Problème — Les cernes d'un arbre, archive du climat

Application directe du cours · niveau 1 (application) · SVT (terminale), chapitre 8 — Les climats passés et futurs

Énoncé

Problème — Les cernes d'un arbre, archive du climat.

Document 1. On mesure les cernes d'un pin vivant et on les compare aux relevés de la station météorologique voisine.

Année	Largeur du cerne (mm)	Température moyenne de juin à août ( $^{\circ} C$ )
2015	$2, 8$	$18, 6$
2016	$1, 9$	$16, 4$
2017	$3, 1$	$19, 2$
2018	$3, 4$	$20, 1$
2019	$2, 1$	$17, 0$

Document 2. On mesure les cernes d'une poutre de charpente de la même vallée, dont les années ont été établies par comptage des cernes. Aucun relevé météorologique n'existe pour cette époque.

Année	1814	1815	1816	1817	1818	1819
Largeur du cerne (mm)	$1, 9$	$1, 2$	$0, 9$	$1, 1$	$2, 4$	$2, 6$

Document 3. En avril 1815, le volcan Tambora (Indonésie) connaît l'une des éruptions les plus violentes des derniers siècles et injecte des millions de tonnes de cendres et d'aérosols dans la haute atmosphère, où ils demeurent en suspension deux à trois ans. En Europe, 1816 est restée dans les mémoires comme « l'année sans été ».

À partir du document 1, décrivez la relation entre la largeur d'un cerne et la température de l'été.
Expliquez pourquoi cette relation fait de la largeur des cernes un indicateur paléoclimatique.
À partir du document 2, calculez la largeur moyenne des cernes de 1815 à 1817, puis celle de 1818 et 1819. Comparez-les à la valeur de 1814.
Quelle année a été la plus froide ? Comment le climat de la vallée évolue-t-il après 1817 ?
À l'aide du document 3, expliquez par quel mécanisme une éruption volcanique majeure peut refroidir le climat, et pourquoi ce refroidissement ne dure pas.
Quel avantage la dendrochronologie présente-t-elle pour dater une archive, et quelle limite a-t-elle par rapport à une carotte de glace ?

Corrigé

Les deux grandeurs varient dans le même sens : l'année la plus chaude (2018, $20, 1^{\circ} C$ ) porte le cerne le plus large ( $3, 4 mm$ ), l'année la plus froide (2016, $16, 4^{\circ} C$ ) le cerne le plus étroit ( $1, 9 mm$ ), et le classement des cinq années est le même pour les deux colonnes. Un été chaud donne donc un cerne large.
Sur la période récente, la largeur des cernes est étalonnée par des mesures directes de température. Comme la relation est établie, on peut l'appliquer à des bois anciens pour lesquels aucun thermomètre n'existe : la largeur du cerne devient une grandeur mesurable qui renseigne sur le climat du passé, c'est-à-dire un indicateur paléoclimatique.
Moyenne de 1815 à 1817 :

$\frac{1 , 2 + 0 , 9 + 1 , 1}{3} = \frac{3 , 2}{3} \approx 1, 07 mm .$

Moyenne de 1818 et 1819 :

$\frac{2 , 4 + 2 , 6}{2} = 2, 5 mm .$

En 1814, avant l'éruption, le cerne mesurait $1, 9 mm$ . Les trois années 1815--1817 sont donc nettement en dessous de la valeur d'avant, et les deux suivantes nettement au-dessus.

L'année 1816 porte le cerne le plus étroit ( $0, 9 mm$ ) : c'est la plus froide, ce qui correspond bien à « l'année sans été ». Après 1817, les cernes s'élargissent ( $2, 4$ puis $2, 6 mm$ ) : les étés redeviennent chauds, le climat revient à son état antérieur et le dépasse même.
Les cendres et les aérosols en suspension dans la haute atmosphère réfléchissent une partie du rayonnement solaire incident : l'albédo planétaire augmente, la Terre absorbe moins d'énergie, le bilan radiatif devient négatif et la surface se refroidit. Les aérosols retombent au bout de deux à trois ans : le forçage disparaît et le climat remonte, ce que traduisent précisément les cernes larges de 1818 et 1819.
Chaque cerne correspond à une année : la dendrochronologie date le bois directement à l'année près, par simple comptage, sans hypothèse de calcul ni modèle. En revanche elle ne remonte qu'à quelques milliers d'années au mieux (durée de vie des arbres et des bois conservés) et ne donne qu'un signal régional, dépendant aussi de la pluviométrie, du sol et de l'âge de l'arbre. Une carotte de glace couvre $800000$ ans et fournit en outre la composition de l'atmosphère ancienne.

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Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.