l'évolution climatique (suite)

Évolution climatique, inquiétude majeure :

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               La climatologie : un défi : découvrir une permanence dans l’impermanence et l’aléatoire.

              Un système climatique complexe, évolutif au cours de l’histoire de la Terre.

               Des évolutions actuelles anthropiques ou solaires?

               Des interactions et des rétroactions complexes!

               Quelles conséquences  immédiates et futures?

I ) Le jeu des interactions et des rétroactions:

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              1 ) Le concept de climat a-t-il vécu?

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               Une science édifiée au XIX ° sur la croyance a un déterminisme absolu  qui  se prétendait capable de modélisations et  prédictions à long terme.

               Mais la complexité des conditions initiales, le jeu des bifurcations (effet papillon) et des multiples interactions ( océans- continents-atmosphère) rendent aléatoires les modélisations climatiques à moyen terme.

                  Nous sommes actuellement dans l’interglaciaire d’une période glaciaire.

               Histoire climatique de la Terre : 5 ères glaciaires

  5 grandes glaciations dans l’histoire de la planète Ces  ères glaciaires comportent chacune 4 périodes glacières. Périodes glacières alpines au quaternaire( Günz, Mindel, Riss, Würm)

                                 Nous sommes à la fin d’ un interglaciaire qui dure depuis 11.000 ans.

            2 ) Une évolution chaotique des origines à nos jours.

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                 Les méthodes scientifiques qui permettent de reconstituer le passé climatique chaotique de notre planète :

                A ) Les traces de l’érosion glaciaire ou de l’extension des reliefs coralliens (niveau des océans)

                B ) La dendrochronologie et la palynologie révélatrice de conditions climatiques plus ou moins favorables aux végétaux.

               C ) Les carottages glacières sur les inlandsis = archives climatiques= composition des atmosphères ( 400.000 ans), donc  étude des variations climatiques durant cette période.

               Carottages de glace Vostok sur l’inlandsis antarctique : 400.000 à 800.000ans = 2 périodes glaciaires et 2interglaciaires = 4 cycles de Milankovitch( 60.000 ans).

                D ) La datation des sédiments fossiles par le carbone14 ou le thorium 230 a révélé des périodes climatiques contrastées  et des facteurs inattendus : inversion du champ magnétique terrestre par exemple.

 Histoire géologique : 5 ères

                             Précambrienne( 4,5 Ga à 800Ma)

                             Ordovicienne  : -450 Ma

                             Carbonifère : - 350

                             Jurassique : - 170

                             Quaternaire : 40 Ma

                Des facteurs climatiques complexes de notre interglaciaire.

                Révélation de paramètres climatiques spécifiques à certaines zones de la planète mais dont l’évolution est soumise à  des interactions multiples et complexes. Nous en constatons les effets sans en connaître les   conditions initiales et l’évolution .

               Ex; : Extension de la banquise accélère les échanges entre les eaux équatoriales et polaires (circulation thermohaline), donc tempère la glaciation ( rétroaction négative), mais augmentation de l’albédo ( refroidissement)

                EX: Fonte de la banquise et de l’inlandsis = diminution de l’albédo +« désalinisation » de l’eau de mer  = libération du CO2 absorbé par les océans = augmentation de l’effet de serre =réchauffement ( rétroaction positive),  mais compensé par le ralentissement de la circulation thermohaline (gulf stream)= refroidissement.

              3 ) Multiples interactions de multiples facteurs

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                A ) Le Soleil : source majeure d’énergie : 342 W/m2

                       Sensibilité du climat à une variation de    2W/m2= 0,2°.

Répartition de cette énergie :

                   100W/ m2 renvoyée vers l’espace ( albédo)

                   80W/m2 absorbée par l’atmosphère(03, H2 O,CO2)

                    Terre sans atmosphère : Température= -18°

                    Mais effet de serre= I.R.= réchauffement

                   160W/m2 absorbés par continents et océans

                  L’étoile Soleil : dipôle et quadripôle magnétiques au fonctionnement chaotique ( minimum de Maunder)

              B ) Origines de l’effet de serre :

                                  1/- Naturelle( vapeur d’eau, volcanisme, êtres vivants)

                                    Vapeur d’eau atmosphérique=70%

                                    CO2 : absorption par végétaux et océans décroît avec l’élévation de la température( rétroaction positive qui augmente l’effet de serre et bloque le refroidissement)

                                     CH4  (élevage, zones humides)

                                  2/ -Anthropique :

                                   Combustibles fossiles :

                                   Rejets industriels( oxydes d’azotes, industries chimiques)

                                    O3 stratosphérique protectrice des U.V. est détruite par les halo carbones( CFC, HFC, HCFC)

                                  3/Légères variations de la constante solaire ?= rétroaction positive du système océan -atmosphère= amplification des  variations de température.            

