Accueil
Site
Dernières images
Portail
Rechercher
Humeur
Introduction
Le fait que le dioxyde de carbone est un «gaz à effet de serre» - un gaz qui empêche à une certaine quantité de rayonnement infrarouge de s'échapper vers l'espace et qui donc maintient un climat généralement chaud sur Terre, remonte à une très ancienne idée qui a vue le jour il ya près de ... 200 ans, ( bien que cette dernière n'ai pas spécifiquement de rapport direct avec le CO2 ).
L'histoire de comment cette propriété physique importante a été découverte, comment son rôle dans le passé géologique a été évalué et comment nous en sommes arrivés à comprendre que sa concentration ayant augmenté, en passant par la combustion de combustibles fossiles, nuirait à notre avenir, couvre près de deux siècles d'enquête, de découverte , et d'innovation.
Au commencement ...
Pour retrouver la trace scientifique de ce qui est aujourd'hui connu comme l'effet de serre, nous devons voyager dans le temps ; dans la France des années 1820. Napoléon, vaincu à la bataille de Waterloo quelques années auparavant, venait de mourir, mais quelqu'un qui avait entrepris des projets universitaires d'ingénierie importants pour l'Empereur était maintenant activement engage pour ses investigations sur le monde physique, avec un intérêt particulier dans le comportement de la chaleur. Ce fut Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830).
Le Brave Fourrier avait calculé qu'un objet planétaire de la taille de la Terre ne devait pas être aussi chaud pour la distance à laquelle il se trouvait du soleil. Par conséquent, il a suggéré qu'il devait y'avoir quelque chose d'autre que le rayonnement solaire incident qui maintenait la planète plus chaude. Une idée lui est venue ; c'est que l'énergie venant du soleil sous forme de lumière visible et ultra-violette ( appelée à l'époque "chaleur lumineuse " ) était facilement capable de passer à travers l’atmosphère en réchauffant la terre, mais que la chaleur infrarouge ( appelée chaleur non-lumineuse à l'époque ) alors émise par la surface ne pouvait pas être renvoyée de façon aussi directe. " L'air chaud doit , expliquait-il , agir comme une sorte de couverture isolante ". Les moyens d'observations et de mesures à l'époque étant limités c'est tout ce qu'il pu avancé.
Les années 1860 : Tyndall et les gaz qui retiennent la chaleur
Environs 40 ans plus tard, le fil qu'avait commencé à tissé Fourrier est repris. John tyndall, controversé à l'époque, avait supposé qu'une grande partie de l'Europe du nord avait été recouvert par la calotte glaciaire a un moment donné. Cependant ce qui était loin d’être évident c'était de savoir comment le climat pouvait changer de manière aussi drastique. Parmis les possibilités envisagées, Tyndall avait supposer que cela provenait de variations de la composition de l'atmosphère, et par une série d’expériences, il a découvert que la vapeur d'eau était un agent chimique de rétention de chaleur importante. Il a également constaté que le dioxyde de carbone était très bon pour retenir la chaleur, en dépit d'être un gaz trace ( quelques centaines de ppm ). Des centaines de parties par million ça peut ne pas sembler beaucoup, mais certains composés ont des propriétés importantes à de telles concentrations: par exemple, 500 ppm de sulfure d'hydrogène dans l'air peut conduire à l'asphyxie, comme toute fiche de sécurité sur le gaz vous le dirons .
Dioxyde de carbone: Arrhenius fait une découverte
La découverte intéressante de Tyndall ne résout pas complètement le mystère des âges de glace: cela est venu beaucoup plus tard ; il a planté la graine d'une idée qui a été revu à la fin du 19ème siècle par un savant suédois Svante Arrhenius (1859-1927). Parceque la vapeur d'eau est contrainte d’être recyclée dans et hors de l'atmosphère quotidiennement, il tourna son attention vers dioxyde de carbone, un gaz qui,lui, réside pendant une longue période dans l'atmosphère et dont la concentration était seulement (à l'époque) radicalement changée par les grandes sources comme les volcans ou les épisodes insolites et massives des altération des minéraux ou l'évolution des plantes photosynthétiques: des événements qui se produisent sur de très longues échelles de temps géologiques. Arrhenius compris que l'augmentation de la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère entraînerait une certaine quantité de réchauffement. En outre, il était déjà connu par la relation de Clapeyron, que l'air chaud peut contenir plus de vapeur d'eau: la quantité est d'environ 7% de plus par degré Celsius de réchauffement. Et que la vapeur d'eau supplémentaire provoquerait à son tour un réchauffement supplémentaire - ce qui est une réaction positive, dans lequel le dioxyde de carbone agit comme un régulateur direct de la température, puis est rejoint dans ce rôle par plus de vapeur d'eau avec l'augmentation des températures.
Grâce à la poursuite des travaux d'Arrhenius, il a déterminé que si on réduisait de moitié la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, la température de l'Europe pourrait chuter de près de 4-5 ° C. Mais un tel changement, assez grand pour provoquer une glaciation, pourrait il se produire ? Il se tourna vers son collègue Arvid Högbom (1857-1940), qui avait enquêté sur les cycles de dioxyde de carbone naturels, pour voir si cela pouvait se produire. Hogbom avait commencé à l'époque à examiné la quantitée de CO2 sortant des usines ( assez simple à faire si vous savez, par exemple, combien de tonnes de charbon chaque usine brûle par an). Il avait été surpris de constater que l'homme relarguait des taux d'émission de CO2 qui étaient très semblables à ceux qui se produisent dans la nature.
Dans les années 1890 cela ne représentait qu'une infime fraction de ce que nous relarguons aujourd'hui, mais il se demandait déjà qu'est ce qui pourrait se passer si l'humanité continuait à brûler des quantités de carbones fossiles de façon croissant au fil des siècles. A coté de ses recherches des ages glaciaire, Arrhenius a faits les calculs pour voir ce que pourrais faire un doublement des concentrations de dioxyde de carbone aux températures. Il en est arrivé à la conclusion que celà ammenerais à 5-6 ° C de réchauffement moyen mondiale.
A l'époque, il ne voyait pas celà comme un problème ; tout d'abord à ces taux, il faudrait des milliers d'années pour que le doublement de la concentration de CO2 puisse prendre place et d'autre part ont pensait que les océans pourrait être en mesure d'absorber les cinq sixièmes des émissions... Au moment où l'hypothèse est apparue dans un livre populaire qui a été publié en 1908, le taux de combustion avait déjà augmenté de manière significative, en conformité avec ce changement, ils ont révisé le temps que prendrait le doublement du CO2. Ils ramenèrent leurs résultats à "quelques siècles".
Scepticisme: Arrhenius vs Ångström
Les résultats ne satisfaisaient pas vraiment au début du XXe siècle, avec beaucoup de scepticisme. Les objections ont été centrées autour de réclamations de simplification, l'insuffisance de prendre en compte les changements de la nébulosité et les résultats des tests de laboratoire par un autre Suédois, Ångström Knut (1857-1910). Angström avait employé un assistant de laboratoire pour mesurer le passage du rayonnement infrarouge à travers un tube rempli avec du dioxyde de carbone. Au terme de leur expériences, ils sont arrivés à la conclusion que les bandes d'absorption du spectre de la lumière à laquelle le dioxyde de carbone absorbe ont été rapidement saturés, de sorte que leur absorption n'augmenterait pas.
Un autre problème soulevé à l'époque était que la vapeur d'eau absorbe le rayonnement infrarouge, et les spectrographes plutôt de faible résolution à l'époque, sont disponibles. Les bandes d'absorption des deux gaz se chevauchaient. On pensait donc que l'augmentation du dioxyde de carbone serait limité car étant incapable d'absorber le rayonnement infrarouge dans les bandes d'absorption du spectre de la vapeur beaucoup plus abondante.
Toutefois, la précision des mesures obtenues par Ångström a depuis été accusé d'avoir été pauvre: hormis des chiffres peut explicite, l'atmosphère ne peut pas simplement être traitée comme un tube plein de gaz: elle a plusieures couches, chacune avec ses propres caractéristiques, et il faut aussi prendre en compte comment interagissent ces couches entre elles.
