Dix choses qui affectent notre climat Understand article

Les activités humaines continuent d’influencer notre climat à l’échelle globale, mais d’autres mécanismes interconnectés ont aussi leur part de responsabilité.

Il est indéniable que le climat terrestre a changé au cours des périodes géologiques – même avant l’émergence d’Homo sapiens. Au cours de ses 4.6 milliards d’années d’histoire, la Terre a enduré divers extrêmes, des périodes où la planète était quasiment recouverte de glace, à une ère où l’Océan Arctique atteignait une température douce de 23°C.

Ces changements climatiques sont le résultat de l’interaction de nombreux mécanismes, dont les effets varient en magnitude. Au cours du siècle passé, cependant, un facteur en particulier a significativement influencé notre climat : le consensus écrasant des climatologues est que la température globale augmente à cause des émissions de gaz à effet de serre issus des activités humaines.

Afin de révéler l’étendue véritable de notre impact, des scientifiques examinent les processus passés et présents qui, par leur interaction, causent les changements climatiques naturels et ceux induits par l’homme. Nous explorons ici dix de ces mécanismes. Leurs impacts sur le climat terrestre varient, et l’ordre dans lequel ils sont abordés ne reflète pas leur importance.

1. Sans gaz à effet de serre, la Terre serait une planète gelée

L’effet de serre résulte de gaz dans l’atmosphère terrestre (tels que le dioxyde de carbone, le méthane et l’oxyde nitreux) qui piègent les radiations infra-rouges de la Terre, qui seraient normalement émises dans l’espace. Grâce à ce processus naturel, la surface de la Terre a une température moyenne de 15°C^w1. Sans ces gaz, notre planète aurait une température glaciale de -18°C, et la vie telle que nous la connaissons serait impossible.

Des changements de niveau de gaz à effet de serre peuvent avoir des impacts importants sur le climat global. Par exemple, dans le passé géologique de la Terre, des éruptions volcaniques ou les impacts d’astéroïdes (voir plus bas) ont augmenté le niveau de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, menant à des hausses considérables des températures. Dans l’histoire plus récente de la Terre, l’être humain a amplifié ce phénomène naturel.

2. L’être humain intensifie l’effet de serre naturel

Depuis la Révolution Industrielle, les activités humaines ont augmenté la concentration des gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Le niveau de dioxyde de carbone a augmenté à cause de la déforestation et de la combustion issue d’énergies fossiles. Les niveaux de méthane ont explosé suite à l’élevage de bétail et à la culture du riz.

À ce jour, l’effet de serre anthropogène a conduit à une augmentation de la température globale d’environ 1.0°C au-dessus des valeurs préindustrielles. Si le réchauffement climatique se poursuit à son rythme actuel, cette augmentation pourrait atteindre 3-4°C d’ici à la fin du siècle. Les scientifiques insistent sur le fait qu’il faut limiter le réchauffement à 1.5°C – une augmentation supplémentaire de 0.5°C au plus par rapport aux valeurs actuelles^w2. Pour réussir, nous devons drastiquement réduire nos émissions de gaz à effet de serre. Le point positif est que l’effet de serre lié à l’activité humaine est un mécanisme que nous avons le pouvoir de changer.

3. La formation des calottes glaciaires est liée à l’orbite de la Terre

Nous vivons actuellement dans la période glaciaire du Cénozoïque supérieur, qui a commencé il y a 34 millions d’années. La plus récente phase de cette glaciation est le Quaternaire, où la Terre a alterné entre périodes glaciaires et interglaciaires. Les glaces terrestres se sont alors étendues, ou ont rétréci.

Ces périodes glaciaires et interglaciaires sont vraisemblablement dues à des variations de l’orbite de la Terre, appelées cycles de Milankovitch^w3. Ces cycles découlent de trois paramètres liés au mouvement de la Terre : son excentricité, son obliquité et sa précession. Respectivement, ces termes décrivent la forme de l’orbite terrestre (plutôt circulaire ou elliptique) ; l’inclinaison de l’axe terrestre par rapport à son orbite ; et l’oscillation de la direction de l’axe de rotation de la Terre.