4 ) Rôle régulateur du  cycle de l’eau :

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                   Évaporation, condensation = changement de phase= énergie=activation de la circulation atmosphérique des hautes vers les basses latitudes.

               Rôle modérateur de l’albédo des nuages

(rétroaction négative = refroidissement). Mais rôle des aérosols (composition chimique)mal connu.

                Rétroaction positive sur Vénus où l’importance de la constante solaire( prximité) associée au dégazage( volcanisme) a emballé l’effet de serre et vaporisé les océans.

   5 ) Le relief et  la distribution de l’énergie solaire:

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            L’importance du relief actuel: chaînes de montagnes, dorsales océaniques, Inlandsis polaires, qui freinent et orientent les flux atmosphériques ou océaniques.

             Dans le passé, la dérive des plaques tectoniques

a modifié la distribution de l’énergie solaire sur les continents et dans les océans (75% de la surface terrestre et volume énorme. Milieu privilégié de diffusion de la chaleur)

6 ) L’écran opaque des aérosols d’origine volcanique

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(EX des éruptions cataclysmiques du Krakatoa et du Tabora ) SO2+vapeur d’eau= H2SO4 sous forme d’ aérosols= rayonnement solaire réfléchi = baisse des températures. Destruction de la couche d’ozone. Impact des éruptions des super volcans (Yellowstone)mal connu.

 7 ) L’effet Milankovitch et les périodes de glaciations:

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                  A)L’excentricité de l’orbite terrestre( faible=0,06)=0,2%

d’insolation en moins

          B)Variation de l’inclinaison de l’axe de rotation de 22° à 25°( modérée à cause de l’effet régulateur de la Lune) = Variation de l’insolation de 5% cependant= Hiver +rigoureux 

.        C)  Précession des équinoxes : modifie l’alternance des saisons de l’ hémisphère nord continental à l’hémisphère sud 
 

Le cumul de ces 3 facteurs tous les 60.000ans = grandes glaciations de l’hémisphère nord (le+ continental)  ?

 8 ) L’inégalité de la diffusion de l’énergie solaire :

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                      A ) Les mécanismes des flux atmosphériques

                             La cellule de Hadley entre les deux tropiques = alizés au sol et jets -streams en altitude.

                             Les différences thermiques océans -continents=

Anticyclones des latitudes tempérées= flux d’ouest qui active les courants de surface( Gulf- stream)

                        B ) La circulation thermohaline : « le ménage à trois »  : océans-continents- atmosphère.

                                 Échanges eaux de surface +salée avec eaux profondes  moins salées des océans= transferts d’énergie vers les zones polaires.

                                 Transfert d’énergie du Pacifique ouest vers l’est

( El Nino)

                  Rétroaction positive quand la banquise fond (salinité de l’eau de surface augmente donc elle n’est pas entraînée par gravité vers le fond)= ralentissement de circulation thermocline (courants marins qui transfèrent la chaleur des océans tropicaux vers les pôles) .

9 ) L’élévation de la température dans les océans polaires :

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                       Diminue l’absorption de CO2 et la production de phytoplancton par la photosynthèse qui transforme le CO2 en matière organique. ( rétroaction positive)

                      Extrème sensibilité du « système climatique -Terre » aux rétroactions positives ou négatives qui peuvent provoquer  des évolutions lentes mais difficiles à inverser comme sur Mars et Vénus.

 10 ) L’inversion  du champ magnétique terrestre:

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             Période intermédiaire= bombardement de particules chargées et de rayonnement cosmique( mutations et destructions génétiques  : Crétacé) : rôle du vivant dans le climat.

            Champs magnétiques solaire et galactique ont-il une

influence?

II)Des évolutions constatées aux évolutions prévisibles        

                   Élévation des températures de 1650 à1800= 0,25°.

                     De 1800 à nos jours= 0,50°

                     Conséquences = élévation du niveau des océans, extension des déserts, modification des surfaces végétales.

