Les causes du changement climatique peuvent être divisées en causes à long terme et causes à court terme. De nombreux facteurs naturels sont à l'origine des changements climatiques à long terme, notamment les variations solaires, les gaz à effet de serre et la tectonique. Les variations de la production solaire provoquaient autrefois des effets significatifs à court terme sur le changement climatique, mais l'activité humaine en annule l'importance. L'activité volcanique et les cycles ENSO peuvent provoquer des changements climatiques à court terme.
Causes naturelles du changement climatique
Au vingtième siècle, le mathématicien Milutin Milanković a observé des variations danslemouvement orbital de la Terre. Il a émis l'hypothèse que ces variations pouvaient expliquer les changements climatiques à long terme de la Terre et les oscillations entre les conditions glaciaires et interglaciaires. Ces changements à long terme sont des causes naturelles de changement climatique, car ce sont des changements normaux que connaît notre planète.
Il a observé trois cycles, qui ont ensuite été connus sous le nom de cycles de Milankovitch ou de Milanković. Il s'agit de l'excentricité, de l'obliquité et de la précession.
Les causes naturelles du changement climatique : Excentricité
La phase où la Terre est la plus proche du Soleil est appelée périhélie, tandis que l'état le plus éloigné est connu sous le nom d'aphélie. La différence entre le périhélie et l'aphélie détermine la mesure de l'excentricité.
L'excentricité mesure l'ampleur de l'écart de la Terre par rapport à une orbite parfaitement circulaire.
La Terre se trouve actuellement dans une forme faiblement excentrique. Il n'y a que 3 % de différence de distance par rapport au Soleil à l'aphélie et au périhélie, ce qui entraîne une différence d'environ 7 % du rayonnement solaire reçu pendant les deux phases. Lors d'une forte excentricité, la distance au Soleil à l'aphélie et au périhélie peut varier de 10 %. Cela entraîne une disparité d'environ 25 % du rayonnement solaire reçu pendant les deux phases.
Fig. 1 - La Terre connaît actuellement une faible excentricité, ce qui signifie que la différence entre l'aphélie et le périhélie est presque un cercle
L'excentricité entraîne des variations dans la longueur des saisons, par exemple dans l'hémisphère nord, les étés sont plus longs de quatre jours que les hivers et les printemps sont plus longs d'environ trois jours que les automnes. Lorsque l'excentricité diminue, les variations saisonnières s'équilibrent.
L'effet de l'excentricité sur le climat est très faible à court terme. À long terme, elle peut expliquer certaines variations de température. Cependant, l'effet de l'excentricité à lui seul est bien trop faible pour expliquer les changements climatiques observés à long terme sur la Terre.
Causes naturelles du changement climatique : Obliquité
L'obliquité désigne l'angle de l'axe de la Terre par rapport à son plan orbital. Cet angle est également connu sous le nom d'inclinaison.
Au cours du dernier million d'années, cet angle a varié entre 22,1 et 25,5 degrés par rapport au plan orbital. Plus l'angle d'inclinaison est grand, plus les saisons sont extrêmes. En effet, chaque hémisphère sera plus exposé au rayonnement solaire pendant son été et moins exposé pendant l'hiver. Les angles d'inclinaison plus importants sont corrélés aux interstades, mais ces effets ne sont pas uniformes à l'échelle mondiale, ce qui signifie qu'ils ne se produisent pas partout dans la même mesure. L'angle actuel est d'environ 23,4 degrés (à mi-chemin entre les extrêmes) et diminue lentement. Cette diminution provoque actuellement
- des saisons plus douces
- des hivers de plus en plus chauds
- des étés plus frais
- une augmentation de la couverture de glace aux hautes latitudes
L'effet d'inclinaison est perceptible sur de très grandes échelles de temps (environ 41 000 ans) mais pas sur des échelles de temps plus courtes. Par conséquent, il ne suffit pas à expliquer les taux de changement climatique global de ces dernières années.
Les causes naturelles du changement climatique : Précession
La précession est également connue sous le nom d'oscillation. Lorsque la Terre tourne, elle se désaxe légèrement et déplace son angle par rapport à son centre. Ce cycle dure environ 26 000 ans.Il a de nombreux effets à long terme sur le changement climatique :
- La précession rend plus extrêmes les contrastes saisonniers entre l'hémisphère nord et l'hémisphère sud.
- Actuellement :
- Le périhélie se produit pendant l'hiver dans l'hémisphère nord.
- Le périhélie se produit pendant l'été dans l'hémisphère sud.
Par conséquent, les étés dans l'hémisphère sud sont plus chauds, et l'hémisphère nord connaît des variations saisonnières modérées.
Cependant, dans 13 000 ans, cet effet sera inversé en raison du changement de précession, ce qui entraînera des étés plus extrêmes dans l'hémisphère nord et des variations saisonnières plus modérées dans l'hémisphère sud.
