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Nous allons étudier la signification de la boucle de rétroaction du changement climatique, les méthodes des boucles de rétroaction, qui comprennent les boucles de rétroaction positive et les boucles de rétroaction négative du changement climatique, ainsi que quelques exemples de ces deux mécanismes.
Signification de la boucle de rétroaction du changement climatique
Les boucles de rétroaction climatique sont des mécanismes par lesquels le système terrestre réagit aux changements des conditions climatiques (par exemple, la température, les précipitations, la nébulosité) pour amplifier ces conditions (boucle de rétroaction positive) ou les minimiser (boucle de rétroaction négative). Ces rétroactions sont une réponse aux forçages climatiques.
Lesforçages climatiques sont des facteurs qui influencent le climat de la Terre. Ils peuvent être internes ou externes.
Voici quelques exemples de forçages climatiques :
- Les forçages internes (activité volcanique et circulation océanique).
- Les forçages externes naturels (cycles solaires et orbitaux).
- Les forçages externes anthropiques (gaz à effet de serre, aérosols).
Méthodes de rétroaction du changement climatique
Les méthodes ou mécanismes de rétroaction de la Terre en réponse au changement climatique peuvent être globalement regroupés en deux catégories :
- Boucle de rétroaction positive: les mécanismes de rétroaction positive réagiront à une condition climatique changeante d'une manière qui accentue le changement. L'évaporation de la vapeur d'eau, la libération de méthane par le pergélisol et l'élévation du niveau des mers en sont des exemples.
- Boucle de rétroaction négative: les mécanismes de rétroaction négative sont essentiels pour limiter les effets du changement climatique. Ils répondent aux changements d'une condition climatique en provoquant un changement secondaire qui limite l'impact du changement initial. Par exemple, l'augmentation de la formation de nuages entraîne une plus grande quantité de rayonnement infrarouge réfléchi par ces nuages.
Exemples de boucles de rétroaction du changement climatique
Examinons quelques exemples concrets de boucles de rétroaction du changement climatique afin de comprendre les moteurs environnementaux qui les sous-tendent.
Les exemples de boucles de rétroaction positives sont celles induites par la vapeur d'eau, la perte d'albédo, la réduction de la condensation, les émissions de gaz à effet de serre provenant du pergélisol, la modification des courants océaniques, l'élévation du niveau de la mer et les incendies de forêt. Parmi les exemples de boucles de rétroaction négatives, on peut citer la formation de nuages, les producteurs photosynthétiques, l'augmentation de la solubilité des océans et la loi de Stefan Botzmann.
Boucles de rétroaction positive du changement climatique
Les boucles de rétroaction positive du changement climatique sont extrêmement préoccupantes car elles mettent l'accent sur les effets néfastes du changement climatique, même si elles semblent encourageantes. Jetons un coup d'œil à certains des mécanismes de rétroaction positive de la Terre :
La vapeur d'eau
La vapeur d'eau est le gaz à effet de serre le plus important, représentant 95 % de tous les gaz à effet de serre. L'augmentation des températures mondiales résultant de la variabilité décennale naturelle et des émissions humaines (contribuant à l'effet de serre) entraîne l'évaporation d'une plus grande quantité d'eau des océans. Cette vapeur d'eau se formera dans l'atmosphère et renforcera l'effet de serre de l'atmosphère, renforçant ainsi l'impact initial des forçages climatiques. En outre, la vapeur d'eau atmosphérique est moins susceptible de se condenser et de former des nuages à des températures plus élevées.
Lesgaz à effet de serre réfléchissent le rayonnement infrarouge réémis par la surface de la Terre vers la Terre (effet de serre) et provoquent le réchauffement climatique.
Figure 1 : schéma de l'effet de serre, une boucle de rétroaction positive du changement climatique.
Perte d'albédo
L'augmentation des températures mondiales due aux émissions humaines de gaz à effet de serre au cours des 150 dernières années entraîne la fonte des glaces dans les régions polaires. Cela libérera des masses d'eau dans la mer et réduira la couverture de glace dans les endroits froids. La glace a un effet albédo élevé et réfléchit 90 % du rayonnement solaire. L'eau, en revanche, réfléchit mal le rayonnement solaire. Par conséquent, une réduction de la couverture de glace réduira le rayonnement solaire total réfléchi par la Terre, ce qui signifie qu'une plus grande quantité sera absorbée et que la Terre se réchauffera encore plus. C'est ce qu'on appelle l'amplification arctique.