                     Causes : phénomènes chaotiques ( facteurs nombreux,

 interactions, rétroactions) difficiles à évaluer.

   1 ) Influence prévisible de l’évolution solaire :

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                    Dans les 100 prochaines années.

                   Montée en puissance de l’activité solaire jusqu’en 2040 ?

                   Cycles de Schwabe : 11ans (le 24° ralenti)

                   Gleissberg : 90 ans

                    Suess : 200ans).

Cycles de +en + forts depuis 1650 ( concentration en carbone 14)

                   Effets mal connus de l’électromagnétisme « invisible », ray. X et gamma ?

                  Mais le flux solaire (24°) actuellement nul  ( Dr. Botton)= nouveau minimum de Maunder ( XVIII°) ???

2 ) L’origine anthropique des évolutions climatiques :

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                         Les gaz d’origine anthropique : C, CH4,protoxyde d’azote, ozone troposphérique,CFC ont deux effets différents :

                         Piègent les I.R. émis par la Terre

                         Échauffent la troposphère et refroidissent la stratosphère (nuages stratosphériques polaires destructeurs d’ozone)

                     Croissance exponentielle du CO2 ( 550Gt en 1800 et 750 Gt en2000 (Gt= milliard de tonnes).

                     Stabilisée par des rétroactions négatives pour le moment( aérosols industriels =effet refroidissant).

                      Mais CFC 5000fois +actifs que leCO2 pour l’effet de serre.

                     Bilan de l’effet de serre d’origine anthropique reste faible mais augmente rapidement = 2,5 Wm2 et de,2,3 avec l’effet correcteur de l’ozone, des aérosols et d’une activité volcanique intense.

     3 ) Modélisation :

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                 Simulation mathématique de l’évolution du climat en fonction de quelques paramètres. (Ex : variations de températures selon 3 facteurs) :

                   A ) Effet de serre : Une progression  de CO2 de 1% l’an=

= +7° fin du XXI° siècle à la surface de la Méditerranée ?

                  B ) Rétroaction négative des aérosols : coïncidence avec les températures des 4 siècles précédents. Mais les tendances à court terme ( 1650, 1810-1830, 1940-70 )n’apparaissent pas.

                  C )C’est l’inverse quand l’activité solaire est prise en compte.

             La croissance de la constante solaire attendue jusqu’en 2040, si elle se confirme, est inquiétante.

             La  conjonction de ces trois facteurs = rétroaction positive et emballement du système redoutable.

4 ) Des rétroactions mal connues :

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                     __Changements de phase de la vapeur d’eau

                     __Albédo ( cristaux de glace de la stratosphère polaire, nuages, continents) modifiée par les activités humaines et la biosphère

                    __Interactions dues au couplage océans -continents sur la  salinité  = banquise et surfaces glacées= inlandsis.

                  __Echanges thermiques océans ( 75% surface terrestre et énorme volume) et  atmosphère mal connues !

 5 ) EX : Atlantique Nord et pacifique sud:

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                     Échanges d’énergie entre courants profonds froids salés (Thermohalins)et courants superficiels chauds = transfert de chaleur dans l’atmosphère = anticyclone des Açores et dépression d’Irlande.

                     Le phénomène ONA (oscillation nord atlantique)= balancier des flux atmosphériques entre hautes et basses pressions. 

                    Indice ONA faible =influences polaires sibériennes, jets steams nord atlantiques déviés vers l’Islande, vents violents vers l’Europe occidentale.

                   Indice ONA fort =régime océanique venteux et pluvieux.

                  El Nino pour le pacifique sud.( phénomène  ENSO=El Nino Southern Oscillation) =différence de pressions atmosphériques entre est et ouest du pacifique sud= déplacement des alizés=réchauffement des eaux de surface = moussons à l’ouest, cyclones à l’est.

CONCLUSION :

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                  Système climatique chaotique ( multiples interactions et rétroactions) mais gouverné par l’activité solaire que nous ne connaissons qu’imparfaitement( magnétisme et électromagnétisme)°.

                 La modération des émissions anthropiques mais surtout de la pollution des océans (dont les échanges d’énergie avec l’atmosphère  régulent le système climatique) est essentielle.  C’est en notre pouvoir.

                 Par contre nous connaissons mal l’influence solaire qui contrairement à son nom, n‘est pas constante ( maxima et minima nombreux depuis le Moyen Age)!

                                               Jean  Marcou

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