LES ACTEURS
Les connaissances actuelles nous font supposer que les principaux acteurs du climat terrestre sont:
L'environnement de la planète
- l'activité solaire qui rayonne sur la planète
- le champ magnétique solaire qui dévie les rayons cosmiques qui font les nuages
- la position astronomique du soleil par rapport à la terre
Les facteurs inhérants à la planète
- la rotation terrestre (le jour et la nuit)
- l'obliquité et la précession de son axe de rotation sur le plan de l'écliptique (les saisons)
- l'excentricité de l'orbite terrestre
- L'effet de serre qui accentue l'effet d'échauffement par le rayonnement solaire
- Les échanges de gaz carbonique avec les océans en fonction de la température
- l'évaporation des océans (cycle de l'eau)
- les vents
- les courants marins
- les changements physiques: glaciations, aridité des sols, éruptions volcaniques
- les changements provoqués par les activités humaines
Tous ces facteurs agissent sur la planète et réagissent entre eux simultanément. Aussi on conçoit facilement qu'il est difficile de prévoir le temps et de trouver la cause de certains phénomènes. Il est cependant possible de construire mathématiquement des systèmes modèles se rapprochant assez bien de la réalité, les calculs étant pris en charge par des ordinateurs très puissants. Ce procédé est appelé modélisation climatique.
La modèlisation reste toujours très simplificatrice. En particulier les températures calculées sont toujours des valeurs moyennes de contrées ou d'océans ou même la température moyenne globale de la basse atmosphère du globe.
HISTORIQUE DU CLIMAT TERRESTRE
Températures moyennes terrestres depuis 542 millions d'années
Page: Paléoclimatologie Fichier: 400px-Phanerozoic_Climate_Change.png
Crédit: contenu soumis à la license CC-BY-SA 3.0 http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.fr
Source : Article Paléoclimatologie de Wikipédia en français
http://fr.wikipedia.org/wiki/Histoire_du_climat
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Les variations de la composition isotopique de l'oxygène (par exemple dans des tests de foraminifères) constitue un indicateur climatique (« proxy ») qui signe les variations de la température des océans et la quantité de glace (inlandsis). Elles ont permis de reconstituer les variations globales de température depuis 550 millions d'années. Ces données sont en accord avec les épisodes glaciaires relevés dans les roches sédimentaires (tillites), ainsi que les données paléobotaniques et de concentration de carbone dans l'atmosphère. Aujourd'hui, le climat global se situe dans une période tempérée interglaciaire. Des études paléontologiques ont montré que pendant de longues périodes (Crétacé, Miocène supérieur...), le climat global était plus chaud qu'actuellement.
Les calottes glaciaires sont observables depuis la formation du monde. De surcroît, leur évolution est cyclique. Elles mettent ainsi en évidence cinq ères Glaciaires toutes suivit d'une ère Interglaciaire chaude.
- La première, que l'ont sépare parfois en deux glaciations distinctes, fut la glaciation Précambrienne, qui se situe de -4,5 Milliard d'année (âge estimé de la Terre) à environ -800 Ma (Ma=million d'années)
- Puis la glaciation ordovicienne, autour de -450 Ma
- La glaciation de la fin du carbonifère, de -350 à -250 Ma
- La glaciation de la fin du Jurassique, de -170 à - 110 Ma (l'une des causes possible de l'extinction des dinosaures)
- Et pour finir, l'ère glaciaire actuelle, qui a débuté sur le continent antarctique il y a environ 30 ou 40 Ma.
Ajoutons que ces longues périodes appelées ères climatiques sont elles mêmes divisées en périodes plus courtes appelées périodes climatiques glaciaires (plus froid) et interglaciaires (moins froid ou tempéré). Par exemple aujourd'hui (temps 0) nous sommes dans une ère glaciaire depuis 30 ou 40 millions d'années et nous sommes rentrés pendant cette ère et depuis 8000 ans dans une période interglaciaire .
Voir la figure suivante détaillée sur 400000 ans.
