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Points de basculement : Définition
Les points de basculement décrivent le point de non-retour dans différentes conditions environnementales et écologiques. Cela signifie que de petits changements supplémentaires pourraient entraîner des conséquences irréversibles pour les populations humaines, les écosystèmes et le système climatique dans son ensemble. Les mécanismes de rétroaction positive sont impliqués dans la théorie du point de basculement ; lorsqu'un certain seuil est atteint, les effets amplificateurs des rétroactions positives sont trop forts pour que la situation revienne jamais à la normale.
Lespoints de basculement font référence à un point à partir duquel des changements supplémentaires pourraient avoir des conséquences irréversibles.
Lesrétroactions positives exacerbent un effet initial .
Probablement le point de basculement le plus important de tous, l'augmentation de 1,5 °C des températures mondiales prévue par les climatologues (50 % de chances de se produire) est considérée comme un point de non-retour.
Causes des points de basculement
Les principales causes des points de basculement sont les mécanismes de rétroaction positive liés au changement climatique. Tout ajout de gaz à effet de serre à l'atmosphère ou toute réduction de la capacité de la Terre à absorber ces gaz fera augmenter les températures et amplifiera l'effet. La réduction de la réflexion du rayonnement infrarouge, comme la perte d'albédo ou la couverture nuageuse, amplifie les changements des conditions climatiques.
Exemples de points de basculement
Voici quelques exemples de points de basculement climatiques et écologiques :
Fonte de la glace de mer: les glaciers de l'Arctique et de l'Antarctique qui reculent risquent de ne pas pouvoir se reconstituer une fois que les températures seront trop élevées.
Ralentissement des courants océaniques: l'eau douce provenant de la fonte des calottes glaciaires ralentira les courants, ces points de basculement sont donc intrinsèquement liés.
Pergélisol: les gaz à effet de serre libérés par la décomposition du pergélisol entraînent un réchauffement supplémentaire et une fonte accrue du pergélisol.
Perte d'albédo: nous dépendons des nappes glaciaires de l'Arctique pour réfléchir le rayonnement infrarouge dans l'espace (effet albédo), donc avec moins de glace, la planète aura moins d'albédo et le réchauffement climatique sera exacerbé.
Producteurs: la réduction des producteurs due à la déforestation et au changement climatique réduit le taux d'absorption du dioxyde de carbone de la Terre, il y aura donc plus de gaz à effet de serre dans l'atmosphère.
Dioxyde de carbone: le dioxyde de carbone atmosphérique ne peut continuer à augmenter que jusqu'à un certain point. Les températures mondiales augmenteront trop et une multitude de conditions climatiques ne pourront pas s'en remettre.
Points de basculement dans le système climatique
Le système climatique change constamment en raison de la variabilité interne naturelle du système terrestre. Grâce aux enregistrements paléoclimatologiques, les climatologues ont découvert que la Terre a franchi ces points de basculement à de nombreuses reprises et qu'elle a traversé de nombreux millénaires recouverte d'une épaisse couche de glace. Cependant, bien que de nombreux éléments indiquent que la crise climatique actuelle est le résultat de variations naturelles, l'activité humaine a provoqué une hausse des températures sans précédent, jamais observée en 2000 ans d'archives.
Lapaléoclimatologie est l'étude des climats passés avant l'introduction des relevés instrumentaux mondiaux. Les techniques modernes de mesure des conditions climatiques ne datent que des années 1880, c'est pourquoi les indicateurs climatiques sont importants pour reconstituer avec précision le climat de la Terre au cours de l'histoire.
Lesindicateurs climatiques sont des moyens naturels de préserver l'histoire du climat de la Terre. Les carottes de glace, les cernes de croissance des arbres et les trous de forage sont des exemples d'indicateurs climatiques.
Au cours des 150 dernières années, l'augmentation des émissions de gaz à effet de serre a été rendue responsable de la hausse des températures mondiales, les énormes quantités de combustibles fossiles brûlés pour le développement humain étant les principaux responsables (le dioxyde de carbone contribue à 60 % des émissions humaines).
Les émissions de GES peuvent être décrites comme ayant elles-mêmes un point de basculement. L'augmentation des températures atmosphériques entraîne la formation d'une plus grande quantité de vapeur d'eau. La vapeur d'eau est un gaz à effet de serre et a même l'effet de serre le plus puissant ! Par conséquent, l'augmentation des températures atmosphériques due aux émissions de GES entraîne des mécanismes de rétroaction positive impliquant la vapeur d'eau.
Éléments des points de basculement dans le système climatique
Ces températures dangereusement élevées ont pour conséquence que divers éléments climatiques sont proches de leur point de basculement. Ces éléments comprennent la fonte de la glace de mer, la modification des courants océaniques, le pergélisol et l'albédo. Tous ces éléments sont en danger car ils sont influencés par de dangereuses rétroactions positives qui amplifient les effets du changement climatique.