Mais à l'époque, il a été conclu que Arrhenius avait tort et du coup Ångström a été déplacé sur d'autres recherches, malgré le fait qu'Arrhenius ait publier un document critique des expériences, qui avait également pour but d'expliquer comment, dans les couches supérieur de l'atmosphère, la vapeur d'eau est d'une importance limitée. Cela a été - et est encore - parce que la vapeur d'eau dans la haute troposphère se trouve dans des concentrations de plusieurs ordres de grandeur plus faibles que dans la basse troposphère où la plupart de notre météo se produit. Cependant, comme par hasard, personne n'a vraiment réagis sur cela, et l’hypothèse de l'effet de serre par le dioxyde de carbone allait s'endormir pour plusieurs années...
1930: Hulburt et Callendar
Le fil a été repris en 1931, lorsque le physicien américain EO Hulburt a fait des calculs pour déterminer l'effet d'un doublement du dioxyde de carbone (une fois de plus), et y compris la part de réchauffement supplémentaire par la vapeur d'eau. Il a trouvé un chiffre de l'ordre de 4 ° C de réchauffement. Il a également réfuté les travaux de Ångström et a déterminé que, indépendamment des processus convectifs, c'était la fuite de rayonnement infra-rouge dans l'espace (ou son blocage) qui était d'une importance capitale. Le document qui en résulte est apparu dans une la revue Physical Review, qui avait eut tendance à ne pas être lu par des spécialistes de l'atmosphère et était par conséquent manqué par beaucoup d'entre eux. En tout cas, il a été généralement admis que le système climatique de la Terre elle-même était maintenue dans une sorte d'équilibre naturel. Avec le recul, compte tenu des changements climatiques dramatiques qui ont conduit aux ages de glace, c'était une conclusion assez curieuse. Sept ans plus tard, l'ingénieur anglais Guy Callendar (un spécialiste de la machine à vapeur, mais avec un très vif intérêt pour la météorologie) a relancé cette idée après avoir découvert des preuves d'une tendance à l'augmentation de la température mondiale au début du XXe siècle ( à partir de compilations de données d'enregistrements de température ). Après une longue attente, les niveaux réels de dioxyde de carbone dans l'atmosphère ont été revisitées: Callendar trouve qu'ils avaient augmenté d'environs 10%, il a suggéré que c'est ce qui pourrait avoir causé le réchauffement, et il a ajouté qu'au cours des siècles à venir il pourrait y avoir un changement climatique vers un état définitivement plus chaud.
La réaction à l'époque était partagée: par exemple, le doute a été jeté sur l'exactitude des mesures de la concentration de dioxyde de carbone provenant du dix-neuvième siècle. De plus, il y avait encore les vieux doutes à l'égard de l'œuvre originale d'Arrhenius: ont pensait que l'immensité des océans parviendrait à absorber une grande partie de ce gaz supplémentaire. Callendar a suggéré que la couche supérieure de l'océan, qui interagit avec l'atmosphère, pourrait facilement devenir saturé en dioxyde de carbone, ce qui aurait une incidence sur sa capacité à absorber plus, parce que, pensait-il, le taux de mélange avec les eaux océaniques profondes et peu profondes est probablement très lent. Et il y avait encore le vieux problème des bandes d’absorptions de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone qui se chevauchaient, ce qui devrait diminuer les propriétés à effet de serre de ce dernier gaz.
Après 1945: l'avancée avec la technologie de la guerre froide
La période suivant la Seconde Guerre mondiale a vu un nouvel élan se mettre en place pour démêler les parties du problème climatique, aidés par la recrudescence de la recherche scientifique qui a accompagné le début de la guerre froide. les processus atmosphériques ont des implications essentielles en termes militaires, de sorte qu'il a été jugé nécessaire de les comprendre aussi complètement que possible. Les propriétés et le comportement du rayonnement infra-rouge ont aussi subi un examen particulier pour des raisons militaires également à la base. Les expériences de Ångström, impliquant l'air contenant différentes quantités de dioxyde de carbone dans un tube, ont été infirmées et qualifiées de "trompeuses": le problèmes était les mesures de faibles résolution à l'époque. Plutôt que de trouver de larges bandes d'absorption ( ce qu'avait trouvé A. ), l'équipement moderne plus précis a trouvé des groupes de lignes nettes, où l'absorption peut se produire, avec des écarts entre les deux, où l'infra-rouge pourrait passer sans encombre ( fenêtre atmosphérique ). Le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau ont leurs propres ensembles d'absorption, avec des lignes qui ne coïncident pas exactement, et il a été réaffirmé que la vapeur d'eau était relativement peu importante dans les niveaux supérieurs de l'atmosphère relativement sèche.
Maintenant, c'était certain que l'on avait rendu compte que les propriétés de chaque couche doivent être prises en compte aussi. Hulburt et Callendar - et même Arrhenius - avaient après tout été sur la bonne voie, même si les aspects de leurs conclusions étaient incorrects.
Vers le milieu des années 1950, les scientifiques ont eu l'énorme avantage de disposer de la puissance de calcul des ordinateurs. Cela a permis de disséquer chaque couche de l'atmosphère terrestre et de travailler sur la façon dont elle pourrait absorber le rayonnement infra-rouge. Le physicien Gilbert Plass a entrepris la tâche: d'une part son travail (publiée en tant que document intitulé La Théorie du dioxyde de carbone du changement climatique, dans la revue Tellus en 1956) a confirmé que plus de dioxyde de carbone dans l'atmosphère aurait un effet de réchauffement et d'autre part que les niveaux de doublement de ce gaz conduirait à un réchauffement de 3-4 ° C. Ce qui, à des taux d'émissions du milieu des années 1950, entrainerait une hausse d'environ 1,1 ° C par siècle. Plass écrit que si à la fin du 20e siècle, la température moyenne a continué d'augmenter, il serait "fermement établi" que le dioxyde de carbone peut provoquer des changements climatiques. Mais encore une fois, la réaction de ces annonces fut partagée. Le manque d'attention pour la vapeur d'eau et pour la nébulosité a conduit à des critiques assez importantes, et a remis en scène à nouveau la question de l'océan qui absorbe le gaz supplémentaire en objection à la suggestion de Plass qui disait que le dioxyde de carbone supplémentaire pourrait rester dans l'atmosphère pendant mille ans.
Les isotopes de Carbone
Les années 1950 c'était l'époque des essais nucléaires. Parmi les retombées des explosions nucléaires, il y'avait le carbone 14, un isotope instable du carbone qui a six protons et huit neutrons dans les noyaux atomique (le plus abondant de loin, formant 98,9% de tout le carbone sur Terre, est le carbone 12 avec six protons et six neutrons). Parce que le carbone 14 est instable, il subit une désintégration radioactive, et à travers cette radioactivité on peut suivre comme il se déplace dans l'atmosphère. Les scientifiques ont de suite permis d'établir que, dans quelques années, les gaz avec une longue durée de séjour ajoutés dans l'atmosphère seront bien mélangés dans toutes les couches, de pôle nord à pôle sud. Le carbone 14 a une demi-vie courte, ce qui explique pourquoi la datation au radiocarbone est utilisé seulement pour obtenir les âges des choses relativement récentes et non antique comme des roches qui ont des millions d'années, parmi lesquels on peut compter les combustibles fossiles. Dans le charbon et le pétrole, tout le carbone 14 a depuis longtemps disparu, de sorte que les brûler ne libérerait que du carbone non radioactif 12 et, plus rare mais stables, du carbone 13. La combustion des combustibles fossiles à grande échelle ajouterais donc plus de carbone 12 et 13 à l'air par rapport au carbone 14, indépendamment des essais nucléaires. Le chimiste Hans Suess a mis à l'épreuve celà en examinant les isotopes de carbone dans les arbres. Il a constaté que dans le bois jeune, il y'avait plus de carbone 12 et 13 par rapport au carbone 14. Ce fut l'empreinte de consommation des combustibles fossiles, enregistré dans le bois.
Suess et Revelle travaillent pour clarifier le rôle des océans
À l'époque, l'augmentation du carbone 12 et du carbone 13 était faible, ce qui avait renforçé l'idée que les océans absorbaient une grande partie du dioxyde de carbone ajouté. Cependant avec la recherche, le suivi a été introduit par Suess, en collaboration avec Roger Revelle à la Scripps Institution of Oceanography, et par d'autres spécialistes: tous sont arrivés à une conclusion similaire indépendamment l'un de l'autre, qui était celle que la mise en mémoire tampon imposerait une limite stricte de la quantité de dioxyde de carbone que les océans pourrait effectivement absorber. Pour anecdote c'est un tampon PH les sels marins neutralisent les H+ et maintiennent le pH de l'océan autour de 8 et quelques ).