Températures moyennes terrestres depuis 400000 ans
Page: Changement climatique Crédit: contenu soumis à la license CC-BY-SA 3.0 http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.fr Source :Changement climatique de Wikipédia en français http://fr.wikipedia.org/wiki/Changement_climatique
Les phases antérieures à l'histoire humaine relèvent de la paléoclimatologie. Elles permettent de suivre, au fil des périodes de glaciations successives, les variations liées au changement climatique ayant affecté les sols et les espèces, selon leur nature. Le cycle du carbone en est désormais partie prenante ; la fréquence d'étude de cette phase est donc comparable à l'échelle des temps géologiques.
Le cycle des changements climatiques permet aujourd'hui de détailler les sept dernières glaciations antérieures :
- jusque 450 000 ans en arrière : Interglaciaire de Waal
- jusque 400 000 ans en arrière : Glaciation de Günz ou Nébraskien
- jusque 350 000 ans en arrière : Interglaciaire de Cromer ou Aftonien
- jusque 320 000 ans en arrière : Glaciation de Mindel, ou Elster ou Kansien
- jusque 270 000 ans en arrière : Interglaciaire de Holstein ou Yamouthien j
- jusque 200 000 ans en arrière : Glaciation de Riss, ou Saal, ou de l'Illinoien
- jusque 125 000 ans en arrière : Interglaciaire de Eem ou Sangamonien ou Eémien
- jusque 70 000 ans en arrière : Glaciation de Würm, ou Weichsélien ou Wisconsinien
- jusque 11 625 ans en arrière : Interglaciaire de l'Holocène, (Holocene climatic optimum) parfois désigné comme « le nouveau réchauffement » de l'Holocène
Fichier: Vostok-ice-core-petit.png Crédit: contenu soumis à la license Wikimedia Commons Source: File:Vostok-ice-core-petit.png de Wikimedia
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vostok-ice-core-petit.png?uselang=fr
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Ces résultats ont été obtenus par l'analyse de carottes de glace forées en grandes profondeurs dans le continent Antarctique (base scientifique russe de Vostock).
La figure donne les variations de la température moyenne globale du globe depuis 400 mille ans avant J.C. et en vert la concentration du gaz carbonique dans l'atmosphère.
La température dont on perçoit les oscillations dues à des instabilités d'activité solaire varie suivant des cycles d'environ 100 000 ans (cycles de Milankowitch) et le taux de CO2 suit les variations de température avec un retard estimé à 800 ans environ. Ces variations de CO2 sont dues au CO2 contenu dans les océans et qui est lentement libéré quand la température monte ou absorbé quand la température descend. Ainsi les variations naturelles de CO2 atmosphérique sont dues aux variations de température et non l'inverse comme l'avait cru Al Gore. L'effet reste cependant amplificateur de l'effet de serre.
En 2012, nous sommes dans une dernière période interglaciaire et qui date d'environ 8000 ans. La température moyenne du globe est de 15°C. Il nous reste quelques dizaines de milliers d'années pour retomber dans une période glaciaire.
On s'aperçoit que les températures déduites de ces recherches concordent assez bien avec les températures basses des périodes glaciaires et plus élevées des périodes interglaciaires, telles qu'avancées précédemment.
LES CYCLES DE MILANKOWITCH
Fichier: Milankovitch Variations.png Crédit: contenu soumis à la license Wikimedia Commons Source: Fichier: Milankovitch Variations.png de Wikimedia http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Milankovitch_Variations.png?uselang=fr
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Excentricité de l'orbite terrestre, obliquité et précession de l'axe de rotation terrestre
Page: Milutin Milankowitch
Crédit: contenu soumis à la license Creative Commons http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.fr Source: Article Milutin Milankowitch de Wikipédia http://fr.wikipedia.org/wiki/Milutin_Milankovi%C4%87
LES CYCLES D'ACTIVITE SOLAIRE
L'activité solaire se manifeste à distance par un rayonnement énergétique, une émission corpusculaire et un champ électromagnétique. Ses périodes de croissance coincident avec l'apparition des taches solaires.
Page: Cycle solaire
Crédit: contenu soumis à la license Creative Commons http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.frµ Source: Article Cycle Solaire de Wikipédia http://fr.wikipedia.org/wiki/Cycle_solaire
Dans l'absolu, l'activité solaire est réglée par un cycle d'une période moyenne de 11,2 ans d'un maximum au suivant mais la durée peut varier entre 8 et 15 ans. L'amplitude des maxima peut varier du simple au triple.
