Corrigé bac SVT 2026 Métropole jour 1 — Exercice 2 : Éruptions volcaniques majeures et température atmosphérique à différentes échelles de temps

La Terre a connu plusieurs périodes au cours desquelles l'activité volcanique a été très intense. Des géologues suggèrent que certaines de ces éruptions volcaniques majeures ont pu entraîner des modifications importantes de la température atmosphérique à différentes échelles de temps.

QUESTION :

Expliquer comment des éruptions volcaniques majeures ont pu provoquer des variations de température atmosphérique à différentes échelles de temps.

Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données des documents et les connaissances utiles.

Document 1 : caractéristiques de plusieurs provinces magmatiques géantes

Au cours de l'histoire de la Terre, de nombreux épisodes volcaniques majeurs, d'une durée de quelques centaines de milliers d'années à environ 2 millions d'années, ont eu lieu. Ils ont abouti à la mise en place de provinces magmatiques géantes (trapps), c'est-à-dire de régions de la surface du globe couvertes de roches magmatiques et d'une superficie de plus de $100000\mathrm{k}{\mathrm{m}}^2$.

Carte du monde (planisphère à graticule de $30^{\circ }$) où les provinces magmatiques géantes sont figurées en gris foncé, sur les continents comme dans les océans, les trois du tableau (Sibérie, CAMP, Deccan) en gras : Columbia River et Caraïbes (Amérique du Nord et centrale), CAMP (de part et d'autre de l'Atlantique central : est de l'Amérique du Nord, ouest de l'Afrique, nord de l'Amérique du Sud), Atlantique Nord, Paraná et Etendeka (Amérique du Sud et Afrique australe), Karoo, Éthiopie-Yémen, Madagascar, Sibérie, Emeishan (Chine), Deccan et Rajmahal (Inde), Kerguelen, Broken Ridge, Ontong Java, Manihiki et Hikurangi (Pacifique), Reine Maud et Ferrar (Antarctique) (document reproduit dans le sujet PDF).

Source : Boesch, Q. (2022). Climatologie : À la découverte des climats passés, présents et futurs de notre planète. De Boeck supérieur

Document 2 : produits émis lors des épisodes volcaniques majeurs

Document 2a : nature des roches formées

La formation des provinces magmatiques géantes serait la conséquence de la remontée de grandes quantités de roches chaudes du manteau qui fondent partiellement à l'approche de la surface. Le magma formé s'épanche à la surface donnant naissance en refroidissant à des basaltes, roches magmatiques silicatées. Les différentes éruptions aboutissent à la superposition de nombreuses couches de basaltes (voir photographie). En milieu continental, les reliefs ainsi formés sont ensuite soumis à l'altération.

Photographie des trapps du Deccan (Inde) : vue aérienne en noir et blanc d'un relief montagneux dont les versants forment des gradins ; chaque marche horizontale correspond à une couche de basalte, et l'empilement en compte plusieurs dizaines sur toute la hauteur du versant. Une échelle verticale de $30\mathrm{m}$ est indiquée en bas à droite (document reproduit dans le sujet PDF).

Source : Boesch, Q. (2022). Climatologie : À la découverte des climats passés, présents et futurs de notre planète. De Boeck supérieur

Document 2b : nature des gaz émis

Les épisodes volcaniques qui ont conduit à la mise en place de provinces magmatiques géantes ayant eu lieu il y a plusieurs millions d'années, il est difficile d'accéder à la composition des gaz émis lors de ces éruptions. Il est cependant possible d'analyser les gaz libérés lors d'épisodes volcaniques actuels de même type mais d'ampleur bien moindre, comme ceux du volcan Kilauea, situé dans l'océan Pacifique, afin d'avoir une idée de la composition des gaz émis lors des éruptions majeures.

Quand du dioxyde de soufre ($\mathrm{SO}{}_2$) est présent dans l'atmosphère, il peut réagir avec du dioxygène et de l'eau et former des gouttelettes d'acide sulfurique appelées aérosols soufrés qui peuvent persister dans l'air avant de retomber au sol lors de précipitations. Dans l'atmosphère, ces aérosols ont la capacité de renvoyer l'énergie solaire, ce qui a un effet sur l'albédo terrestre global.

Après une éruption volcanique, une fraction significative de $\mathrm{CO}{}_2$ peut rester dans l'atmosphère.

Source : d'après Symonds, RB, Rose, WI, Bluth, GJ, & Gerlach, TM (1994). Études des gaz volcaniques : méthodes, résultats et applications. Mineralogical Society of America, 30, 1-66

Document 3 : étude de l'éruption du volcan Pinatubo de 1991

La dernière éruption du volcan Pinatubo (Philippines) a eu lieu du 15 juin au 2 septembre 1991 mais l'activité intense n'a duré que quelques jours consécutifs au mois de juin. Plusieurs paramètres ont été évalués, avant et après cette éruption, afin notamment de comprendre comment une telle éruption pouvait modifier le climat à court terme :

• le volume de roches volcaniques mis en place a été estimé à environ $10\mathrm{k}{\mathrm{m}}^3$ ;
• la quantité de $\mathrm{SO}{}_2$ émise a été estimée à 17 millions de tonnes ;
• les anomalies de température et la profondeur optique des aérosols soufrés, qui reflète la quantité d'aérosols soufrés présents dans l'atmosphère, sont présentées dans le document 3a. Plus la profondeur optique des aérosols est élevée, plus il y a d'aérosols soufrés dans l'atmosphère ;
• la fraction de rayonnement solaire qui atteint le sol à la station de Mauna Loa (Hawaï, Pacifique), après passage dans l'atmosphère, est présentée dans le document 3b.

