L'atmosphère terrestre et le changement climatique

Les notions à connaître

Cycle du carbone

Ensemble des échanges de carbone entre les réservoirs (atmosphère, océan, biosphère, lithosphère). Les flux naturels sont quasi équilibrés (~120 Gt $C/an$ chaque sens) ; les émissions humaines (~10 Gt $C/an)$ créent un déséquilibre.

Données paléoclimatiques

Indicateurs indirects (proxies) des climats passés : rapport isotopique $\delta$ ¹⁸O dans les glaces et les sédiments, pollens fossiles, cernes d'arbres (dendrochronologie), coraux, sédiments marins.

Carotte de glace

Cylindre de glace prélevé par forage (Antarctique : Vostok, Dôme C ; Groenland). Les bulles d'air piégées renseignent sur la composition atmosphérique passé$e (CO_2, CH_4).$ Couverture : jusqu'à 800 000 ans.

Réservoir de carbone

Atmosphère : ~900 Gt C. Océan : ~38 000 Gt C. Biosphère terrestre : ~2 000 Gt C. Sols : ~1 500 Gt C. Lithosphère (roches + fossiles) : des millions de Gt C.

Rapport isotopique $\delta$ ¹⁸O

Rapport entre ¹⁸O et ¹⁶O dans un échantillon, par rapport à une référence. Dans les glaces $: \delta$ ¹⁸O plus négatif $\to$ température plus basse (l'eau lourde ¹⁸O précipite en premier).

Grande Oxydation (GOE)

Événement majeur vers 2,4 Ga : la photosynthèse des cyanobactéries a produit suffisamment $d'O_2$ pour saturer les puits d'oxygène (fer ferreux) et oxygéner l'atmosphère de façon durable.

Acidification des océans

Baisse du pH océanique due à l'absorption de $CO_2$ excédentaire. Le $CO_2$ dissous forme de l'acide carbonique. pH passé de 8,2 à 8,1 depuis 1850 (soit +30 % de H⁺).

Rétroaction climatique

Boucle amplificatrice (positive) ou atténuatrice (négative). Ex positif : réchauffement $\to$ fonte du pergélisol $\to$ libération de $CH_4 \to$ plus de réchauffement. Ex négatif : plus de $CO_2 \to$ plus de photosynthèse $\to$ absorption de $CO_2.$

Les erreurs à éviter en ens. scientifique

• ✗ Dire que le $CO_2$ est un 'polluant'.

  ✓ Le $CO_2$ est un gaz naturel indispensable (photosynthèse, effet de serre naturel). C'est son EXCÈS d'origine anthropique qui perturbe le système climatique.

• ✗ Confondre corrélation $CO_2/temp$érature et causalité simple.

  ✓ Le lien est réel mais complexe : le $CO_2$ amplifie le réchauffement (forçage radiatif), et le réchauffement libère du $CO_2 (r$étroaction positive : dégazage océan, pergélisol). Ce n'est pas une cause unique dans un seul sens.

• ✗ Penser que l'océan absorbe tout le $CO_2$ excédentaire.

  ✓ L'océan absorbe ~25 % du $CO_2$ émis, mais ça provoque son acidification (pH $8,2 \to$ 8,1) et sa capacité d'absorption diminue quand il se réchauffe (solubilité du $CO_2$ baisse avec T).

• ✗ Croire que l'atmosphère a toujours eu sa composition actuelle.

  ✓ L'atmosphère primitive (~4,5 Ga) était très différente $: CO_2$ dominant, pas $d'O_2$ libre$. L'O_2$ est apparu grâce à la photosynthèse (cyanobactéries, Grande Oxydation ~2,4 Ga).

• ✗ Confondre temps de résidence et durée de vie dans l'atmosphère.

  ✓ Le $CO_2 a$ un temps de résidence atmosphérique de ~5 ans (échange rapide avec océ$an/biosph$ère), mais une durée de perturbation de ~100-1 000 ans (le surplus met très longtemps à être absorbé).

Sais-tu répondre à ces questions ?

Les corrigés détaillés sont dans le quiz du chapitre.

1. Quel gaz constitue environ 78 % de l'atmosphère terrestre actuelle ?
2. L'atmosphère primitive de la Terre était dépourvue de :
3. Quel organisme a permis l'enrichissement de l'atmosphère en dioxygène il y a environ 2,4 milliards d'années ?
4. La couche d'ozone protège la surface terrestre en absorbant principalement :
5. L'effet de serre est dû à l'absorption par certains gaz du rayonnement :