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Modélisation du cycle du carbone  à long terme et  impacts climatiques

Exploitation d'un modèle adapté de Geocarb II

Introduction : 

On dispose d'un modèle réalisé par le doyen John T Snow, de l'université de l'OKlahoma.

 Ce modèle  est basé sur les séries GEOCARB II publiées par Berner (Université de Yale) en 1991 et 1994. dont voici ci dessous le résultat.

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Sur ce graphique on observe trois courbes :   en vert, les variations de la teneur en CO2 atmosphérique durant le Phanérozoïque par rapport à la valeur actuelle, juste avant l'ère industrielle.. On y voit le nombre et la répartition des points qui ont servi à construire la courbe, ainsi que la marge d’erreur liée à la méthode.    en orange, la courbe des températures de surface calculée uniquement en fonction de la variation de l’intensité du rayonnement solaire, en l'absence de CO2,   en bleu, la courbe des températures de surface calculée en tenant compte de la variation dans le temps de l’intensité du rayonnement solaire, couplée aux teneurs en CO2 atmosphérique (effet de serre).

Nous retrouverons donc dans ce modèle ces graphiques. Ayant été réalisé avec une résolution de 30 millions d'années, il n'est donc pas utilisable pour étudier des petits événements comme les trapps du Deccan ...

Il est conçu pour simuler les temps depuis 0 (juste avant le début du Cambrien) jusqu'à 600 Millions d'années (présent).

ll permet seulement d'explorer certaines tendances majeures et d'examiner la sensibilité du modèle aux nombreux facteurs biologiques et géologiques affectant le cycle du carbone à long terme au sein du Système Terre.

Le modèle est téléchargeable : 3compart_600Ma zip en version mdl modifiable ou en version vmf lisble avec Vensim Model Reader.

Voir la construction de ce modèle et les explications concernant les flux Ce modèle est formé de trois réservoirs : Océans, atmosphère, biosphère (réservoir superficiel) : 2.8*1018 moles Roches carbonées : 1250*1018 moles  Carbonates : 5000*1018 moles  de Six flux :  Fmc = Dégazage accompagnant le métamorphisme et/ou l'altération volcanique des carbonates Fmg = Dégazage accompagnant le métamorphisme et/ou l'altération volcanique de la matière organique Fbc = Sédimentation, enfouissement des carbonates  Fbg = Sédimentation enfouissement de la matière organique.  Fwc = Altération des carbonates  Fwg = Altération de la matière organique

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Activités de recherche proposées :

L'influence du CO2 sur le changement  global climatique (température moyenne globale) peut être abordée en utilisant le glisseur "effet de serre" (1 = valeur actuelle) Faire deux simulations en utilisant les extrêmes 0 et 2 Décrire les changements de températures qui en résultent effet de serre = 0 (courbe rouge) En l'absence d'effet de serre, si la température augmente progressivement,c'est que le soleil jeune était 20% moins puissant que de nos jours ( étude faite à partir de l'observation d' étoiles similaires)  effet de serre = 2 (courbe bleue) effet de serre = 1 (courbe verte)

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• Que représentent les fonctions fr, fg et fa ?
• Utiliser les glisseurs, faire tourner les modèles (modifier un seul facteur à la fois), et décrire les variations majeures.
• Y a-t-il une période géologique où l'un de ces facteurs était dominant ?
• Est ce que l'un de ces facteurs est plus important que les autres ?

Éléments de réponse :

• fg est le rapport du taux de dégazage dans le passé par rapport au présent (en grande partie une fonction du mouvement tectonique des plaques c'est à dire du taux d'expansion des océans).

C'est le facteur qui joue le rôle le plus important

• fe exprime l'influence de l'activité biologique des sols due aux plantes terrestres sur le taux d'altération

Si on suppose que  fe  était dans le passé égal à la valeur actuelle (= 1 ) . On constate alors une augmentation de l'altération au début du paléozoïque

Regarder la courbe correspondant à l'activité biologique et observer deux augmentations de cette activité :

-  de  240 Ma à 300Ma  (- 360Ma à -300Ma) faire le lien avec l'apparition des plantes vasculaires qui accélèrent l'altération des silicates et entraîne une augmentation du piégeage de carbone organique dans les sédiments.

- vers 470 Ma ( - 135 Ma)  Dans les mers les formes planctoniques prolifèrent

• fc exprime l'influence de l'épaisseur des sédiments carbonatés sur le taux de dégazage (effet du plancton).

Si fc = 1(valeur actuelle) On constate que le métamorphisme et le volcanisme ainsi que l'altération et la sédimentation auraient été plus importants dans le passé. Pourquoi ?

Avant l'apparition du plancton à test calcaire dans l'océan, la couche de sédiments était peu épaisse (dépôt seulement par la précipitation chimique) après l'apparition du plancton(globigérines et coccolites) , elle est beaucoup plus épaisse (précipitation chimique considérablement augmentée par le dépôt des tests et des coquilles du plancton).Une partie va disparaître dans les fosses de subduction et va influencer, par la pression en CO2, la composition du magma en fusion au dessus des zones de subduction.

• fa est le rapport des carbonates exposés au-dessus du niveau de la mer par rapport au présent