L'effet albédo concerne la capacité d'une surface à réfléchir le rayonnement solaire. Les surfaces claires réfléchissent le rayonnement solaire beaucoup plus efficacement que les surfaces sombres.
Réduction de la condensation
Bien que l'augmentation des températures mondiales entraîne une formation accrue de nuages et présente une rétroaction négative prometteuse, il existe un mécanisme de rétroaction positive qui contrebalance ce phénomène. L'augmentation de la température atmosphérique réduit la probabilité que la vapeur d'eau se condense et forme des nuages. Les nuages réfléchissent le rayonnement solaire vers l'espace, ils contribuent donc à refroidir la planète. Il faut également mentionner que les nuages bas et épais sont les plus grands réflecteurs du rayonnement solaire, alors que les nuages hauts et vaporeux ne réfléchissent pas aussi bien. Dans une atmosphère plus chaude, la vapeur d'eau ne peut se condenser que dans les parties supérieures plus froides de l'atmosphère et forme des nuages qui ne réfléchissent pas bien le rayonnement.
Tu peux penser que l'air se réchauffe plus haut dans l'atmosphère parce qu'il est plus proche du soleil, mais la pression atmosphérique est telle que les particules d'air basses s'entrechoquent beaucoup moins souvent, de sorte que l'énergie cinétique est faible. L'énergie cinétique est l'énergie qu'un objet possède en raison de son mouvement. Dans le cas des particules d'air, c'est donc leur taux de collision qui détermine leur énergie cinétique.
Émissions de gaz à effet de serre dues au pergélisol
Le dégel du pergélisol est l'une des rétroactions positives les plus déconcertantes du changement climatique parce que nous avons une connaissance limitée du phénomène et qu'il a le potentiel de libérer des quantités massives de méthane dans l'atmosphère. Le méthane est un gaz à effet de serre très puissant (100 fois plus puissant que le dioxyde de carbone), c'est pourquoi il faut à tout prix en limiter la libération. Le pergélisol couvre 24 % de l'hémisphère nord. Lorsque le pergélisol dégèle, la matière organique qui y est emprisonnée devient disponible pour la décomposition par les bactéries saprobiontiques. Dans des conditions oxygénées, du dioxyde de carbone sera libéré, mais du méthane sera libéré dans des conditions anoxiques. Ces gaz à effet de serre renforceront le changement climatique qui se produit initialement (augmentation de la température globale via l'effet de serre).
Lepergélisol, ou gel permanent, est un mélange de sédiments, de sol, de matière organique et de glace qui est resté gelé pendant au moins 2 ans.
Anoxique signifie en l'absence d'oxygène, et c'est un terme avec lequel tu devrais être à l'aise.
Modification des courants océaniques
L'augmentation des températures mondiales a un impact négatif sur les écosystèmes marins en faisant blanchir les coraux, ce qui a des ramifications pour les écosystèmes intrinsèquement liés (mangroves, herbiers marins) et le déluge d'organismes qui dépendent de ces écosystèmes pour se nourrir et s'abriter. La fonte des glaces résultant du réchauffement climatique fera tomber en cascade des masses d'eau froide et dense dans la mer, interférant avec la descente de l'eau froide dans les régions de downwelling de l'Arctique. Ces courants descendants sont essentiels dans la distribution des nutriments à l'échelle mondiale ; les producteurs marins recevront donc leurs nutriments à un rythme plus lent. Cela aura des conséquences sur l'ensemble de l'écosystème, amplifiant l'effet initial du changement climatique.
Ladescente d'eau est la descente d'eau froide, salée et dense qui est ensuite remplacée par de l'eau plus chaude et moins dense formant des courants de surface horizontaux des tropiques vers les pôles et des courants d'eau profonde dans la direction opposée.
L'élévation du niveau de la mer
L'élévation du niveau des mers due à l'augmentation des températures mondiales est provoquée par la fonte des glaces et la dilatation de l'eau chauffée. Il existe cependant une rétroaction positive dans la montée des océans, car les mers élevées peuvent engloutir la glace côtière dans d'autres endroits, ce qui fait monter le niveau des mers encore plus haut.
