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7/23/2019 Geo Environnmt

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ENVI-F-401:Sciences de la Terre et de l!atmosphre

- Gologie Environnementale


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Cours GEOL-F-401

Prof. D. Weis - N. Mattielli:[email protected]

Tl.: 02/650 4714Bureau: Campus Solbosch,

Btiment D, 5e niveau, local DB5.135

Notes + power point:uv.ulb.ac.be


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Gologie Environnementale -

Dfinition

Environnement:Caractres d!un milieu considr parrapport un organisme ou un groupe d!organismes

dtermins. Relations dynamiques entre le(s) organisme(s)et le milieu qui l!entoure.

Gologie:Etude de la Terre

Gologie environnementale: gologie en relation

directe avec les activits humaines


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Lignes directrices du coursLa structure physique et la composition chimique de la Terre

affectent la Vie de multiples manires Le Systme Terre:

La Terre est unique La Terre est un systme ferm La Terre est form de systmes ouverts dynamiques et interconnects La Terre est gouverne par des processus cycliques - chelle de temps

La Dynamique de la Terre La Terre dans le systme solaire La structure interne de la Terre La composition chimique de la Terre

Risques naturels

Tremblements de terre, volcanisme, tsunamis, boulements, Ressources de la Terre Les ressources naturelles sont limites

Risques lis notre socit Consquences directes des extractions des ressources minrales et

nergtiques Consquences indirectes - les changements climatiques


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Gologie Environnementale -

Principes

Les processus gologiques et humains oprent des chelles (de temps) diffrentes

Principe dUniformitarisme: Les lois rgissant lesphnomnes gologiques actuels taient galement

valables dans le pass

Gologie: le prsent est la clef du pass

Gologie Environnementale:le prsent est le clef du futur

>< Principe de Catastrophisme:certains vnementsdu pass ne sexpliqueraient que par des phnomnes

particuliers souvent violents (ex: impacts mtoritiques)


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Uniformitarisme: Le prsent est la cl du pass

Le prsent est la cl du futur

Sandstone rocks millions of years old in

Zion National Park, Utah

Modern sand dunes in Namibia


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Catastrophisme

Meteor Crater, Arizona

diameter: 1.1 kmage: 49,000 years

Aorounga, Chad, Africa

diameter: 17 kilometers

age: 200 million years

Chicxulub, Yucatan, Mexico

diameter: 170 km

age: 64.98 million years

Manicouagan, Quebec, Canada

diameter: 100 kilometers

age: 212 million years


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Gologie Environnementale -Oppositions incontournables

Bien commun >< Gain personnel: Deux philosophies

trs diffrentes quand l!environnement est considr Ressources renouvelables >< Ressources

naturelles non renouvelables (mines, sol, eau, ) Catastrophes rversibles >< Catastrophes

irrversibles Rtroaction positive >< Rtroaction (Feedback)ngative


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La Terre est singulire

The Blue Marble

MODIS Satellite

L!approche globalenous amne considrer la Terre

comme un ensemblede composants -rservoirs quiinteragissent entre eux

C!est la seule manire

de quantifier leschanges; d!tablirdes bilans, decomprendre lescycles.


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Systmes: isol, ferm ou ouvert


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Niveaux de complexit

Niveau de complexit du systme dpend: du nombre d!lments qui le composent

du nombre d!interactions entre les lments de la complexit de ces interactions

Niveau d!analyse

Niveaux scientifiques (physico-chimique et biologique) Niveaux sciences humaines (psycho-social et

culturel)


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La terre est un systme clos, constittude sous-systmes ouverts:

1.l!Atmosphre

The Earth is surrounded byan atmosphereof gases,

mainly nitrogen (78%) andoxygen (21%) plus othergases (argon, CO2, neon,helium,, H2O).

No other planet in the solar

system has such anatmosphere.

Clouds representcondensed water vapour.


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Subdivisions de l!atmosphre


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2. L!hydrosphre

The oceans occupy 71% of thesurface of the planet (1700million km2).

Only the Earth has just the rightsurface temperature to maintainliquid water, ice, and watervapour.

The hydrosphere(watersphere) consists of theoceans, lakes, and streams;underground water; snowand ice (=cryosphere).


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Water(H2O) is one of thecommonest substances on Earth,

yet it is uncommon in many of its

properties.

The water moleculeis relatively

simple and is made up of 3 atoms

two hydrogen cations (H+

positive charge) and one oxygen

anion (O2-negative charge).

At atmospheric pressure, pure

water melts at 0C and pure

water boils at 100C:

note that all three phases ofwater (solid, liquid gas) can

coexist at ~0.01C and ~6.1

millibars!

Water

Molecule

(H2O)

H2O Stability


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3. La Biosphre The biosphere(life sphere) includes all of

the Earth!s living matter. Most of the biosphere is found in a thin zone

at the Earth!s surface (-100 m to +2000 m).

http://seawifs.gsfc.nasa.gov/SEAWIFS.html


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4.La gosphre

Rayon- 6371 km

Masse - 5,997 x 1024

kgVolume - 1,083 x 1021m3

Densit - 5,517 gcm-3

Noyau - 16,2 % vol.