C'était une étape cruciale dans la recherche. Revelle a calculé que, sur les émissions de carbone aux taux de l'époque (en supposant, comme la plupart de ses prédécesseurs, que ceux-ci resteraient probablement constant), une augmentation des niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère d'environ 40% serait possible au cours des prochains siècles. Toutefois, en aparté, il fait remarquer que si les émissions des taux continuaient d'augmenter, le résultat serait différent avec un réchauffement significatif dans les décennies à venir. Surtout, il a souligné que les êtres humains qui étaient en train d'effectuer une expérience géophysique à grande échelle d'un genre qui n'aurait pas pu se produire dans le passé, soit reproduites dans l'avenir - une allusion, peut-être, à la prise de conscience croissante du "fini", les combustibles fossiles, étant qu'ils sont une ressource non renouvelable, sur la période géologique de l'homme.
L'importance de la faible capacité des océans à absorber le dioxyde de carbone après un certain temps et a été élaboré par les météorologues suédois Bert Bolin et Erik Eriksson, qui a expliqué ce qui se passe. Fondamentalement, bien que le gaz sont en effet facilement absorbé par l'eau de mer, ce sont les délais qui comptent : le mélange des eaux océaniques superficielles et profondes se déroule sur des centaines de milliers d'années. L'eau de surface sature donc vite en dioxyde de carbone. Comme leurs prédécesseurs, Bolin et Eriksson ont faits les calculs concernant les changements de température possibles pour un doublement du dioxyde de carbone, mais cette fois, en supposant que les émissions devraient augmenter et augmenter encore davantage sur une trajectoire ascendante en constante accentuation. Ils ont trouvé une augmentation de 25% de dioxyde de carbone dans l'atmosphère d'ici l'an 2000. C'était beaucoup plus radicale que tout ce qui avait déjà été suggéré et Bolin a averti qu'un changement radical dans le climat pourrait se produire, une déclaration reprise par le climatologue russe Mikhael Budyko en 1962.
Fin des années 1950: la surveillance du dioxyde de carbone commence pour de bon
Donc, qu'est ce qui se passait vraiment avec la teneur en dioxyde de carbone de l'atmosphère? La seule façon de le savoir était de commencer à surveiller les niveaux de gaz avec des mesures précises, de telles initiatives ont été prises, en commençant par un réseau de 15 stations de mesure-autour de la Scandinavie. Les résultats ont été incroyablement bruyant, mais des failles ont été trouvées dans la méthodologie. Cependant, en Californie, chercheur Charles David Keeling a amélioré les techniques, au point qu'il a estimé qu'il pourrait être possible d'isoler et d'éliminer les sources parasites de "bruit". Revelle et Suess ont également participé au financement du matériel. Des endroits éloignés des bruits artificiel local ont été choisis, dans des endroits tels que l'Antarctique et au sommet du volcan Mauna Loa à Hawaii. Il convient de mentionner ici que, dans le dernier cas, le vent dominant est de l'océan et les fissures volcaniques qui dégagent des gaz sont presque toujours sous le vent: si le vent change les upticks subite due au dioxyde de carbone volcanogènes sont tellement évident sur les mesures qu'ils peuvent facilement être enlevés. Quoi qu'il en soit, l'idée était d'établir une concentration de référence et ensuite voir ce que les niveaux seraient dans les années suivantes. En 1958, Keeling était convaincu qu'il avait posé une base fiable et deux ans plus tard, il a signalé que les niveaux étaient à la hausse, à un rythme auquel ont pouvait s'attendre si les océans n'absorbaient pas la plupart des émissions.
Malheureusement, les stations en Antarctique ont été victimes d'un manque de financement. Cependant, la station de surveillance Mauna Loa a été maintenue et elle a continué à enregistrer une augmentation. Les mesures ont également enregistré un cycle fluctuant bien définie et régulier correspondant à la saison de croissance des plantes dans l'hémisphère nord. Il ya eu une baisse au printemps et en été et une augmentation en automne et en hiver. Dans le même temps, une compréhension sans cesse croissante d'autres aspects du cycle complexe du carbone était en cours. Le but était en général de savoir combien de dioxyde de carbone résultant de la combustion de combustibles fossiles finissait dans les océans, la végétation, les sols, les minéraux et ainsi de suite. Ce travail multidisciplinaire a réuni les différentes branches de la science qui avaient travaillé auparavant dans un relatif isolement: les scientifiques atmosphériques, des biologistes, des géochimistes, des informaticiens, etc. En 1965, il a été annoncé que «En l'an 2000, l'augmentation du CO2 atmosphérique ... peut suffire à produire des changements mesurables et peut-être marqué du climat."
Milieu des années 1960: le premier modèle climatique - Mannabe et Wetherald
En 1967, le premier modèle informatique simulant le climat de toute la planète avait été développé par Syukuro Manabe, en collaboration avec Richard Wetherald. Il peut avoir été relativement simple par rapport aux modèles modernes, mais néanmoins ils ont constaté que le mouvement de la chaleur par convection empêche la température de monter à des niveaux extrêmes: cependant, si la quantité de CO2 double, la température augmenterait de près de 2 ° C. La convection, tels que celle qui peut conduire à la formation d'orages, transporte beaucoup de chaleur de la surface de la Terre vers la haute troposphère: une surface qui se réchauffe améliore le processus, de sorte que de plus en plus de chaleur est transportée et trouve son chemin vers des niveaux où elle peut être ré-émise dans l'espace. Si la surface se réchauffait, la convection transporterait plus de chaleur vers le haut. Cette découverte supplémentaire importante a conduit à un problème de longue date que peu de travailleurs, à l'exception notable de Hulburt, avaient examiné en profondeur.
1970: Nouvelle ère glaciaire? Non!
En dépit de ces progrès, beaucoup de doute ont été encore exprimés dans la communauté scientifique: le climatologue Helmut Landsberg a annoncé en 1970 que la hausse du CO2 aux taux de l'époque, pourrait apporter une augmentation de 2 ° C de la température au cours des quatre siècles à venir. Ceci, selon lui, pourrait "difficilement être qualifiée de catastrophique." Il a également été souligné par le climatologue Hubert agneau entre autres, que les incertitudes comprenaient une incapacité à expliquer les fluctuations de température précédentes, connus à partir des données historiques, au cours des siècles précédents. En outre, les températures ont baissé un peu depuis les années 1940 alors que les niveaux de dioxyde de carbone ont augmenté. Quelle était cette histoire? S. Ichtiaque Rasool et Stephen Schneider, de la NASA, par exemple, ont modélisé les effets de la pollution sous la forme d'aérosols et les émissions de soufre dans l'atmosphère et ont découvert qu'une augmentation importante de cette pollution pourrait - peut-être - conduire à un épisode de refroidissement. Ces résultats ont même conduit une petite minorité de scientifiques et d'un plus grand nombre de commentateurs à savoir si l'actuel age interglaciaire touchait à sa fin. Étions-nous entrain d'entrer dans un nouvel âge glaciaire? Les médias ont adoré cela: en dépit d'être un point de vue scientifique minoritaire, l'hypothèse était belle et dramatique, et a été excessivement propagée par les médias.