L'ACTION DU RAYONNEMENT SOLAIRE (solar forcing)
La Terre reçoit l'énergie solaire sous forme de radiations de courtes longueurs d'onde (U.V., visible et proche infrarouge). Au contact de l'atmosphère, environ 30% de cette énergie sont renvoyée vers l'espace par l'air, les nuages et la surface claire du sol, suivant leur pouvoir de réflexion (albedo). Le reste est absorbé par l'atmosphère (20,7%) et par le sol (51%). Cependant cette action solaire est faible et ne justifie pas l'échauffement terrestre mesuré.
Effet de serre
Nous verrons que l'effet de serre amplifie considérablement l'effet d'échaufement du rayonnement solaire. Cet effet amplificateur permet d'admettre que de faibles variations d'activité solaire ont des conséquences très importantes sur le climat terrestre. Voir le chapitre suivant: La réactivité de la planète.
L'ACTION DU CHAMP ELECTROMAGNETIQUE SOLAIRE
Ce champ enveloppe tout le système solaire dans une bulle appelée Héliosphère. Son maximum coincide avec celui des cycles solaires et il s'inverse à ce moment là.
Son action sur le climat terrestre est très importante car il dévie les rayons cosmiques arrivant sur terre depuis l'espace. Or on a constaté que les rayons cosmiques venant de l'espace ionisent les gaz et aérosols de l'atmosphère et engendrent un processus très efficace de formation de noyaux de condensation de la vapeur d'eau en nuages.
En conséquence le champ électromagnétique solaire freine la formation des nuages et amplifie l'action calorifique du rayonnement solaire.
Cet effet amplificateur s'ajoute encore à celui de l'effet de serre.
LE DEPLACEMENT DU SOLEIL
L'Australien Rhodes W. Fairbridge, rappelle que le mouvement des planètes dont notamment Jupiter créent des forces sur le Soleil qui le déplacent autour du barycentre du système solaire d'environ deux diamètres solaires. Par exemple le déplacement maximum du soleil est obtenu lorsque les deux planètes (Jupiter et Saturne) sont alignées avec le soleil. D'après les analyses de Fairbridge, ces forces ont aussi des conséquences sur le fonctionnement interne de notre étoile, elles seraient ainsi à l'origine des variations de l'intensité et des durées des cycles longs solaires.
LA REACTIVITE DE LA PLANETE
L'effet de serre
Le sol s'échauffe et restitue de l'énergie sous forme de rayons infrarouges qui sont à absorbés en altitude par les gaz à effet de serre. Ces derniers réchauffent l'atmosphère qui à son tour rayonne dans tous les sens et en particulier vers le sol qui reçoit un échauffement supplémentaire. Le phénomène se reproduit en boucle et l'échauffement du sol devient important. L'effet de serre porte la température moyenne de la surface terrestre de -18°C à +15°C.
L'échange du CO2 entre océans et atmosphère
La température dont on perçoit les oscillations dues à des instabilités d'activité solaire varie suivant des cycles solaires longs d'environ 100 000 ans (cycle de Milankowitch) et le taux de CO2 suit les variations de température avec un retard estimé à 800 ans environ. Il s'agit du CO2 contenu dans les océans et qui est lentement libéré quand la température monte ou absorbé quand la température descend. Ainsi les variations naturelles de CO2 atmosphérique sont dues aux variations de température et non l'inverse comme l'avait cru Al Gore. L'effet est aussi amplificateur de l'effet de serre.
L'action majeure sur l'effet de serre des rejets industriels de CO2
Fichier: Carbon Dioxide 400kyr.png
Crédit: contenu soumis à la license: Wikimedia Commons Source: Fichier: Carbon Dioxide 400kyr.png de Wikimedia http://en.wikipedia.org/wiki/File:Carbon_Dioxide_400kyr.png
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Des ordinateurs très puissants situés aux États-Unis, au Japon, en France (Météo France), ont pour tâche spécifique de calculer les variations de climat qui vont se produire jusqu'en 2100. Cette tâche qui nous parait impossible a été pourtant réalisée grâce à des procédés de maillage de la surface terrestre et à des estimations pas à pas. Des modèles mathématiques ont pu ainsi être construits. Seuls les calculs sur ces modèles sont susceptibles de donner des résultats cohérents sur les variations combinées de température dues aux variations d'activité solaire et aux variations de concentration des différents gaz à effet de serre dont en terminal le gaz CO2 par rejets industriels.