Bien que la précession augmente la disparité entre les saisons dans les deux hémisphères, son effet immédiat sur le changement climatique mondial est relativement faible. Il est néanmoins important de considérer le tableau dans son ensemble lorsqu'on étudie les causes du changement climatique à long terme.
Autres causes naturelles du changement climatique
Une autre cause naturelle du changement climatique est lavariation de la production solaire ( ).
Les variations de la production solaire sont les différences dans la quantité d'énergie thermique produite par le soleil. Elles sont dues à l'évolution naturelle du soleil et à l'activité de son champ magnétique.
Alors que les techniques modernes nous permettent de mesurer et de reconstruire la production solaire en termes quantifiés (l'unité standard pour la production solaire est l'iridescence solaire mesurée en watts par mètre carré), les observations intentionnelles des taches solaires remontent à 364 avant notre ère.
Causes naturelles du changement climatique : Les taches solaires
L'activité solaire peut être corrélée au nombre de taches solaires observées sur le soleil. Les taches solaires sont probablement causées par des concentrations de flux de champ magnétique qui inhibent la convection dans la zone, ce qui est censé réduire la luminosité - c'est pourquoi les taches solaires ressemblent à des taches sombres sur le soleil.
Fig. 2 - Taches solaires
Il est toutefois important de noter que les interactions et les mécanismes du champ magnétique du Soleil à l'origine des taches solaires ne sont pas entièrement compris. Nous n'avons qu'une idée générale de la façon dont elles se produisent. Un plus grand nombre de taches solaires indique une activité solaire intense et, par conséquent, une production solaire plus élevée, ce qui suggérerait des températures plus élevées en raison de l'augmentation de l'énergie thermique reçue par la Terre.
Les taches solaires ont été observées pour la première fois à l'aide d'un télescope au début du XVIIe siècle. Par conséquent, nous disposons de nombreuses données sur l'activité solaire que nous pouvons comparer aux données historiques sur le climat mondial.
Minimum de Maunder
Pendant le"petitâge glaciaire" (1650-1750), très peu de taches solaires ont été observées, ce qui suggère une diminution de l'activité solaire. Les périodes où l'activité solaire diminue sont connues sous le nom de minimum de Maunder. Des études suggèrent qu'un minimum de Maunder pourrait être à l'origine d'un refroidissement allant jusqu'à 0,3°C à l'époque précédant la révolution industrielle, lorsque le cycle du carbone était largement équilibré. De petites baisses de température auraient pu provoquer des boucles de rétroaction qui, à leur tour, auraient grandement affecté le climat. Par conséquent, on suppose que le minimum de Maunder survenu à l'époque du petit âge glaciaire pourrait avoir causé l'âge glaciaire ou du moins y avoir largement contribué.
L'activité solaire contribue-t-elle au changement climatique ?
De nos jours, alors que l'activité humaine est à l'origine d'une augmentation significative du changement climatique (on estime qu'elle a provoqué une augmentation directe de 0,65°C depuis 1950 à l'échelle mondiale), une diminution de 0,3°C pourrait ralentir le réchauffement. Bien que l'on puisse affirmer que l'activité solaire était importante dans le passé, dans le contexte moderne, elle ne joue pas un rôle significatif dans le changement du climat mondial.
Les causes du changement climatique à long terme
Tu as peut-être été surpris de constater que nous avons étudié en profondeur les trois cycles de Milankovitch pour dire, dans chaque cas, qu'ils n'ont qu'un effet immédiat minime sur le changement climatique mondial. Alors pourquoi sont-ils importants pour ce sujet ?
Bien que ces cycles de 100 000 ans ne provoquent qu'un changement de 0,5°C à 1°C, les boucles de rétroaction qu'ils entraînent sont en grande partie responsables des changements climatiques à long terme.
Qu'est-ce qu'une boucle de rétroaction ?
Une boucle de rétroaction se produit lorsqu'un effet provoque un autre effet. Par exemple, l'effet A provoque l'effet B, et l'effet B augmente ou diminue la gravité de l'effet A. Si l'effet B augmente la gravité de l'effet B, l'effet B augmente la gravité de l'effet A.
- Si l'effet B augmente la gravité de l'effet A, il s'agit d'une boucle de rétroaction positive. L'effet A sera alors plus grave et provoquera plus de cas de l'effet B, ce qui augmentera encore l'effet A et ainsi de suite.
- En revanche, si l 'effet B diminue l'effet A, il s'agit d'une boucle de rétroaction négative. L'effet A sera moins grave et pourrait être annulé par l'effet B.
Quelles boucles de rétroaction se produisent en raison des cycles de Milankovitch ?