Document 3a : mesures des anomalies de température et de la profondeur optique des aérosols dans l'atmosphère avant et après l'éruption du Pinatubo à l'échelle mondiale (courbes redessinées, valeurs lues sur le graphique du sujet)

Les anomalies de température sont calculées par rapport à la moyenne des températures pour la période 1991-2020, qui sert de référence. Une anomalie positive de température signifie que la température est supérieure à la température de référence, et une anomalie négative signifie que la température est inférieure à la température de référence.

Document 3b : mesure de la transmission du rayonnement solaire à travers l'atmosphère (courbe moyenne redessinée, valeurs lues sur le graphique du sujet ; les points de mesure individuels, dispersés autour de la courbe, ne sont pas reproduits)

Les points représentent les différentes mesures réalisées. La courbe en trait plein représente la moyenne des mesures.

Sources : Burton, M. R., Sawyer, G. M., & Granieri, D. (2013). Deep carbon emissions from volcanoes. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 75(1), 323-354. Douglass, D. H., & Knox, R. S. (2005). Climate forcing by the volcanic eruption of Mount Pinatubo. Geophysical Research Letters, 32(5), 2004GL022119. Dutton, E. G., & Bodhaine, B. A. (2001). Solar irradiance anomalies caused by clear-sky transmission variations above mauna loa : 1958--99. Journal of Climate, 14(15), 3255-3262.

Document 4 : devenir des roches silicatées

Lorsque des roches comme le basalte, contenant des minéraux silicatés telle l'anorthite, se retrouvent en surface, elles subissent une altération chimique sous l'effet des précipitations (étape 1 sur le schéma). Les ions produits par l'altération sont transportés par les cours d'eau (étape 2 sur le schéma) jusque dans des bassins de sédimentation où certains d'entre eux vont former des carbonates comme la calcite, constituant notamment les calcaires (étape 3 sur le schéma). Lors de ces étapes, des réactions chimiques faisant intervenir le $\mathrm{CO}{}_2$ ont lieu : l'une utilise le $\mathrm{CO}{}_2$ atmosphérique et l'autre libère du $\mathrm{CO}{}_2$.

Schéma : coupe d'un paysage, d'un relief montagneux (à gauche) à un bassin de sédimentation (à droite) ; un nuage de pluie au-dessus du relief porte la légende « (1) Altération de silicates », une flèche qui descend la pente vers le bassin la légende « (2) Transport d'ions en solution », et une coquille déposée au fond du bassin la légende « (3) Précipitation de carbonates » (document reproduit dans le sujet PDF).

Altération de l'anorthite (silicate présent dans le basalte) en kaolinite :

$$\underset{\text{anorthite}}{\mathrm{CaAl}{}_2\mathrm{Si}{}_2\mathrm{O}{}_8}+2\mathbf{C}{\mathbf{O}}_2+3\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}⟶\underset{\text{kaolinite}}{\mathrm{Al}{}_2\mathrm{Si}{}_2\mathrm{O}{}_5(\mathrm{OH}){}_4}+\mathrm{Ca}{}^{2+}+2\mathrm{HCO}{}_3{}^{-}$$

Précipitation de la calcite (un carbonate) :

$$\mathrm{Ca}{}^{2+}+2\mathrm{HCO}{}_3{}^{-}⟶\underset{\text{calcite}}{\mathrm{CaCO}{}_3}+\mathbf{C}{\mathbf{O}}_2+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$$

Source : Boesch, Q. (2022). Climatologie : À la découverte des climats passés, présents et futurs de notre planète. De Boeck supérieur

Document 5 : chronologie des effets prédominants d'une éruption volcanique majeure sur la température atmosphérique

Après un épisode volcanique, de nombreux facteurs peuvent influencer la température atmosphérique mondiale. Tous n'agissent pas de façon prédominante aux mêmes échelles de temps, c'est-à-dire pas en même temps et pas sur les mêmes durées.

Frise (valeurs lues sur le schéma du sujet) : un axe logarithmique « Temps après l'épisode volcanique (en années) » gradué de $0,1$ à $10^7$ porte trois barres horizontales aux extrémités estompées : « aérosols soufrés » d'environ $0,1$ à $10$ ans ; « variation importante et rapide de concentration en $\mathrm{CO}{}_2$ dans l'atmosphère » d'environ $10$ à $10^4$ ans ; « altération des silicates » d'environ $10^4$ à $10^7$ ans (document reproduit dans le sujet PDF).

Source : Wever, P. de, David, B., Néraudeau, D., & Broutin, J. (2010). Paléobiosphère : Regards croisés des sciences de la vie et de la terre. Muséum national d'histoire naturelle Société géologique de France Vuibert