Par exemple, l’axe de la Terre est actuellement incliné à un angle de 23.5° relativement à la perpendiculaire à son plan orbital, mais cette obliquité varie entre 22° et 25° sur une période d’environ 41’000 ans. Ce changement affecte la quantité de radiation solaire atteignant différentes régions du globe et influence ainsi la formation des calottes glaciaires.

4. Une faible activité solaire concorde avec des périodes glaciaires

La force du Soleil varie au cours de son cycle d’activité de 11 ans. Lors d’un maximum solaire – lorsque l’activité du Soleil est à son plus haut niveau – un grand nombre de taches solaires (taches plus sombres) et de facules (taches plus claires) apparaissent sur la surface du soleil. L’effet net est une augmentation de la radiation solaire, ce qui peut contribuer à un climat plus chaud. Lors d’un minimum solaire – la période où l’activité solaire est minimale – l’opposé se produit^w4.

Un exemple notable est le minimum de Maunder, qui décrit la période de rareté de taches solaires entre 1645 et 1715. Ce minimum solaire a coïncidé avec le milieu du « Petit Âge glaciaire ». Ce n’était pas une vraie glaciation, mais une période où l’Europe et l’Amérique du Nord ont souffert de grands froids. Des foires hivernales ont même été organisées sur la Tamise gelée à Londres, au Royaume-Uni.

5. L’augmentation d’oxygène a causé un refroidissement

Il y a environ 2.5 milliards d’années, il n’y avait pas d’oxygène dans l’atmosphère terrestre. Même si le Soleil brillait alors moins fort, notre planète était habitable en partie parce que la concentration atmosphérique en méthane était 1000 fois plus élevée qu’elle ne l’est aujourd’hui. Tout ceci a changé avec la Grande Oxygénation, un événement déclenché par la présence de cyanobactéries, ou algues bleues^w5. Ces organismes microscopiques effectuent la photosynthèse et produisent de l’oxygène comme déchet.

Cet oxygène indésirable aurait réagi avec le méthane atmosphérique pour produire du gaz carbonique et de l’eau. Le méthane est 62 fois plus efficace que le gaz carbonique pour réchauffer la planète. Le remplacer par du CO₂ a ainsi conduit à une diminution considérable de température, plongeant la Terre dans sa première ère glaciaire – la glaciation huronienne.

6. Le réchauffement peut perturber les courants océaniques

Les courants océaniques et les systèmes éoliens sont importants pour le climat. En conséquence d’un réchauffement différentiel de la Terre où l’équateur est plus chaud que les pôles terrestres, des courants de convexion dans les océans et l’atmosphère déplacent de l’énergie thermique vers les pôles. Ceci constitue la force motrice de la circulation atmosphérique et de la circulation thermohaline dans les océans.

La circulation thermohaline résulte de différences de température et de salinité de l’eau^w6. Cela apporte des eaux de surface chaudes depuis les tropiques vers l’Atlantique nord, qui réchauffent ensuite certaines régions d’Europe. Il est à craindre que le réchauffement global cause la fonte des glaces du Groenland, diluant ainsi la salinité de l’Atlantique nord et réduisant la densité de ses eaux. Si l’eau n’est plus assez dense pour s’enfoncer dans les profondeurs, la circulation thermohaline pourrait être perturbée.

7. Les impacts d’astéroïdes ont causé des catastrophes climatiques

Il y a environ 66 millions d’années, l’astéroïde de Chicxulub d’un diamètre de 10km est entré en collision avec la Terre, provoquant la disparition des dinosaures^w7. L’impact a projeté tellement de poussière dans la stratosphère que cela aurait bloqué 50% de la lumière du Soleil qui atteignait la Terre. Cet événement aurait ainsi nuit à la photosynthèse et conduit à l’effondrement de la chaîne alimentaire. Il aurait aussi produit une chute dramatique des températures globales, plongeant la Terre dans un « hiver d’impact » qui aurait duré une décennie.