Si les cycles de Milankovitch provoquent une baisse de la température (même un petit changement), alors :
- La baisse des températures (due par exemple à l'augmentation de l'excentricité) augmente le taux d'avancement des glaciers, c'est-à-dire plus de glace de surface.
- L'augmentation de la glace de surface accroît l'effet d'albédo.
- Cela signifie que la Terre absorbe moins de rayonnement solaire et que, par conséquent, sa température n'augmente pas autant qu'elle le ferait autrement.
- L'augmentation de l'effet d'albédo entraîne de nouvelles baisses de température.
- Le cycle se poursuit à partir du premier point énuméré.
Causes naturelles du changement climatique à court terme
Examinons quelques causes naturelles de changement climatique à court terme :
L'activité volcanique est connue pour provoquer un refroidissement mondial important pendant de courtes périodes (sur une échelle de temps climatique). Les éruptions volcaniques provoquent des émissions massives de particules telles que le dioxyde de soufre (SO₂) qui sont injectées dans l'atmosphère. Ces particules peuvent rester dans l'atmosphère jusqu'à trois ans. Elles peuvent par la suite former des aérosols soufrés, qui augmentent la réflexion du rayonnement solaire dans l'atmosphère, empêchant le rayonnement solaire de chauffer la Terre, et provoquant donc un refroidissement dans la basse atmosphère terrestre.
À noter que le dioxyde de soufre peut, dans certains cas, être considéré comme un gaz à effet de serre indirect.
L'effet des éruptions volcaniques sur le refroidissement de la planète a été mis en évidence lors de l'éruption du mont Tambora en 1815. Cette éruption, l'une des plus puissantes de l'histoire, a été suivie de témoignages faisant état d'un temps très froid peu après l'éruption. Bien que le mont Tambora se trouve dans le sud de l'Indonésie, la même année, un"brouillard sec" persistant a été observé dans le nord-est des États-Unis.
Ce phénomène est connu sous le nom d'assombrissement global, signe du SO2 susmentionné éjecté dans l'atmosphère. Les effets de l'assombrissement global ont conduit à des hivers plus tempétueux et plus intenses dans le monde entier, ce qui a entraîné de mauvaises récoltes et des pénuries alimentaires désastreuses. On estime que les températures mondiales ont baissé de 0,4°C à 0,7°C. L'année suivante a été surnommée "l'année sans été" en raison des effets de refroidissement importants causés par l'éruption.
Le cycle de l'oscillation australe El Niño (ENSO) et le changement climatique à court terme
Le cycle ENSO est un passage entre deux états connus sous le nom d'El Niño et de La Niña. Il a des effets sur le changement climatique à court terme. L'ENSO se produit tous les deux à huit ans. El Niño (9 à 12 mois) est généralement plus court que La Niña (9 mois à 2 ans) et se produit plus souvent que La Niña. La transition entre les deux états est appelée conditions neutres.
On parle d'El Niño lorsqu'il y a un réchauffement de la surface de l'océan dans le centre et l'est de l'océan Pacifique, généralement causé par l'affaiblissement des vents d'est.
Les zones de l'océan qui connaissent une augmentation des températures sont également confrontées à une augmentation des taux d'évapotranspiration, ce qui entraîne des niveaux d'humidité nettement plus élevés. Cela signifie qu'il y a plus de condensation et donc plus de précipitations.
L'autre moitié du cycle ENSO est La Niña
La Niña peut être considérée comme le contraire d'El Niño. Pendant La Niña, la masse d'eau chaude du Pacifique est poussée vers l'ouest, en direction de la côte de l'Australie orientale . Cela signifie qu'un refroidissement de la surface de l'océan dans le centre et l'est du Pacifique se produit.
En conséquence, les zones de l'ouest du Pacifique voient leurs précipitations augmenter en raison d'une évapotranspiration accrue dans la région, tandis que l'est du Pacifique est confronté à des sécheresses accrues.
Effets d'El Niño
Les zones les plus touchées par l'augmentation des précipitations sont :
- Amérique du Sud
- Le sud des États-Unis
- Le Canada
Alors que les précipitations augmentent dans ces régions, d'autres connaissent la sécheresse. Il s'agit notamment :
- l'Australie orientale et le Pacifique occidental
- l'Afrique australe
Effets de La Niña
Les régions les plus touchées par l'augmentation des précipitations sont :
- Le Midwest américain et le nord de la Californie
- Afrique du Sud et de l'Est
- l'Australie
- Asie du Sud-Est
Alors que les précipitations augmentent dans ces régions, d'autres connaissent la sécheresse. Il s'agit notamment de :
- l'Afrique centrale
- Certaines parties de l'Amérique du Sud (Pérou et Chili)
L'effet du cycle ENSO sur le climat de l'Europe n'est pas aussi apparent qu'en Amérique du Sud.