Il n'y avait qu'une seule façon de trouver les réponses quant à ce qui se passait réellement: poursuivre l'effort de recherche. Dans les années 1970 et dans les années 1980, les développements les plus importants se sont produits, ceux-ci coïncident à partir du milieu des années 70 avec une reprise du réchauffement. L'identification des autres GES parfois plus puissants, comme le méthane, les contributions au dioxyde de carbone atmosphérique provenant d'autres activités humaines telles que la déforestation et de la fabrication de ciment, une meilleure compréhension des propriétés de changement de température via la pollution atmosphérique, comme les émissions de soufre, des aérosols et leur importance dans le refroidissement post-1940 de l'hémisphère nord: la base de connaissances a augmenté d'année en année. On a compris que les plantes et les océans ont des limites en ce qui concerne la quantité de dioxyde de carbone qu'ils pourraient absorber. Les modèles informatiques ont été en constante amélioration, les paramètres ont été mieux compris. Ayant écrit dans un article en 1981 dans la revue Nature, les climatologues Tom Wigley et Phil Jones ont déclaré: «Les effets du CO2 peuvent ne pas être détectable jusqu'à la fin du siècle. A cette époque, la concentration atmosphérique de CO2 sera probablement devenu suffisamment élevé (et nous serons engagés à de nouvelles augmentations) que le changement climatique nettement plus importante que n'importe lequel qui a eu lieu au siècle dernier pourrait être inévitable. "
Carottes de glace et air antique
Le forage de carottes dans le Groenland et l'Antarctique était maintenant devenue une branche importante de la recherche sur le climat du passé. La glace contient des bulles d'air préhistorique emprisonné quand il a été formé, et une méthode fiable a été mis au point pour isoler et analyser l'air. Il était possible d'avoir une idée de la composition de l'atmosphère du passé, à travers glaciations et interglaciaires. Il a été constaté que, dans les profondeurs glacées du dernier age glaciaire, les niveaux de dioxyde de carbone étaient beaucoup plus faibles, à moins de deux cent parties par million. Vers le milieu des années 1980, le célèbre noyau Vostok a été foré à une profondeur de 2 km, ce qui représente 150.000 années d'histoire du climat, ou un cycle interglaciaire-glaciaires-interglaciaires complet. Les fluctuations de dioxyde de carbone ont montré une relation remarquablement cohérent avec la température
Les données des carottes de glace ont aussi commencé à montrer un autre aspect du rôle de l'effet de serre: des feedbacks. Même si les épisodes de réchauffement ont été initiées par des changements orbitaux, le réchauffement serait provoquer par la libération de gaz à effet de serre, par les océans et la fonte du pergélisol. Ces gaz à effet supplémentaires agiraient alors comme des amplificateurs puissants au réchauffement initial. L'inverse peut également se produire avec l'augmentation de l'absorption de gaz à effet de serre en facilitant une baisse de la température et le retour dans une ère glaciaire. Mais étant donné que les niveaux de dioxyde de carbone sont maintenant sensiblement plus élevés comme jamais dans les deux derniers millions d'années, il était devenu clair que l'effet de serre est quelque chose que nous avions besoin de prendre très au sérieux: même si l'augmentation future précise que la température exacte était encore une inconnue, avec une assez grande erreur de gamme, les modèles indiquent que pour un doublement du dioxyde de carbone par rapport aux niveaux pré-industriels, une hausse de trois degrés Celsius en moyenne mondiale était le résultat le plus probable.
Un autre domaine de recherche était les changement climatiques à plus longue échelle, dans le passé lointain. Une fois que la tectonique des plaques avait été étudiée, il est devenu possible, grâce à toute une série de techniques géologiques, de retracer les pérégrinations des continents pendant des centaines de millions d'années. Ces reconstructions paléogéographiques ont démontré que, à certaines périodes dans le passé, qui durent souvent plusieurs dizaines de millions d'années, la répartition de la flore et de la faune dans les archives fossiles a montré que les espèces qui aiment la chaleur avaient bénéficié d'une zone beaucoup plus étendue en latitude qu'aujourd'hui. La planète dans son ensemble devait avoir bénéficié d'un climat beaucoup plus chaud, avec des pôles particulièrement plus chauds par rapport à ces derniers temps. Maintenant que la relation de dioxyde de carbone / température devenait bien documentée, l'attention s'est tournée vers ces périodes «de serre» du passé, et les preuves se sont accumulées que les niveaux de dioxyde de carbone ont en effet été beaucoup plus élevé à ces moments.
Résoudre le paradoxe du Young Sun
Cette précédente constatation a également répondu à un autre problème géologique: celle du soi-disant «Sun Young Faint Paradox». Pendant longtemps, les astrophysiciens avaient su que le Soleil était une étoile de la séquence principale ( étoile G2 ) qui avait peu à peu augmenté son éclairement par environ 10% par milliard d'années, de sorte qu'il a été beaucoup plus faible dans le temps. Mais en général, malgré cette plus faible activité du soleil, le climat était en moyenne, en dehors de ces périodes froide/chaude, plus chaud que ce qu'il aurait aurait dû être.
1980: Le cycle du carbone - le thermostat de la Terre
Comprendre le cycle du carbone était la clé de l'explication suivante: tout au long des temps géologiques les niveaux de dioxyde de carbone et d'autres GES non condensés avaient eut les principaux contrôles de la température planétaire. Le dioxyde de carbone a des sources et des puits et il y avait des fortes variations à la hausse ou à la baisse dans les sources ou les puits. Ces perturbations ont été enregistrées dans les strates. Les sources majeures, telles que des épisodes d'activité volcanique exceptionnel, couvraient des domaines de taille quasi-continental avec des laves et des tufs, laissant ainsi leur trace qui permis aux géologues de les étudier. Il y'avait également d'importants puits: par exemple, quand les continents sont entrés en collision, et que des chaînes de montagnes ont été formées, ce qui a permis aux CO2 d’être absorbé. Ces perturbations occasionnelles ont donné lieu à des épisodes climatiques plus chaudes et plus froides respectivement. C'était comme si ces gaz à effet de serre ont agis comme le thermostat de la planète.
Les reconstructions climatiques des derniers climats chauds avaient montré que les températures étaient autour de six degrés de plus en moyenne, et plus encore dans les régions polaires, sans calottes polaires avec un climat subtropical de la faune et de la flore tempérée, comme en témoignent les fossiles dans ces domaines. Mais il y avait une différence très importante entre hier et aujourd'hui: le taux de fluctuations des niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère dans le passé se faisait à des vitesses beaucoup plus lente par rapport aux augmentations récentes - et les niveaux actuels continueront d'augmenter de façon exponentielle -. En outre, les changements environnementaux très rapides (plus de quelques dizaines de milliers d'années) dans le passé géologique ont été souvent accompagnés d'extinctions de masse dues à l'évolution trop rapide des conditions de vie pour que la biodiversité puisse s'adapter à eux. C'est au milieu de ces réalisations d'à quel point les choses pourraient aller mal que le Groupe d'experts intergouvernemental sur les changements climatiques a été fondée en 1988.
Au début du XXIe siècle, les risques graves liés à la poursuite de notre influence sur le thermostat de la planète étaient devenus trop évident. Ils comprenaient un large éventail de problèmes: des sécheresses sévères et sans précédent qui affectent l'agriculture dans certaines régions et gonfle les prix mondiaux des denrées alimentaires et rend aussi les conditions plus favorables pour les incendies de forêt; dans d'autres domaines, l'augmentation des épisodes de précipitations extrêmes conduisant à l'inondation généralisée, la destruction des cultures, des victimes et des perte / dégâts matériels. L'élévation du niveau de la mer au cours des décennies qui affecterais de nouveau l'agriculture en raison de la perte de terres basses fertiles et pourrait aussi conduire à des déplacements de population de masse ( migration). L'humanité était entrain de réaliser qu'elle allait rendre les zones de la surface de la planète inhabitable pour les générations futures.
L'opposition à la science fait sentir sa présence
Il doit également être enregistré au passage que les années 1990 ont vu l'émergence d'organismes politiquement fondées et financées par la promotion de l'opposition à la science du climat, l'un des premiers étant le soi-disant Conseil information sur l'environnement en 1991, Dans les dernières années de la décennie il y avait aussi l'American Petroleum Institute avec son «Plan global Climate science Communication d'action» de 1998, dont un extrait peut être vu ci-dessous (screengrab d'une copie PDF disponible sur le site climatesciencewatch.org). Il s'agissait d'une campagne visant principalement le Protocole de Kyoto sur la limitation des émissions de GES, signé en Décembre 1997.
La guerre de tranchées politique qui a suivi depuis ce temps sera familier à la plupart des lecteurs et, plus récemment, les sciences du climat des dernières années du 20ème et début du 21ème siècle qui a été largement couvert à la fois ici à Sks et à des sites tels que RealClimate. Les principes de base restent les mêmes, mais partout les détails sont entrain d’être affiné et de meilleures méthodes de collecte de données sont développés, divers problèmes avec les procurations qui sont utilisés pour comprendre les températures du passé géologique sont révisées et la surveillance est améliorée. Mais Fourier, Tyndall et Arrhenius avait certainement quelque part une grande partie de la bonne voie, il ya toutes ces années, lorsque leur travail de pionnier a débuté . C'est certainement quelque chose à se rappeler si vous discutez du changement climatique avec quelqu'un et qu'il essai de vous dire que la science du climat a seulement débuté il y'a une vingtaine d'année !
http://www.skepticalscience.com/history-climate-science.html
Le fait que le dioxyde de carbone est un «gaz à effet de serre» - un gaz qui empêche à une certaine quantité de rayonnement infrarouge de s'échapper vers l'espace et qui donc maintient un climat généralement chaud sur Terre, remonte à une très ancienne idée qui a vue le jour il ya près de ... 200 ans, ( bien que cette dernière n'ai pas spécifiquement de rapport direct avec le CO2 ).