Cependant, une fois que la poussière est retombée, la Terre aurait encouru un réchauffement global rapide, causé par le gaz carbonique relâché par l’impact lui-même (l’astéroïde aurait brisé des roches carbonatées) et par des feux de forêt ultérieurs qui se sont propagés autour de la Terre.

D’autres extinctions de masse majeures (telles que les extinctions Permien-Trias et Trias-Jurassique) auraient aussi été causées par des impacts d’astéroïdes, bien qu’aucun cratère n’ait été trouvé. 

8. La tectonique des plaques peut réchauffer ou refroidir la planète

L’Himalaya – formé après la collision entre les plaques tectoniques indienne et eurasiatique – est un bon exemple de l’impact potentiel de la tectonique des plaques sur le climat. Au cours des derniers 50 millions d’années, la montée de l’Himalaya a exposé de nouvelles roches à l’altération chimique. Lors de ce processus, le gaz carbonique de l’atmosphère se lie à certains minéraux dans la roche, réduisant ainsi la concentration atmosphérique de CO₂ et refroidissant la planète.

La tectonique des plaques peut aussi avoir une forte influence sur les courants océaniques. Par exemple, la création des passages de Tasmanie et de Drake – lorsque les continents austro-asiatique et sud-américain ont été séparés de l’Antarctique – a mené à la formation du courant circumpolaire antarctique il y a plus de 30 millions d’années. Le courant a amené de l’eau froide des profondeurs de l’Antarctique vers la surface. Cette activité tectonique – combinée à l’enfouissement de dioxyde de carbone atmosphérique dans l’Himalaya – aurait provoqué la glaciation du Cénozoïque supérieur. Les scientifiques peuvent prédire où les plaques se déplaceront au cours des prochains 250 millions d’années^w8.

9. Les éruptions volcaniques ont des effets mixtes

Les éruptions volcaniques sont une autre conséquence de la tectonique des plaques qui affecte le climat de la Terre. Leurs effets peuvent durer de quelques jours à plusieurs décennies. La grande quantité de gaz carbonique émise par les volcans peut réchauffer la planète sur le long terme, alors que la poussière et le dioxyde de soufre dégagés dans l’atmosphère peuvent bloquer les radiations solaires, menant à un refroidissement global dans le court terme^w9.

L’éruption du Pinatubo aux Philippines en 1991 a dégagé 17 millions de tonnes de dioxyde de soufre dans la stratosphère. Cela a provoqué un nuage de gouttelettes d’acide sulfurique qui a bloqué la lumière du Soleil et réduit les températures mondiales d’environ 0.4°C pendant deux ans.

10. La couverture nuageuse complique le réchauffement climatique

Les nuages ont d’importantes conséquences pour le climat de la planète. Des nuages bas et épais refroidissent la surface de la Terre, alors que de hauts nuages fins la réchauffent. La formation des nuages nécessite des aérosols – de minuscules particules en suspension dans l’atmosphère. Ils agissent comme de petites « graines » sur lesquelles de la vapeur d’eau se condense^w10. Les aérosols sont bien plus que ce que l’on trouve dans une bombe de laque. Ils peuvent être naturels (tels que la poussière ou le sel marin) ou d’origine humaine (tels que les polluants ou la fumée). Une augmentation en aérosols anthropogènes pourrait contrebalancer le réchauffement climatique.

L’expérience CLOUD au CERN améliore notre compréhension des aérosols et des nuages. Son but est d’examiner l’influence possible des rayons cosmiques sur la formation des nuages^w11. Ces rayons sont formés de particules subatomiques qui proviennent de supernovas hors du système solaire, et pourraient influencer la couverture nuageuse à travers la formation de nouveaux aérosols.

Remerciements

L’auteur et les éditeurs souhaitent remercier Dr. Anwar Khan du groupe de recherche en chimie atmosphérique à l’Université de Bristol, Royaume-Uni, pour son aide précieuse avec cet article.

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