L'élévation de température moyenne du globe relevée de 1906 à 2006 est de 0,74°C, elle est de 0,65°C durant la seule période de 1956 à 2006.
Les modèles mathématiques donne les résultats suivants:
L’apport énergétique solaire
La partie du rayonnement solaire arrivant à l'atmosphère terrestre est exprimée par la constante solaire dont la valeur moyenne est de 1367 W/m². Cette quantité n’est mesurée que depuis 1976 et varie seulement de quelques pour mille entre les périodes de forte et de faible activité solaire. Les calculs montrent que sur une période récente la contribution finale du rayonnement solaire au réchauffement climatique actuel n’est que de 3 à 18%, avec des incertitudes sur la valeur exacte. Cette contribution solaire est appelée "solar forcing" ou forçage solaire. Ces chiffres sont issus du rapport 2007 du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC).
L'apport dynamique de l'effet de serre
L'augmentation de l'effet de serre contribue donc à plus de 80% à cette forte augmentation de température moyenne de 0,65°C constatée sur la période très courte de 1956 à 2006. Les coupables ne peuvent être que les gaz à effet de serre dont principalement le CO2 anthropique (dû aux activités humaines) qui s'ajoute à la concentration naturelle. Résultats confirmés par les calculs.
CONCLUSIONS
Variations du climat
Les modèles climatiques ont aussi calculé quelle serait la température en 2100 dans plusieurs scénarios tenant compte de notre vigilance plus ou moins sévère à réduire les émissions de CO2.
Dans un scénario moyen, la température moyenne terrestre augmenterait d'environ 3°C de 2007 jusqu'à 2100, valeur très forte qui imposera le climat suivant:
En été le réchauffement va intervenir sur tous les continents tandis qu'en hivers les pays du Nord seront plus touchés. L'agriculture du centre des Etats-Unis sera touchée par la chaleur et la sécheresse.
En été l'Europe et l'Amérique centrale vont souffrir de la sécheresse tandis qu'en hivers il pleuvra presque partout. Les eaux s'évacuant plutôt par ruissellement en hivers, les nappes phréatiques vont baisser.
Le sud de la Chine, l'Inde et l'Indonésie pourront craindre toute l'année de nouvelles inondations.
En été la moitié sud de la France subira un fort réchauffement moyen de 4,5 °C. La chaleur y sera assez difficile à supporter et les canicules seront plus fréquentes. L'hivers sera doux sur tout le pays. Suite à la sécheresse accrue, l'agriculture dans le sud va manquer d'eau.
Fonte des glaciers et montée des eaux des océans
L'eau douce issue de la fonte des glaciers perturbe la circulation des courants océaniques tels que le Gulf Stream.
Cet apport d'eau douce provoque une montée des eaux qui fera disparaître de nombreuses côtes et îles.
Effets secondaires
L'excès de concentration de CO2 dans l'atmosphère est aussi néfaste pour d'autres raisons:
- Acidification des océans
Quand le CO2 se dissout dans les océans, une partie devient de l'acide carbonique, un agent corrosif, qui détruit les coquilles d'espèces importantes dans la chaîne alimentaire.
- Accroissement du ruissellement sur les sols L'augmentation de CO2 dans l'atmosphère provoque un ralentissement de la transpiration des plantes dont les stomates s'ouvrent moins. Il en résulte des sols plus humides et une augmentation du ruissellement. Ces eaux de ruissellement sont chargées de matières en suspension, d'engrais, de pesticides qui s'écoulent dans les rivières et les polluent. Les envasements sont néfastes à la reproduction des alevins. L'équilibre trophique des rivières est modifié. Les sols humides étant moins absorbants, les effets des inondations sont accrus.
En conséquence, il est impératif et urgent de prendre des mesures susceptibles de réduire ces émissions industrielles de CO2 afin d'éviter les nombreuses catastrophes qui pèsent sur le genre humain, la biodiversité et la vie générale de la planète.
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