L'histoire de comment cette propriété physique importante a été découverte, comment son rôle dans le passé géologique a été évalué et comment nous en sommes arrivés à comprendre que sa concentration ayant augmenté, en passant par la combustion de combustibles fossiles, nuirait à notre avenir, couvre près de deux siècles d'enquête, de découverte , et d'innovation.
Au commencement ...
Pour retrouver la trace scientifique de ce qui est aujourd'hui connu comme l'effet de serre, nous devons voyager dans le temps ; dans la France des années 1820. Napoléon, vaincu à la bataille de Waterloo quelques années auparavant, venait de mourir, mais quelqu'un qui avait entrepris des projets universitaires d'ingénierie importants pour l'Empereur était maintenant activement engage pour ses investigations sur le monde physique, avec un intérêt particulier dans le comportement de la chaleur. Ce fut Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830).
Le Brave Fourrier avait calculé qu'un objet planétaire de la taille de la Terre ne devait pas être aussi chaud pour la distance à laquelle il se trouvait du soleil. Par conséquent, il a suggéré qu'il devait y'avoir quelque chose d'autre que le rayonnement solaire incident qui maintenait la planète plus chaude. Une idée lui est venue ; c'est que l'énergie venant du soleil sous forme de lumière visible et ultra-violette ( appelée à l'époque "chaleur lumineuse " ) était facilement capable de passer à travers l’atmosphère en réchauffant la terre, mais que la chaleur infrarouge ( appelée chaleur non-lumineuse à l'époque ) alors émise par la surface ne pouvait pas être renvoyée de façon aussi directe. " L'air chaud doit , expliquait-il , agir comme une sorte de couverture isolante ". Les moyens d'observations et de mesures à l'époque étant limités c'est tout ce qu'il pu avancé.
Les années 1860 : Tyndall et les gaz qui retiennent la chaleur
Environs 40 ans plus tard, le fil qu'avait commencé à tissé Fourrier est repris. John tyndall, controversé à l'époque, avait supposé qu'une grande partie de l'Europe du nord avait été recouvert par la calotte glaciaire a un moment donné. Cependant ce qui était loin d’être évident c'était de savoir comment le climat pouvait changer de manière aussi drastique. Parmis les possibilités envisagées, Tyndall avait supposer que cela provenait de variations de la composition de l'atmosphère, et par une série d’expériences, il a découvert que la vapeur d'eau était un agent chimique de rétention de chaleur importante. Il a également constaté que le dioxyde de carbone était très bon pour retenir la chaleur, en dépit d'être un gaz trace ( quelques centaines de ppm ). Des centaines de parties par million ça peut ne pas sembler beaucoup, mais certains composés ont des propriétés importantes à de telles concentrations: par exemple, 500 ppm de sulfure d'hydrogène dans l'air peut conduire à l'asphyxie, comme toute fiche de sécurité sur le gaz vous le dirons .
Dioxyde de carbone: Arrhenius fait une découverte
La découverte intéressante de Tyndall ne résout pas complètement le mystère des âges de glace: cela est venu beaucoup plus tard ; il a planté la graine d'une idée qui a été revu à la fin du 19ème siècle par un savant suédois Svante Arrhenius (1859-1927). Parceque la vapeur d'eau est contrainte d’être recyclée dans et hors de l'atmosphère quotidiennement, il tourna son attention vers dioxyde de carbone, un gaz qui,lui, réside pendant une longue période dans l'atmosphère et dont la concentration était seulement (à l'époque) radicalement changée par les grandes sources comme les volcans ou les épisodes insolites et massives des altération des minéraux ou l'évolution des plantes photosynthétiques: des événements qui se produisent sur de très longues échelles de temps géologiques. Arrhenius compris que l'augmentation de la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère entraînerait une certaine quantité de réchauffement. En outre, il était déjà connu par la relation de Clapeyron, que l'air chaud peut contenir plus de vapeur d'eau: la quantité est d'environ 7% de plus par degré Celsius de réchauffement. Et que la vapeur d'eau supplémentaire provoquerait à son tour un réchauffement supplémentaire - ce qui est une réaction positive, dans lequel le dioxyde de carbone agit comme un régulateur direct de la température, puis est rejoint dans ce rôle par plus de vapeur d'eau avec l'augmentation des températures.
Grâce à la poursuite des travaux d'Arrhenius, il a déterminé que si on réduisait de moitié la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, la température de l'Europe pourrait chuter de près de 4-5 ° C. Mais un tel changement, assez grand pour provoquer une glaciation, pourrait il se produire ? Il se tourna vers son collègue Arvid Högbom (1857-1940), qui avait enquêté sur les cycles de dioxyde de carbone naturels, pour voir si cela pouvait se produire. Hogbom avait commencé à l'époque à examiné la quantitée de CO2 sortant des usines ( assez simple à faire si vous savez, par exemple, combien de tonnes de charbon chaque usine brûle par an). Il avait été surpris de constater que l'homme relarguait des taux d'émission de CO2 qui étaient très semblables à ceux qui se produisent dans la nature.
Dans les années 1890 cela ne représentait qu'une infime fraction de ce que nous relarguons aujourd'hui, mais il se demandait déjà qu'est ce qui pourrait se passer si l'humanité continuait à brûler des quantités de carbones fossiles de façon croissant au fil des siècles. A coté de ses recherches des ages glaciaire, Arrhenius a faits les calculs pour voir ce que pourrais faire un doublement des concentrations de dioxyde de carbone aux températures. Il en est arrivé à la conclusion que celà ammenerais à 5-6 ° C de réchauffement moyen mondiale.
A l'époque, il ne voyait pas celà comme un problème ; tout d'abord à ces taux, il faudrait des milliers d'années pour que le doublement de la concentration de CO2 puisse prendre place et d'autre part ont pensait que les océans pourrait être en mesure d'absorber les cinq sixièmes des émissions... Au moment où l'hypothèse est apparue dans un livre populaire qui a été publié en 1908, le taux de combustion avait déjà augmenté de manière significative, en conformité avec ce changement, ils ont révisé le temps que prendrait le doublement du CO2. Ils ramenèrent leurs résultats à "quelques siècles".
Scepticisme: Arrhenius vs Ångström
Les résultats ne satisfaisaient pas vraiment au début du XXe siècle, avec beaucoup de scepticisme. Les objections ont été centrées autour de réclamations de simplification, l'insuffisance de prendre en compte les changements de la nébulosité et les résultats des tests de laboratoire par un autre Suédois, Ångström Knut (1857-1910). Angström avait employé un assistant de laboratoire pour mesurer le passage du rayonnement infrarouge à travers un tube rempli avec du dioxyde de carbone. Au terme de leur expériences, ils sont arrivés à la conclusion que les bandes d'absorption du spectre de la lumière à laquelle le dioxyde de carbone absorbe ont été rapidement saturés, de sorte que leur absorption n'augmenterait pas.
Un autre problème soulevé à l'époque était que la vapeur d'eau absorbe le rayonnement infrarouge, et les spectrographes plutôt de faible résolution à l'époque, sont disponibles. Les bandes d'absorption des deux gaz se chevauchaient. On pensait donc que l'augmentation du dioxyde de carbone serait limité car étant incapable d'absorber le rayonnement infrarouge dans les bandes d'absorption du spectre de la vapeur beaucoup plus abondante.
Toutefois, la précision des mesures obtenues par Ångström a depuis été accusé d'avoir été pauvre: hormis des chiffres peut explicite, l'atmosphère ne peut pas simplement être traitée comme un tube plein de gaz: elle a plusieures couches, chacune avec ses propres caractéristiques, et il faut aussi prendre en compte comment interagissent ces couches entre elles.