Manteau - 83,2 % vol.Crote - 0,6% vol.


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La Terre est unique

1. La tectonique desplaques est uneparticularit unique

2. Seule la Terre possdeune atmosphre tertiaire

dans le systme solaire3. L!eau existe sur Terresous forme solide,liquide, et gazeuse ( lasurface)

4. Toutes ces conditionscombines rendent la viepossible

5. Si nous souhaitonsprvoir, il faut caratriserces sous-systmes et

apprcier les interactions

Satellite Composite: The Earth & Its

Atmosphere

Earth Rise, Apollo 8, Dec 1968


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Processus cycliques - Cycles


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Rpartition del!Energie solaire la

surface de la TerreClimat= interactions entre

gosphre, biosphre, atmosphre ethydrosphre

1. Bilan Radiatif


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Energies disponibles la surface

Constante solaire: 1368 W.m-2; en24h (4!r2) donne 340 W.m-2L!nergie solaire reprsente 99,9%de l!nergie totale apporte laTerre


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Absorption d!une partie du

flux solaire dans la hauteatmosphre (N2, O2, O3)

Nature desrayonnements du

soleil


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O2+ UV solaires = O + O

O + O2= O3O3+ rayonnements solaires= O + O2

L!ozone : ami

protger


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Le troudozone

Niveau moyen du bon ozone au-dessus de l!Antarctique

Production mondiale de CFC

(1976 -> )


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Le trou

dozone


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Projection de laugmentation de la teneur en ozone troposhrique

dici 2100 (AGU)

Lozone troposhrique: ennemi


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- Effet de serre naturel; T de surface propice la vie

Notion

d!effet deserre

- 160-180 W.m-2-> -18CLoi de Stefan-BoltzmanE=Cste x S x T4(Kelvin)- Absorption par les gaz effet de serreet re-mission derayonnements de plus grande l (dans toutes les directions)

T la surface = 15C


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Production mondiale de CFC

(1976 -> )

Leffet de serre


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Bilan radiatif

- Energie solaire directe: 160 W.m-2

- Energie solaire recycle: 320 W.m-2

- La surface terrestre reoit: 160 W.m-2+ 320 W.m-2- Il en repart 400 W.m-2

- Les 80W.m-2 excdentaires sont utiliss par le cycle de l!eau


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2. Le cycle de l!eau

Le cycle de l!eau se droule essentiellement au-dessus des ocans,prlve de l!nergie la surface par vaporationet la restitue latroposhre lors de la condensation.

Hydrosphere:The part of the Earth system that contains

the ocean, lakes, and streams;underground water; and snow and ice,

including glaciers.

Water moves from

one reservoir toanother, but the totalamount of water in

the system is fixed!


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Rservoirs d!eau: Quelle est la quantitaccessible?

The largest reservoir of water is the ocean, which contains more than 97.5% of(1350.106km3) all the water in the water cycle and it !s all salty!

Nearly three-quarters of the remaining fresh water is frozen, most of it in thepolar ice sheetsof the Arctic and Antarctic.

Of the unfrozen fresh water, about 98.5% is found in a single reservoir,groundwater: Note how little water actually resides in the atmosphere or in streams, rivers, and

lakes.

Pine Island Bay, Antarctica


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The Salinity of

Seawater

In the major ocean basins, 3.5% of the weight of seawater is on average

dissolved saltand 96.5% is water the average salinity of seawater is about35 parts per thousand.

The salinity of ocean surface water varies with latitude (see above left):

Rainy regions are associated with relatively low salinity (dilution)

Hot regions are associated with relatively high salinity (evaporation)

Chloride (Cl-) 19.35 55.07

Sodium (Na

+

) 10.76 30.62Sulphate (SO42-) 2.71 7.72

Magnesium (Mg2+) 1.29 3.68

Calcium (Ca2+) 0.41 1.17

Potassium (K+) 0.39 1.10

Constituent g/kg

%

weight

Salinity values in parts per thousand

Major Constituents of Seawater


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Origine de la salinit des ocans


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Processus cycliques -Priodicit

Les conditionsenvironnementales ontvolu au cours destemps gologiques

Les variations tendent tre cycliques, avecdes priodes plus oumoins longues et des

changement brutaux Ex: cycles de Milankovitch,frquence de 100.000ans,cycles glaciaire-interglaciaire; cycles del!apparition des taches

solaires (11 et 22 ans)


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La Terre dans le temps

The Blue Marble

MODIS Satellite

Est-ce possible decomparer la dure devie de l!humanit celle de notre plante?