Glace de mer polaire
Le réchauffement des températures de l'air entraîne la dilatation des molécules d'eau dans l'océan, ce qui signifie que le niveau des mers augmente. Les calottes glaciaires du monde entier fondent sous l'effet des températures élevées et sont désormais menacées d'être englouties par la montée des eaux. Les mécanismes de rétroaction positive fonctionnent ici dans toutes les directions, l'augmentation des températures entraînant l'élévation du niveau des mers et la fonte des glaces, qui provoquent l'une et l'autre une augmentation de l'autre !
Au niveau mondial, le niveau des mers augmente de 3,3 millimètres par an, soit 30 % plus vite que lorsque l'augmentation du niveau des mers a été enregistrée pour la première fois par les satellites en 1992 !
Des points de basculement ont été projetés dans l'échancrure de la mer d'Amundsen, dans l'ouest de l'Antarctique, montrant que l'effondrement de la structure de la calotte glaciaire dans cette zone pourrait dévaster des kilomètres carrés de la calotte glaciaire de l'ouest de l'Antarctique. La fonte de la calotte glaciaire du Groenland pourrait avoir des effets tout aussi catastrophiques et provoquer une augmentation de 7 mètres du niveau de la mer !
Une échancrure est un renfoncement dans un littoral qui forme une baie.
La circulation thermohaline ralentit
L'analyse des carottes de glace et des sédiments océaniques a montré que la circulation méridienne de retournement de l'Atlantique (AMOC), qui est la composante atlantique du tapis roulant mondial, se déplace à son rythme le plus lent depuis plus de 1000 ans. Le ralentissement de ces importants courants océaniques est causé par la fonte des calottes glaciaires, qui ajoute de l'eau douce (à faible teneur en sel) à l'eau de mer, ce qui signifie que les régions plus froides et plus salées s'enfoncent plus lentement. Le ralentissement de l'AMOC aura de graves conséquences pour les régions tropicales qui recevront moins d'eau froide pour refroidir le climat et réduiront la vitesse des régions de remontée d'eau qui reconstituent les nutriments pour les écosystèmes aquatiques.
Lacirculation thermohaline implique la descente d'eau plus froide et plus salée (dense) et le remplacement de cette eau par de l'eau plus chaude et moins salée (moins dense). Les forces d'attraction de cette eau de remplacement créent une série de courants horizontaux de surface et d'eau profonde, ainsi que des régions d'upwelling et de downwelling.
Le résultat de la circulation thermohaline est le tapis roulant mondial. Il s'agit d'un réseau de courants de surface, d'eau profonde, de downwelling et de upwelling à travers le monde qui amène l'eau de surface chaude des tropiques vers les pôles et l'eau froide profonde des pôles vers les tropiques. Le GCB influence fortement le climat dans ces régions.
Fig. 1 : Le tapis roulant mondial et les effets de la circulation thermohaline. Source : Wikimedia Commons
Le pergélisol
Le pergélisol est une matière organique piégée dans la glace mélangée à du gravier, de la roche et du sol, et constitue une préoccupation majeure pour le changement climatique. Lorsque le pergélisol est dégelé, les décomposeurs saprotrophes peuvent décomposer la matière organique qu'il contient. Dans des conditions anaérobies, la décomposition libère du méthane, tandis que dans des conditions aérobies, elle libère du dioxyde de carbone. Le méthane a un effet de serre environ 300 fois plus important que le dioxyde de carbone dans l'atmosphère, c'est pourquoi les émissions importantes sont très dangereuses. Le pergélisol se trouve souvent dans des conditions extrêmes, l'absence d'oxygène est donc probable.
Les gaz à effet de serre libérés par le pergélisol constituent une rétroaction positive, car ils réchauffent l'atmosphère et provoquent un dégel plus important du pergélisol.
Diminution de l'albédo
Le gel arctique joue un rôle important dans la réflexion du rayonnement infrarouge vers l'espace en raison de son fort effet d'albédo. Cependant, avec l'augmentation des températures et l'élévation du niveau de la mer, la glace de l'Arctique fond à un rythme rapide. Il y a également de nombreuses rétroactions positives dans cette situation : moins de réflexion des rayons IR entraînera des températures mondiales plus élevées, ce qui signifie un niveau de la mer plus élevé, plus de fonte de la glace et encore moins d'albédo de la part du gel de l'Arctique.
Le terme albédo décrit l'efficacité d'une surface à réfléchir les rayons infrarouges du soleil.
Producteurs mondiaux
La déforestation mondiale des zones arborées réduit l'une des rares méthodes naturelles dont nous disposons pour absorber le dioxyde de carbone atmosphérique. Nous dépendons des qualités photosynthétiques pour absorber le dioxyde de carbone et libérer de l'oxygène, ce qui réduit la teneur en gaz à effet de serre de l'atmosphère et oxygène la planète ! La déforestation de ces zones réduit non seulement la capacité de la planète à absorber le dioxyde de carbone, mais libère également d'énormes quantités de CO² provenant de la combustion des arbres.