Mais à l'époque, il a été conclu que Arrhenius avait tort et du coup Ångström a été déplacé sur d'autres recherches, malgré le fait qu'Arrhenius ait publier un document critique des expériences, qui avait également pour but d'expliquer comment, dans les couches supérieur de l'atmosphère, la vapeur d'eau est d'une importance limitée. Cela a été - et est encore - parce que la vapeur d'eau dans la haute troposphère se trouve dans des concentrations de plusieurs ordres de grandeur plus faibles que dans la basse troposphère où la plupart de notre météo se produit. Cependant, comme par hasard, personne n'a vraiment réagis sur cela, et l’hypothèse de l'effet de serre par le dioxyde de carbone allait s'endormir pour plusieurs années...
1930: Hulburt et Callendar
Le fil a été repris en 1931, lorsque le physicien américain EO Hulburt a fait des calculs pour déterminer l'effet d'un doublement du dioxyde de carbone (une fois de plus), et y compris la part de réchauffement supplémentaire par la vapeur d'eau. Il a trouvé un chiffre de l'ordre de 4 ° C de réchauffement. Il a également réfuté les travaux de Ångström et a déterminé que, indépendamment des processus convectifs, c'était la fuite de rayonnement infra-rouge dans l'espace (ou son blocage) qui était d'une importance capitale. Le document qui en résulte est apparu dans une la revue Physical Review, qui avait eut tendance à ne pas être lu par des spécialistes de l'atmosphère et était par conséquent manqué par beaucoup d'entre eux. En tout cas, il a été généralement admis que le système climatique de la Terre elle-même était maintenue dans une sorte d'équilibre naturel. Avec le recul, compte tenu des changements climatiques dramatiques qui ont conduit aux ages de glace, c'était une conclusion assez curieuse. Sept ans plus tard, l'ingénieur anglais Guy Callendar (un spécialiste de la machine à vapeur, mais avec un très vif intérêt pour la météorologie) a relancé cette idée après avoir découvert des preuves d'une tendance à l'augmentation de la température mondiale au début du XXe siècle ( à partir de compilations de données d'enregistrements de température ). Après une longue attente, les niveaux réels de dioxyde de carbone dans l'atmosphère ont été revisitées: Callendar trouve qu'ils avaient augmenté d'environs 10%, il a suggéré que c'est ce qui pourrait avoir causé le réchauffement, et il a ajouté qu'au cours des siècles à venir il pourrait y avoir un changement climatique vers un état définitivement plus chaud.
La réaction à l'époque était partagée: par exemple, le doute a été jeté sur l'exactitude des mesures de la concentration de dioxyde de carbone provenant du dix-neuvième siècle. De plus, il y avait encore les vieux doutes à l'égard de l'œuvre originale d'Arrhenius: ont pensait que l'immensité des océans parviendrait à absorber une grande partie de ce gaz supplémentaire. Callendar a suggéré que la couche supérieure de l'océan, qui interagit avec l'atmosphère, pourrait facilement devenir saturé en dioxyde de carbone, ce qui aurait une incidence sur sa capacité à absorber plus, parce que, pensait-il, le taux de mélange avec les eaux océaniques profondes et peu profondes est probablement très lent. Et il y avait encore le vieux problème des bandes d’absorptions de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone qui se chevauchaient, ce qui devrait diminuer les propriétés à effet de serre de ce dernier gaz.
Après 1945: l'avancée avec la technologie de la guerre froide
La période suivant la Seconde Guerre mondiale a vu un nouvel élan se mettre en place pour démêler les parties du problème climatique, aidés par la recrudescence de la recherche scientifique qui a accompagné le début de la guerre froide. les processus atmosphériques ont des implications essentielles en termes militaires, de sorte qu'il a été jugé nécessaire de les comprendre aussi complètement que possible. Les propriétés et le comportement du rayonnement infra-rouge ont aussi subi un examen particulier pour des raisons militaires également à la base. Les expériences de Ångström, impliquant l'air contenant différentes quantités de dioxyde de carbone dans un tube, ont été infirmées et qualifiées de "trompeuses": le problèmes était les mesures de faibles résolution à l'époque. Plutôt que de trouver de larges bandes d'absorption ( ce qu'avait trouvé A. ), l'équipement moderne plus précis a trouvé des groupes de lignes nettes, où l'absorption peut se produire, avec des écarts entre les deux, où l'infra-rouge pourrait passer sans encombre ( fenêtre atmosphérique ). Le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau ont leurs propres ensembles d'absorption, avec des lignes qui ne coïncident pas exactement, et il a été réaffirmé que la vapeur d'eau était relativement peu importante dans les niveaux supérieurs de l'atmosphère relativement sèche.
Maintenant, c'était certain que l'on avait rendu compte que les propriétés de chaque couche doivent être prises en compte aussi. Hulburt et Callendar - et même Arrhenius - avaient après tout été sur la bonne voie, même si les aspects de leurs conclusions étaient incorrects.
Vers le milieu des années 1950, les scientifiques ont eu l'énorme avantage de disposer de la puissance de calcul des ordinateurs. Cela a permis de disséquer chaque couche de l'atmosphère terrestre et de travailler sur la façon dont elle pourrait absorber le rayonnement infra-rouge. Le physicien Gilbert Plass a entrepris la tâche: d'une part son travail (publiée en tant que document intitulé La Théorie du dioxyde de carbone du changement climatique, dans la revue Tellus en 1956) a confirmé que plus de dioxyde de carbone dans l'atmosphère aurait un effet de réchauffement et d'autre part que les niveaux de doublement de ce gaz conduirait à un réchauffement de 3-4 ° C. Ce qui, à des taux d'émissions du milieu des années 1950, entrainerait une hausse d'environ 1,1 ° C par siècle. Plass écrit que si à la fin du 20e siècle, la température moyenne a continué d'augmenter, il serait "fermement établi" que le dioxyde de carbone peut provoquer des changements climatiques. Mais encore une fois, la réaction de ces annonces fut partagée. Le manque d'attention pour la vapeur d'eau et pour la nébulosité a conduit à des critiques assez importantes, et a remis en scène à nouveau la question de l'océan qui absorbe le gaz supplémentaire en objection à la suggestion de Plass qui disait que le dioxyde de carbone supplémentaire pourrait rester dans l'atmosphère pendant mille ans.
Les isotopes de Carbone
Les années 1950 c'était l'époque des essais nucléaires. Parmi les retombées des explosions nucléaires, il y'avait le carbone 14, un isotope instable du carbone qui a six protons et huit neutrons dans les noyaux atomique (le plus abondant de loin, formant 98,9% de tout le carbone sur Terre, est le carbone 12 avec six protons et six neutrons). Parce que le carbone 14 est instable, il subit une désintégration radioactive, et à travers cette radioactivité on peut suivre comme il se déplace dans l'atmosphère. Les scientifiques ont de suite permis d'établir que, dans quelques années, les gaz avec une longue durée de séjour ajoutés dans l'atmosphère seront bien mélangés dans toutes les couches, de pôle nord à pôle sud. Le carbone 14 a une demi-vie courte, ce qui explique pourquoi la datation au radiocarbone est utilisé seulement pour obtenir les âges des choses relativement récentes et non antique comme des roches qui ont des millions d'années, parmi lesquels on peut compter les combustibles fossiles. Dans le charbon et le pétrole, tout le carbone 14 a depuis longtemps disparu, de sorte que les brûler ne libérerait que du carbone non radioactif 12 et, plus rare mais stables, du carbone 13. La combustion des combustibles fossiles à grande échelle ajouterais donc plus de carbone 12 et 13 à l'air par rapport au carbone 14, indépendamment des essais nucléaires. Le chimiste Hans Suess a mis à l'épreuve celà en examinant les isotopes de carbone dans les arbres. Il a constaté que dans le bois jeune, il y'avait plus de carbone 12 et 13 par rapport au carbone 14. Ce fut l'empreinte de consommation des combustibles fossiles, enregistré dans le bois.
Suess et Revelle travaillent pour clarifier le rôle des océans
À l'époque, l'augmentation du carbone 12 et du carbone 13 était faible, ce qui avait renforçé l'idée que les océans absorbaient une grande partie du dioxyde de carbone ajouté. Cependant avec la recherche, le suivi a été introduit par Suess, en collaboration avec Roger Revelle à la Scripps Institution of Oceanography, et par d'autres spécialistes: tous sont arrivés à une conclusion similaire indépendamment l'un de l'autre, qui était celle que la mise en mémoire tampon imposerait une limite stricte de la quantité de dioxyde de carbone que les océans pourrait effectivement absorber. Pour anecdote c'est un tampon PH les sels marins neutralisent les H+ et maintiennent le pH de l'océan autour de 8 et quelques ).
