartiment, celui des carbonates, on propose de compléter le modèle précédent :

  • Ajouter le compartiment des carbonates et les deux flux "Altération sédimentation" et "volcanisme métamorphisme" en utilisant les informations du tableau ci-dessous
  • ou utiliser le modèle numérique modèle numérique 2 compartiments.

 

 Réservoir

Carbonates

 48000000 Gt de Carbone

(Caldeira, 1991)

Flux

Altération sédimentation

 (70000*EXP(variation de temp/13.7))/1e+006

Flux

volcanisme métamorphisme

(70000*(carbonates/4.8e+007)

*Activité tectonique)/1e+006

Paramètre

carbonates relatifs

carbonates/4.8e+007

Paramètre

Activité tectonique

 0+variation de

l'activité tectonique

 

Variation de l'activité tectonique

 1

icone_2 compart.jpg

Agrandir l'image

Pour comprendre les mécanismes qui régissent les changements climatiques à des échelles de temps supérieures au million d’années, on peut penser à l' importance de la dérive des continents et à ses conséquences sur le taux de dioxyde de carbone, sur le niveau des océans, sur les courants océaniques et sur l’altitude des continents

Activité 10c bis -  Utiliser le modèle construit pour étudier l'influence de l'activité tectonique

Activité tectonique/altération/sédimentation
Les géophysiciens ont démontré que le taux d'expansion des océans a varié au cours du temps. Ces variations sont assez bien connues sur les cent derniers millions d'années grâce à des mesures paléomagnétiques et géochronologiques. Il était d'environ 1.8 fois supérieur à l'actuel

On cherche à comprendre comment pourrait évoluer le système si le taux d'expansion océanique augmentait ou si il diminuait. Après avoir proposé (à titre d'hypothèse) quel pourrait en être l'impact sur le système, on propose de réaliser un test d'hypothèses en utilisant le modèle.

Dans le modèle, l'expansion océanique est égale à 1 (valeur d'aujourd'hui)

Expansion = taux d'expansion océanique au temps t /taux d'expansion océanique actuel

. Que se passe-t-il si on augmente l'activité tectonique de 1 à 2? Que se passe-t-il si elle diminue à 0.8 ? Les résultats donnés par le modèle sont-ils conformes aux hypothèses

Résultats : 

 

Quand l'expansion augmente, l'hydrothermalisme sous-marin augmente, le métamorphisme et le volcanisme augmente, le flux de CO2 libéré vers l'atmosphère augmente donc la température augmente . Le climat devient plus chaud et plus humide et l'altération des continents augmente.
Dans ces conditions, les quantités d'ions Ca2+ et HCO3- libérés par l'altération et arrivant dans les océans augmentent et il y a alors prolifération des organismes dans l'océan et sédimentation de quantités croissantes de carbonates.

 

 

Ce document "estimation des volumes de roches carbonatées et de roches volcaniques produits depuis le cambrien" d'après Alexandr Borisovich Ronov, montre bien que lorsque le volume de laves volcaniques augmente, le volume de carbonates déposés augmente excepté au Jurassique
volc-carbonate.gif
 

 Lien vers l'activité 11 (page formateur)