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Temps Gologique 1 Our comprehension of time spans as great as several billion years is

very difficult - we almost always judge history in terms of human life

spans (our own experience). To better illustrate geologic time, let!s compress the entire 4.6 billionyears of geologic time into one single year:

Les vnements prcdant le mois de dcembre

Epanouissement des eucaryotes (premires cellules pourvues d'un noyau)15 novembre

Plus anciennes plantes fossiles photosynthtiques12 novembre

Date des plus anciens fossiles (bactries et algues bleues vertes)9 octobre

Formation des plus vieilles roches connues sur Terre2 octobre

Dbut de la vie sur Terre25septembre

Formation de la Terre14septembre

Dbut du systme solaire9 septembre

Dbut de la galaxie de la Voie lacte2 mai

Big Bang1erjanvier


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Temps Gologique 2Les vnements du mois de dcembre

Fin du Pliocne. Quaternaire (Plistocne et Holocne). Premiers humains.31 dcembre

Evolution des lobes frontaux dans le cerveau des primates. Premiersanthropodes. Les mammifres gants pullulent.

30 dcembre

Fin de l!re Msozoque. Dbut de l!re Cnozoque et du Tertiaire.Premiers ctacs. Premiers primates.

29 dcembre

Crtac. Premires fleurs. Extinction des dinosaures.28 dcembre

Jurassique. Premiers oiseaux27 dcembre

Triassique. Premiers mammifres.26 dcembre

Fin de l!re Palozoque. Dbut de l!re Msozoque.25 dcembre

Permien. Premiers dinosaures24 dcembre

Carbonifre. Premiers arbres. Premiers reptiles.23 dcembre

Dbut du Dvonien. Premiers insectes. Les animaux colonisent le sol.21 dcembre

Silurien. Premires plantes vasculaires. Les plantes colonisent le sol.20 dcembre

Ordovicien. Premiers poissons. Premiers vertbrs.19 dcembre

Premiers planctons ocaniques. Les trilobites pullulent18 dcembre

Fin du Prcambrien. Dbut du Palozoque et du Cambrien. Les invertbrspullulent.

17 dcembre

Volcanisme intense et formation des canaux sur Mars5 dcembre

Atmosphre oxygne commence se dvelopper sur terre1erdcembre


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Temps Gologique 3Les vnements du 31 dcembre

13 h 30' Apparition du Proconsul et du Ramapithque, anctres probables des

singes et des hommes'23 h 00' Premiers humains23 h 46' Usage gnral d'outils de pierre Domestication du feu par l'homme de

Pkin23 h 56' Dbut de la plus rcente priode glaciaire23 h 58' Des navigateurs s'installent en Australie23 h 59 Intense activit de peinture rupestre en Europe23 h 59' 20" Invention de l'agriculture23 h 59' 35" Civilisation nolithique : premires villes23 h 59' 50" Premires dynasties Sumer, Ebla, et en gypte; dveloppement de

l'astronomie23 h 59' 51" invention de l'alphabet; Empire akkadien23 h 59' 52" Codes d'Hammourabi Babylone; Moyen-Empire en gypte

. 23 h 59' 53" Mtallurgie du bronze; culture mycnienne; guerre de Troie; cultureolmque; invention de la boussole

23 h 59' 54" Mtallurgie du fer: premier Empire assyrien; Royaume d'Isral; fondationde Carthage par les Phniciens

23 h 59' 55" Inde d'Ashoka; dynastie Ch'in en Chine; Athnes de Pricls; naissancedu Bouddha

23 h 59' 56" Gomtrie euclidienne; physique d'Archimde; astronomie de Ptolme;Empire romain; naissance du Christ

23 h 59' 57" Invention du zro et des dcimales dans l'arithmtique indienne;chute de Rome; conqutes musulmanes

23 h 59' 58" Civilisation Maya; dynastie Song en Chine; Empire byzantin; invasionmongole; croisadesRenaissance en Europe; voyages de dcouvertes europens et chinois(dynastie des Ming); apparition de la mthode exprimentale dans lessciences

23 h 59' 59" Dveloppement gnral de la science et de la technologie; mergenced'une culture globale; acquisition des moyens d'autodestruction del'espce humaine; premiers pas dans l'exploration spatiale interplantaireet la recherche de l'intelligence extraterrestre

Aujourdhui est la premire seconde de la nouvelle anne


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Relative Time vs. Absolute Time

Geologists deal with two kinds oftime, relative and absolute.

! Relative timeis the order in which

a sequence of past events

occurred.

! Absolute timeis the time in years,

when a specific event happened.

Today we will deal with relativetime and next class we will look at

the notion of absolute time.


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Principle of Superposition

The principle of stratigraphic superpositionstates that in any

undisturbed sequence of strata, each stratum or layer is younger than

the stratum below it and older than the stratum above it.

younger strata

older strata

inclined strata?


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Figures from R. Trompette, La Terre, une

plante singulire, Pour la Science,

Belin, 2003

A. Nicolas, 2050 Rendez-vous

risques, Pour la Science, Belin,

2004

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