C'était une étape cruciale dans la recherche. Revelle a calculé que, sur les émissions de carbone aux taux de l'époque (en supposant, comme la plupart de ses prédécesseurs, que ceux-ci resteraient probablement constant), une augmentation des niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère d'environ 40% serait possible au cours des prochains siècles. Toutefois, en aparté, il fait remarquer que si les émissions des taux continuaient d'augmenter, le résultat serait différent avec un réchauffement significatif dans les décennies à venir. Surtout, il a souligné que les êtres humains qui étaient en train d'effectuer une expérience géophysique à grande échelle d'un genre qui n'aurait pas pu se produire dans le passé, soit reproduites dans l'avenir - une allusion, peut-être, à la prise de conscience croissante du "fini", les combustibles fossiles, étant qu'ils sont une ressource non renouvelable, sur la période géologique de l'homme.
L'importance de la faible capacité des océans à absorber le dioxyde de carbone après un certain temps et a été élaboré par les météorologues suédois Bert Bolin et Erik Eriksson, qui a expliqué ce qui se passe. Fondamentalement, bien que le gaz sont en effet facilement absorbé par l'eau de mer, ce sont les délais qui comptent : le mélange des eaux océaniques superficielles et profondes se déroule sur des centaines de milliers d'années. L'eau de surface sature donc vite en dioxyde de carbone. Comme leurs prédécesseurs, Bolin et Eriksson ont faits les calculs concernant les changements de température possibles pour un doublement du dioxyde de carbone, mais cette fois, en supposant que les émissions devraient augmenter et augmenter encore davantage sur une trajectoire ascendante en constante accentuation. Ils ont trouvé une augmentation de 25% de dioxyde de carbone dans l'atmosphère d'ici l'an 2000. C'était beaucoup plus radicale que tout ce qui avait déjà été suggéré et Bolin a averti qu'un changement radical dans le climat pourrait se produire, une déclaration reprise par le climatologue russe Mikhael Budyko en 1962.
Fin des années 1950: la surveillance du dioxyde de carbone commence pour de bon
Donc, qu'est ce qui se passait vraiment avec la teneur en dioxyde de carbone de l'atmosphère? La seule façon de le savoir était de commencer à surveiller les niveaux de gaz avec des mesures précises, de telles initiatives ont été prises, en commençant par un réseau de 15 stations de mesure-autour de la Scandinavie. Les résultats ont été incroyablement bruyant, mais des failles ont été trouvées dans la méthodologie. Cependant, en Californie, chercheur Charles David Keeling a amélioré les techniques, au point qu'il a estimé qu'il pourrait être possible d'isoler et d'éliminer les sources parasites de "bruit". Revelle et Suess ont également participé au financement du matériel. Des endroits éloignés des bruits artificiel local ont été choisis, dans des endroits tels que l'Antarctique et au sommet du volcan Mauna Loa à Hawaii. Il convient de mentionner ici que, dans le dernier cas, le vent dominant est de l'océan et les fissures volcaniques qui dégagent des gaz sont presque toujours sous le vent: si le vent change les upticks subite due au dioxyde de carbone volcanogènes sont tellement évident sur les mesures qu'ils peuvent facilement être enlevés. Quoi qu'il en soit, l'idée était d'établir une concentration de référence et ensuite voir ce que les niveaux seraient dans les années suivantes. En 1958, Keeling était convaincu qu'il avait posé une base fiable et deux ans plus tard, il a signalé que les niveaux étaient à la hausse, à un rythme auquel ont pouvait s'attendre si les océans n'absorbaient pas la plupart des émissions.
Malheureusement, les stations en Antarctique ont été victimes d'un manque de financement. Cependant, la station de surveillance Mauna Loa a été maintenue et elle a continué à enregistrer une augmentation. Les mesures ont également enregistré un cycle fluctuant bien définie et régulier correspondant à la saison de croissance des plantes dans l'hémisphère nord. Il ya eu une baisse au printemps et en été et une augmentation en automne et en hiver. Dans le même temps, une compréhension sans cesse croissante d'autres aspects du cycle complexe du carbone était en cours. Le but était en général de savoir combien de dioxyde de carbone résultant de la combustion de combustibles fossiles finissait dans les océans, la végétation, les sols, les minéraux et ainsi de suite. Ce travail multidisciplinaire a réuni les différentes branches de la science qui avaient travaillé auparavant dans un relatif isolement: les scientifiques atmosphériques, des biologistes, des géochimistes, des informaticiens, etc. En 1965, il a été annoncé que «En l'an 2000, l'augmentation du CO2 atmosphérique ... peut suffire à produire des changements mesurables et peut-être marqué du climat."
Milieu des années 1960: le premier modèle climatique - Mannabe et Wetherald
En 1967, le premier modèle informatique simulant le climat de toute la planète avait été développé par Syukuro Manabe, en collaboration avec Richard Wetherald. Il peut avoir été relativement simple par rapport aux modèles modernes, mais néanmoins ils ont constaté que le mouvement de la chaleur par convection empêche la température de monter à des niveaux extrêmes: cependant, si la quantité de CO2 double, la température augmenterait de près de 2 ° C. La convection, tels que celle qui peut conduire à la formation d'orages, transporte beaucoup de chaleur de la surface de la Terre vers la haute troposphère: une surface qui se réchauffe améliore le processus, de sorte que de plus en plus de chaleur est transportée et trouve son chemin vers des niveaux où elle peut être ré-émise dans l'espace. Si la surface se réchauffait, la convection transporterait plus de chaleur vers le haut. Cette découverte supplémentaire importante a conduit à un problème de longue date que peu de travailleurs, à l'exception notable de Hulburt, avaient examiné en profondeur.
1970: Nouvelle ère glaciaire? Non!
En dépit de ces progrès, beaucoup de doute ont été encore exprimés dans la communauté scientifique: le climatologue Helmut Landsberg a annoncé en 1970 que la hausse du CO2 aux taux de l'époque, pourrait apporter une augmentation de 2 ° C de la température au cours des quatre siècles à venir. Ceci, selon lui, pourrait "difficilement être qualifiée de catastrophique." Il a également été souligné par le climatologue Hubert agneau entre autres, que les incertitudes comprenaient une incapacité à expliquer les fluctuations de température précédentes, connus à partir des données historiques, au cours des siècles précédents. En outre, les températures ont baissé un peu depuis les années 1940 alors que les niveaux de dioxyde de carbone ont augmenté. Quelle était cette histoire? S. Ichtiaque Rasool et Stephen Schneider, de la NASA, par exemple, ont modélisé les effets de la pollution sous la forme d'aérosols et les émissions de soufre dans l'atmosphère et ont découvert qu'une augmentation importante de cette pollution pourrait - peut-être - conduire à un épisode de refroidissement. Ces résultats ont même conduit une petite minorité de scientifiques et d'un plus grand nombre de commentateurs à savoir si l'actuel age interglaciaire touchait à sa fin. Étions-nous entrain d'entrer dans un nouvel âge glaciaire? Les médias ont adoré cela: en dépit d'être un point de vue scientifique minoritaire, l'hypothèse était belle et dramatique, et a été excessivement propagée par les médias.