Feux de forêt
Les régions tropicales connaissent les températures les plus élevées dues au réchauffement climatique et sont vulnérables aux effets des vagues de chaleur. Les incendies de forêt constituent un problème particulier, car de nombreux arbres brûlent, libérant ainsi du dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Les arbres sont des producteurs photosynthétiques, leur disparition réduira donc la capacité de la Terre à absorber le dioxyde de carbone. Cela renforcera le changement initial : l'afflux de gaz à effet de serre dans l'atmosphère.
Figure 2 : feu de forêt dans la forêt nationale de Bitteroot, Montana via Wikimedia Commons
Boucles de rétroaction négative du changement climatique
Les boucles de rétroaction négative du changement climatique sont des mécanismes uniques qui contrecarrent les effets du changement climatique. Elles impliquent que la Terre réagisse aux changements des conditions climatiques en faisant passer une autre condition climatique à un état qui annule le changement initial. Cela peut sembler confus, alors voici quelques exemples de mécanismes de rétroaction négative :
Formation des nuages
L'escalade des températures mondiales combinée à la fonte des calottes glaciaires entraîne une augmentation constante de l'évaporation de l'eau des océans. Une évaporation plus importante augmente le potentiel de formation de nuages atmosphériques. Les nuages contribuent à la réflexion du rayonnement solaire vers l'espace ; par conséquent, une couverture nuageuse accrue refroidira la température de la Terre, réduisant ainsi les effets du changement initial.
Producteurs photosynthétiques
L'augmentation des niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique due aux activités humaines entraîne une augmentation initiale de la croissance des plantes, car celles-ci ont besoin de dioxyde de carbone pour la photosynthèse. Les producteurs offrent une rétroaction négative au réchauffement climatique en réduisant l'effet de serre. Bien qu'il soit encourageant, le dioxyde de carbone n'augmentera les taux de photosynthèse que jusqu'à un certain point avant de devenir un facteur limitant, car les plantes ont également besoin d'eau, d'intensité lumineuse et de nutriments.
Les rétroactions positives induites par le réchauffement réduisent les effets des rétroactions négatives. Par exemple, le réchauffement entraîne le remplacement des matières végétales à décomposition rapide par des matières végétales de moindre qualité à décomposition lente, ce qui réduit la quantité de dioxyde de carbone libérée dans l'atmosphère. Cela augmentera simultanément les taux de décomposition et libérera davantage de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.
Augmentation de la solubilité des océans
L'élévation du niveau des mers causée par le réchauffement des températures (et la fonte des calottes glaciaires) fera que les océans contiendront un plus grand volume d'eau. Des océans plus grands pourront absorber de plus grandes quantités de dioxyde de carbone de l'atmosphère, minimisant ainsi l'effet initial des gaz à effet de serre émis dans l'atmosphère. Bien que prometteuse, l'acidification des océans a de graves ramifications pour la faune marine qui a besoin de carbonates pour construire sa coquille et son exosquelette.
La loi de Stefan Boltzmann
La surface de la Terre est l'un des éléments qui contribuent le plus à la réémission du rayonnement solaire dans l'espace. Plus la surface de la Terre est chaude, plus elle émet de radiations vers l'espace. Par conséquent, le réchauffement climatique amènera la Terre à émettre davantage de rayonnement infrarouge dans l'espace, ce qui refroidira la planète et réduira le réchauffement climatique.
Mécanismes de rétroaction du changement climatique - Principaux enseignements
Les boucles de rétroaction climatique sont des mécanismes par lesquels la Terre réagit aux changements des conditions climatiques ; cette réaction renforcera ou minimisera ces changements.
Lesforçages climatiques sont des facteurs qui influencent le climat de la Terre.
Voici quelques exemples de forçages climatiques :
- Les forçages internes (activité volcanique et circulation océanique).
- Les forçages externes naturels (cycles solaires et orbitaux).
- Les forçages externes anthropiques (gaz à effet de serre, aérosols).
Les boucles de rétroaction positives impliquent l'amplification du changement climatique initial (par exemple, l'évaporation, la perte d'albédo de la glace)
Les boucles de rétroaction négative permettent de limiter les effets du changement climatique en réagissant à un changement d'une condition climatique en provoquant un déplacement d'une autre condition, ce qui réduit le changement initial.
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