Les causes anthropiques du changement climatique
Jusqu'à présent, nous nous sommes concentrés sur les causes naturelles du changement climatique. Cependant, les causes anthropiques (ou humaines) du changement climatique sont aujourd'hui la principale cause du changement climatique. Il s'agit notamment de la combustion de combustibles fossiles, de la déforestation et de la surexploitation agricole.
Les niveaux de gaz à effet de serre ont fluctué tout au long de l'histoire de la Terre. Ces fluctuations ont été très variables.* Les niveaux élevés de gaz à effet de serre provoquent l'effet de serre, et l'effet de serre provoque également des boucles de rétroaction positives et négatives.
Boucle de rétroaction positive
- L'augmentation des gaz à effet de serre entraîne une augmentation des températures.
- Les océans absorbent plus deCO2, ce qui augmente leur niveau de chaleur et d'acidité.
- Cela peut probablement entraîner une diminution du phytoplancton, qui est un puits de carbone important (on pense qu'il est responsable d'au moins 30 % de la séquestration/absorption du carbone de la Terre).
- Moins deCO2 est absorbé, et une plus grande quantité se retrouve dans l'atmosphère, ce qui augmente l'effet de serre.
Boucle de rétroaction négative
- Augmentation des gaz à effet de serre dans l'atmosphère.
- L'augmentation duCO2 entraîne une augmentation de la couverture végétale.
- L'augmentation de la séquestration du carbone entraîne une baisse des niveaux deCO2 .
* Notez que ce qui précède se réfère uniquement à l'effet deserre non renforcé de . Il ne va pas à l'encontre du consensus sur le changement climatique causé/accéléré par l'homme. Ce sujet est traité en détail dans le site Cycle du carbone.
Diagramme des causes du changement climatique
L'examen des différences de gravité entre les causes naturelles du changement climatique et les causes anthropiques ou humaines du changement climatique peut être déconcertant. Ce qui apparaît clairement, c'est que nous avons un impact significatif sur notre climat, en particulier sur l'augmentation de la température mondiale.
Conséquences du changement climatique
Le changement climatique a de nombreuses conséquences. De la hausse et de la baisse des températures aux saisons plus longues ou plus courtes. La tectonique des plaques et ses conséquences sur le climat mondial ne sont pas souvent évoquées lorsque l'on parle du changement climatique à long terme. La tectonique des plaques contribue beaucoup au changement climatique mondial, mais la plupart des effets tectoniques les plus connus ( ) contribuent au changement climatique à court terme. Il existe cependant un événement géologique qui aurait conduit à la formation de la calotte glaciaire du Groenland. Il y a plus de trois millions d'années, les continents nord et sud-américains présentaient un vide entre eux. Cela permettait aux courants de la circulation thermohaline de circuler entre eux (il s'agit de courants d'eau chaude se déplaçant à travers de grandes masses d'eau). À cette époque, le Gulf Stream n'existait pas et les masses de glace du nord étaient considérablement plus petites.
Cependant, il y a environ trois millions d'années, les deux continents américains sont entrés en collision, provoquant la formation de l'isthme de Panama. Cela a forcé le courant chaud à se déplacer vers le nord de l'Europe pour créer le Gulf Stream. Cela a considérablement augmenté les taux d'évaporation dans les climats nordiques plus froids.
En conséquence, leschutes de neige et la formation de glace ont augmenté sur le site , ce qui a eu pour effet d'accroître la couverture de glace en surface. Rappelle-toi la boucle de rétroaction positive des cycles de Milankovitch dans la section précédente. L'augmentation de la couverture de glace aurait pu provoquer un effet similaire (l'effet albédo). On pense généralement que cet événement aurait pu donner le coup d'envoi de l'ère glaciaire du Groenland et faire baisser de manière significative les températures mondiales.
Causes du changement climatique - Principaux enseignements
De nombreux facteurs naturels sont à l'origine des changements climatiques à long terme, notamment les variations solaires, les gaz à effet de serre et la tectonique.
Parfois, les effets secondaires de ces causes entraînent des changements à grande échelle.
Les boucles de rétroaction sont essentielles pour expliquer les changements à grande échelle du climat mondial.
La variation de la production solaire a des effets importants, mais l'activité humaine en annule l'importance.
L'activité volcanique, bien que rare, peut provoquer des variations extrêmes du climat à court terme.
Les cycles ENSO sont relativement fréquents et provoquent des changements climatiques à l'échelle mondiale.
Références
- Fig. 1 : Diagramme d'excentricité (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Perihelion-Aphelion.svg) par Chris55 (https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Chris55) sous licence CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en)
- Fig. 2 : Taches solaires (https://www.flickr.com/photos/gsfc/15430820129/) par NASA Goddard Space Flight Center (https://www.flickr.com/people/24662369@N07) sous licence CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/deed.en)
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