Thème climatologie - Synthèse des TD 7 et 8

La Terre : planète en équilibre fragile ?

La notion délicate de fragilité

La planète Terre, en tant que sphère de 6.10²⁴ kg, n'est pas fragile. L'environnement non plus, puisque depuis les ∼4 milliards d'années d'existence de la vie, il a supporté bien des avatars, et s'en est toujours remis...

Ce qui est fragile, c'est l'environnement sous la forme que nous connaissons aujourd'hui. Dix degrés de plus seraient certes fatal pour une bonne partie de la biosphère, mais ne le serait pas, ni pour la Terre, ni pour la vie en général. Ainsi, les conditions régnant sur Terre aujourd'hui sont effectivement facilement « modifiables », ce qu'on peut qualifier de « fragile ».

La notion d'équilibre et de couplages entre les enveloppes

Face à cette notion, il faut considérer d'abord qu'il existe des facteurs « amortissants », qui retardent les effets mais qui ne régulent rien. Par exemple, une augmentation du CO₂ est limitée par sa dissolution dans l'océan. Cette limitation est provisoire. Elle s'arrêtera théoriquement quand l'océan aura absorbé tout ce qu'il est capable d'absorber.

Figure 1.  La circulation océanique générale

Elle s'arrêtera même avant. Le CO₂ se dissout dans les eaux polaires froides. La circulation océanique générale entraîne un enfoncement du CO₂ dans l'océan Atlantique profond et une migration vers le Pacifique. Ce CO₂ ressortira dans 2000 ans au nord d'Hawaii. Quoique l'on fasse, dans 2000 ans, le Pacifique « recrachera » le CO₂ qui est absorbé aujourd'hui dans l'Atlantique Nord.

Il y a aussi des boucles de régulations : Comme pour les régulations du milieu intérieur des vertébrés (glycémie par exemple...), il existe de nombreuses boucles de rétroactions entre les différentes enveloppes du globe et des paramètres externes comme la température. Certaines de ces interactions sont négatives et donc tendent à amortir les variations, d'autres sont positives, et tendent à les exagérer.

Exemples de rétroaction positive et négative sur la température terrestre

Prenons l'exemple d'une légère augmentation de température pour une cause x (variation d'un paramètre orbital par exemple). Cette augmentation de température diminuera la solubilité du CO₂ dans l'océan, donc augmentera la quantité de CO₂ atmosphérique, ce qui augmentera l'effet de serre, qui augmentera la température, et ainsi de suite, avec effet boule de neige. Cette boucle de rétroaction fonctionne « géologiquement vite », c'est-à-dire à la vitesse de réaction des océans. C'est vraisemblablement ce qui se passe depuis 3 millions d'années : de très faibles variations d'ensoleillement (Milankovich) ont probablement provoqué d'énormes variations climatiques.

Figure 2.  Exemple de boucle de rétroaction positive.

A l'opposé, une augmentation de température va favoriser l'altération continentale. Cette altération (notamment des plagioclases, silicates calciques) va libérer des ions Ca²⁺, qui vont piéger du CO₂ sous forme de CaCO₃ et vont donc diminuer le CO₂ atmosphérique (CaSiO₃ + CO₂ → CaCO₃ + SiO₂, réaction qui consomme irréversiblement du CO₂). La diminution du CO₂ atmosphérique va entraîner une diminution de l'effet de serre et donc une diminution de la température (effet modérateur). Cette rétroaction est beaucoup plus lente, car elle fait intervenir l'altération continentale, phénomène lent.

Figure 3.  Exemple de rétroactions positive et négative sur la température terrestre

Bilan

Le climat de la Terre est donc la somme de n interactions de ce genre, rapides ou lentes, positives ou négatives, qui sont loin d'être toutes comprises. Toute modélisation fiable est donc impossible. Mais les deux exemples cités plus haut montrent que la quantité de CO₂ peut, par son augmentation, complètement perturber notre environnement actuel à brève échéance (quelques siècles), mais qu'à l'échelle géologique, tout peut redevenir comme avant en quelques millions d'années (même si ce sera trop tard pour nous !).

Remarquons enfin que de telles perturbations ont lieu naturellement. Depuis le début de l'ère primaire, le taux de CO₂ (qui était de 5 à 10 fois la teneur actuelle au début du paléozoïque) varie sans cesse entre 0,5 fois la teneur actuelle (au Carbonifère), jusqu'à 5 fois la teneur actuelle (au Crétacé) et même 20 fois la teneur actuelle au début de l'Ordovicien. Cela n'a pas été la fin de la Terre, ni même de la vie, mais la fin de très nombreux environnements