Les points de basculement dans les écosystèmes
Les points de basculement sont également visibles dans les écosystèmes. Les effets du réchauffement climatique peuvent avoir des conséquences durables sur les écosystèmes en détruisant les habitats et en poussant certaines espèces à migrer vers des régions plus fraîches. L'activité humaine a également de graves répercussions sur les écosystèmes, la pollution et la fragmentation des habitats étant de sérieux problèmes. Cependant, ces effets ne sont appelés points de basculement que lorsqu'ils causent des dommages irréparables (comme la déforestation).
Les points de basculement des écosystèmes peuvent aussi être évolutifs ! Les populations isolées peuvent subir une spéciation et former une espèce complètement différente qui peut lutter pour survivre. Les "courses à l'armement" entre prédateurs, proies et concurrents peuvent conduire à l'extinction de certaines espèces qui peinent à s'adapter.
Éléments des points de basculement dans les écosystèmes
Examinons quelques exemples spécifiques de points de basculement potentiels dans les écosystèmes. Ces menaces impliquent des mécanismes de rétroaction positive qui accentuent le changement.
Forêts tropicales
Outre la perte d'une énorme source d'absorbeurs de carbone qui réside dans les forêts tropicales humides, la déforestation réduira massivement la biodiversité dans ces zones. Les écosystèmes pourraient avoir du mal à s'adapter aux paysages changeants et aux conditions météorologiques plus sèches. Certaines espèces peuvent dépendre les unes des autres (en particulier celles qui présentent des symbioses), et les sources de nourriture s'épuiseront. La fragmentation de l'habitat due au développement humain à grande échelle isolera les populations, ce qui entraînera une diminution des effectifs de certaines espèces.
Fig. 2 : Déforestation en Nouvelle-Zélande. Source : Wikimedia Commons : Wikimedia Commons
Un quart des échanges de carbone entre la biosphère et l'atmosphère a lieu dans la forêt amazonienne !
Récifs coralliens
En raison de l'augmentation exponentielle des émissions de dioxyde de carbone depuis la révolution industrielle, nous sommes témoins de niveaux inégalés de CO² atmosphérique. On estime qu'un tiers du CO² atmosphérique est dissous dans l'océan, ce qui déclenche l'acidification des océans. Le CO² dissous forme de l'acide carbonique et se dissocie pour former du bicarbonate et un proton, qui réagit avec les molécules de carbonate en produisant des bicarbonates, abaissant ainsi la concentration de carbonate dans l'océan. Les organismes calcifiants (par exemple les polypes coralliens, les crustacés, les échinodermes) dépendent de la disponibilité du carbonate pour construire leurs exosquelettes calcaires.
Forêts de varech
Les forêts de varech sont présentes dans le monde entier et contiennent des communautés d'algues denses et biodiversifiées qui fournissent de la nourriture à de nombreux organismes marins et forment des écosystèmes complexes dans ces zones. Cependant, le réchauffement et la pollution peuvent entraîner l'introduction d'épiphytes qui poussent sur le varech et l'étouffent. Les populations d'algues dont les services d'approvisionnement sont limités (appelées algues turf) commencent à dominer dans ces situations, et ces changements affectent la disponibilité de la nourriture pour l'ensemble de l'écosystème. Les populations d'algues gazonnantes se développent rapidement, établissant une boucle de rétroaction pour résister à la repousse du varech.
Tourbières
Les tourbières sont des sites fantastiques de piégeage du carbone ; sans elles, il y aurait une augmentation catastrophique du dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Ces milieux spécialisés et pauvres en nutriments sont sensibles aux changements de température et de teneur en nutriments (par exemple à cause de la pollution) et sont donc en danger. En raison des énormes quantités de CO² qui seraient libérées si les tourbières étaient endommagées, il existe un mécanisme de rétroaction positive potentiellement monumental qui se produirait avec l'augmentation des températures mondiales qui s'ensuivrait.
Fig. 3 : Tourbière dans le Sutherland, en Écosse. Source : Wikimedia Commons : Wikimedia Commons
Points de basculement - Principaux enseignements
- Les points de basculement de l'équilibre impliquent des changements irréparables des conditions environnementales ou des écosystèmes.
- Les mécanismes de rétroaction positive sont essentiels ici : une fois que l'état atteint un certain seuil, la rétroaction positive devient si forte que les effets deviennent irréversibles.
- La rétroaction positive amplifie ou exacerbe un processus.
- Les émissions humaines et le réchauffement climatique qui s'ensuit sont les principales causes des points de basculement potentiels.
- Les émissions de GES peuvent être décrites comme ayant elles-mêmes un point de basculement, car l'augmentation des températures atmosphériques entraîne la formation d'une plus grande quantité de vapeur d'eau, qui est un gaz à effet de serre.
- Nous constatons déjà des changements inquiétants dans les écosystèmes du monde entier ; les populations humaines pourraient être les prochaines à en souffrir !
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