Il n'y avait qu'une seule façon de trouver les réponses quant à ce qui se passait réellement: poursuivre l'effort de recherche. Dans les années 1970 et dans les années 1980, les développements les plus importants se sont produits, ceux-ci coïncident à partir du milieu des années 70 avec une reprise du réchauffement. L'identification des autres GES parfois plus puissants, comme le méthane, les contributions au dioxyde de carbone atmosphérique provenant d'autres activités humaines telles que la déforestation et de la fabrication de ciment, une meilleure compréhension des propriétés de changement de température via la pollution atmosphérique, comme les émissions de soufre, des aérosols et leur importance dans le refroidissement post-1940 de l'hémisphère nord: la base de connaissances a augmenté d'année en année. On a compris que les plantes et les océans ont des limites en ce qui concerne la quantité de dioxyde de carbone qu'ils pourraient absorber. Les modèles informatiques ont été en constante amélioration, les paramètres ont été mieux compris. Ayant écrit dans un article en 1981 dans la revue Nature, les climatologues Tom Wigley et Phil Jones ont déclaré: «Les effets du CO2 peuvent ne pas être détectable jusqu'à la fin du siècle. A cette époque, la concentration atmosphérique de CO2 sera probablement devenu suffisamment élevé (et nous serons engagés à de nouvelles augmentations) que le changement climatique nettement plus importante que n'importe lequel qui a eu lieu au siècle dernier pourrait être inévitable. "
Carottes de glace et air antique
Le forage de carottes dans le Groenland et l'Antarctique était maintenant devenue une branche importante de la recherche sur le climat du passé. La glace contient des bulles d'air préhistorique emprisonné quand il a été formé, et une méthode fiable a été mis au point pour isoler et analyser l'air. Il était possible d'avoir une idée de la composition de l'atmosphère du passé, à travers glaciations et interglaciaires. Il a été constaté que, dans les profondeurs glacées du dernier age glaciaire, les niveaux de dioxyde de carbone étaient beaucoup plus faibles, à moins de deux cent parties par million. Vers le milieu des années 1980, le célèbre noyau Vostok a été foré à une profondeur de 2 km, ce qui représente 150.000 années d'histoire du climat, ou un cycle interglaciaire-glaciaires-interglaciaires complet. Les fluctuations de dioxyde de carbone ont montré une relation remarquablement cohérent avec la température
Les données des carottes de glace ont aussi commencé à montrer un autre aspect du rôle de l'effet de serre: des feedbacks. Même si les épisodes de réchauffement ont été initiées par des changements orbitaux, le réchauffement serait provoquer par la libération de gaz à effet de serre, par les océans et la fonte du pergélisol. Ces gaz à effet supplémentaires agiraient alors comme des amplificateurs puissants au réchauffement initial. L'inverse peut également se produire avec l'augmentation de l'absorption de gaz à effet de serre en facilitant une baisse de la température et le retour dans une ère glaciaire. Mais étant donné que les niveaux de dioxyde de carbone sont maintenant sensiblement plus élevés comme jamais dans les deux derniers millions d'années, il était devenu clair que l'effet de serre est quelque chose que nous avions besoin de prendre très au sérieux: même si l'augmentation future précise que la température exacte était encore une inconnue, avec une assez grande erreur de gamme, les modèles indiquent que pour un doublement du dioxyde de carbone par rapport aux niveaux pré-industriels, une hausse de trois degrés Celsius en moyenne mondiale était le résultat le plus probable.
Un autre domaine de recherche était les changement climatiques à plus longue échelle, dans le passé lointain. Une fois que la tectonique des plaques avait été étudiée, il est devenu possible, grâce à toute une série de techniques géologiques, de retracer les pérégrinations des continents pendant des centaines de millions d'années. Ces reconstructions paléogéographiques ont démontré que, à certaines périodes dans le passé, qui durent souvent plusieurs dizaines de millions d'années, la répartition de la flore et de la faune dans les archives fossiles a montré que les espèces qui aiment la chaleur avaient bénéficié d'une zone beaucoup plus étendue en latitude qu'aujourd'hui. La planète dans son ensemble devait avoir bénéficié d'un climat beaucoup plus chaud, avec des pôles particulièrement plus chauds par rapport à ces derniers temps. Maintenant que la relation de dioxyde de carbone / température devenait bien documentée, l'attention s'est tournée vers ces périodes «de serre» du passé, et les preuves se sont accumulées que les niveaux de dioxyde de carbone ont en effet été beaucoup plus élevé à ces moments.
Résoudre le paradoxe du Young Sun
Cette précédente constatation a également répondu à un autre problème géologique: celle du soi-disant «Sun Young Faint Paradox». Pendant longtemps, les astrophysiciens avaient su que le Soleil était une étoile de la séquence principale ( étoile G2 ) qui avait peu à peu augmenté son éclairement par environ 10% par milliard d'années, de sorte qu'il a été beaucoup plus faible dans le temps. Mais en général, malgré cette plus faible activité du soleil, le climat était en moyenne, en dehors de ces périodes froide/chaude, plus chaud que ce qu'il aurait aurait dû être.
1980: Le cycle du carbone - le thermostat de la Terre
Comprendre le cycle du carbone était la clé de l'explication suivante: tout au long des temps géologiques les niveaux de dioxyde de carbone et d'autres GES non condensés avaient eut les principaux contrôles de la température planétaire. Le dioxyde de carbone a des sources et des puits et il y avait des fortes variations à la hausse ou à la baisse dans les sources ou les puits. Ces perturbations ont été enregistrées dans les strates. Les sources majeures, telles que des épisodes d'activité volcanique exceptionnel, couvraient des domaines de taille quasi-continental avec des laves et des tufs, laissant ainsi leur trace qui permis aux géologues de les étudier. Il y'avait également d'importants puits: par exemple, quand les continents sont entrés en collision, et que des chaînes de montagnes ont été formées, ce qui a permis aux CO2 d’être absorbé. Ces perturbations occasionnelles ont donné lieu à des épisodes climatiques plus chaudes et plus froides respectivement. C'était comme si ces gaz à effet de serre ont agis comme le thermostat de la planète.
Les reconstructions climatiques des derniers climats chauds avaient montré que les températures étaient autour de six degrés de plus en moyenne, et plus encore dans les régions polaires, sans calottes polaires avec un climat subtropical de la faune et de la flore tempérée, comme en témoignent les fossiles dans ces domaines. Mais il y avait une différence très importante entre hier et aujourd'hui: le taux de fluctuations des niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère dans le passé se faisait à des vitesses beaucoup plus lente par rapport aux augmentations récentes - et les niveaux actuels continueront d'augmenter de façon exponentielle -. En outre, les changements environnementaux très rapides (plus de quelques dizaines de milliers d'années) dans le passé géologique ont été souvent accompagnés d'extinctions de masse dues à l'évolution trop rapide des conditions de vie pour que la biodiversité puisse s'adapter à eux. C'est au milieu de ces réalisations d'à quel point les choses pourraient aller mal que le Groupe d'experts intergouvernemental sur les changements climatiques a été fondée en 1988.
Au début du XXIe siècle, les risques graves liés à la poursuite de notre influence sur le thermostat de la planète étaient devenus trop évident. Ils comprenaient un large éventail de problèmes: des sécheresses sévères et sans précédent qui affectent l'agriculture dans certaines régions et gonfle les prix mondiaux des denrées alimentaires et rend aussi les conditions plus favorables pour les incendies de forêt; dans d'autres domaines, l'augmentation des épisodes de précipitations extrêmes conduisant à l'inondation généralisée, la destruction des cultures, des victimes et des perte / dégâts matériels. L'élévation du niveau de la mer au cours des décennies qui affecterais de nouveau l'agriculture en raison de la perte de terres basses fertiles et pourrait aussi conduire à des déplacements de population de masse ( migration). L'humanité était entrain de réaliser qu'elle allait rendre les zones de la surface de la planète inhabitable pour les générations futures.
L'opposition à la science fait sentir sa présence
Il doit également être enregistré au passage que les années 1990 ont vu l'émergence d'organismes politiquement fondées et financées par la promotion de l'opposition à la science du climat, l'un des premiers étant le soi-disant Conseil information sur l'environnement en 1991, Dans les dernières années de la décennie il y avait aussi l'American Petroleum Institute avec son «Plan global Climate science Communication d'action» de 1998, dont un extrait peut être vu ci-dessous (screengrab d'une copie PDF disponible sur le site climatesciencewatch.org). Il s'agissait d'une campagne visant principalement le Protocole de Kyoto sur la limitation des émissions de GES, signé en Décembre 1997.
La guerre de tranchées politique qui a suivi depuis ce temps sera familier à la plupart des lecteurs et, plus récemment, les sciences du climat des dernières années du 20ème et début du 21ème siècle qui a été largement couvert à la fois ici à Sks et à des sites tels que RealClimate. Les principes de base restent les mêmes, mais partout les détails sont entrain d’être affiné et de meilleures méthodes de collecte de données sont développés, divers problèmes avec les procurations qui sont utilisés pour comprendre les températures du passé géologique sont révisées et la surveillance est améliorée. Mais Fourier, Tyndall et Arrhenius avait certainement quelque part une grande partie de la bonne voie, il ya toutes ces années, lorsque leur travail de pionnier a débuté . C'est certainement quelque chose à se rappeler si vous discutez du changement climatique avec quelqu'un et qu'il essai de vous dire que la science du climat a seulement débuté il y'a une vingtaine d'année !
http://www.skepticalscience.com/history-climate-science.html