Suite

3.1 : L'essence de l'effet de serre - Géosciences

3.1 : L'essence de l'effet de serre - Géosciences


Pourquoi l'absorption et l'émission de rayonnement infrarouge par l'atmosphère réchauffent-elles la planète ? Ce concept est en fait assez facile à comprendre, même s'il est souvent mal ou même mal expliqué. Ainsi, en effet, la surface de la Terre reçoit de l'énergie rayonnante de deux sources : le soleil et le rétro-rayonnement des gaz à effet de serre et des nuages ​​dans l'atmosphère, comme illustré dans la figure (PageIndex{1}). C'est la puissance de l'effet de serre.

L'effet de serre

La surface doit devenir suffisamment chaude pour perdre suffisamment de chaleur pour équilibrer à la fois la lumière du soleil et le rétro-rayonnement de l'atmosphère et des nuages ​​à l'intérieur. C'est l'effet de serre.

Il convient de remarquer ici qu'aucun de ce qui précède n'est le moins du monde controversé parmi les scientifiques, pas même ceux qui expriment leur scepticisme à l'égard du réchauffement climatique.

Mais tous les gaz à effet de serre ne sont pas créés égaux. Le plus important de ces gaz, en raison de ses concentrations relativement élevées, est la vapeur d'eau, qui peut varier de presque rien à jusqu'à 3 % d'un volume d'air. De plus, l'eau condensée (nuage) absorbe et réémet fortement le rayonnement et réfléchit également la lumière du soleil. Après l'eau, le dioxyde de carbone a l'effet le plus important sur la température de surface, suivi du méthane et de l'oxyde nitreux, et d'une poignée d'autres gaz dont les concentrations sont vraiment infimes.

L'eau est constamment échangée entre l'atmosphère et la surface de la terre par évaporation et précipitation. Ce processus est si rapide qu'en moyenne, une molécule d'eau ne réside dans l'atmosphère que pendant environ deux semaines.

La concentration de vapeur d'eau a une limite supérieure qui est déterminée par la température de l'air - un air plus chaud peut supporter de plus grandes concentrations de vapeur d'eau. C'est l'une des raisons pour lesquelles l'humidité varie tellement d'un endroit à l'autre et de temps en temps. Une autre est que la pluie et la neige peuvent éliminer l'eau de l'air, de sorte que sa concentration peut et tombe souvent bien en dessous de la limite imposée par la température de l'air. Le rapport de la quantité réelle d'humidité dans l'air à sa limite supérieure est ce que nous appelons l'humidité relative. Bien que l'humidité relative varie considérablement, nous observons que sa moyenne à long terme est assez stable, donc en première approximation, la quantité réelle d'eau dans l'atmosphère change en tandem avec sa limite supérieure, c'est-à-dire avec la température.

Si nous devions par magie doubler la teneur en vapeur d'eau de l'atmosphère sans changer sa température, dans environ deux semaines, l'excès d'eau serait de retour à sa place, dans les océans, les rivières, les lacs et les eaux souterraines. Ce ne serait pas assez long pour avoir beaucoup d'effet sur le climat. La température est le principal déterminant de la quantité de vapeur d'eau dans l'atmosphère.

Ainsi, si la température augmente, la quantité de vapeur d'eau augmente avec elle. Mais comme la vapeur d'eau est un gaz à effet de serre, l'augmentation de la vapeur d'eau entraîne davantage de rétro-rayonnement à la surface, ce qui provoque des températures encore plus élevées. Nous appelons ce processus une rétroaction positive. La vapeur d'eau est considérée comme la rétroaction positive la plus importante dans le système climatique.

À l'extrême opposé en termes de durée de vie atmosphérique se trouve le dioxyde de carbone. Il est naturellement émis par les volcans et absorbé par des processus biologiques et physiques qui finissent par incorporer le carbone dans les roches carbonatées comme le calcaire. À des échelles de temps géologiques, ces roches sont subductées dans le manteau terrestre aux limites convergentes des plaques tectoniques, et le carbone est finalement relâché dans l'atmosphère sous forme de dioxyde de carbone à travers les volcans ou lorsque la roche est à nouveau exposée à l'air et altérée. Ce cycle prend plusieurs dizaines à plusieurs centaines de millions d'années. Mais CO2 est échangé entre l'atmosphère, l'océan et les plantes terrestres sur des échelles de temps beaucoup plus courtes. L'essentiel est que si nous devions augmenter instantanément la concentration de CO2 dans l'atmosphère, environ la moitié serait réabsorbée par les plantes et la partie supérieure de l'océan après seulement 100 ans environ, mais l'autre moitié pourrait mettre plusieurs milliers d'années à être éliminée de l'air. Pour cette raison, les gaz à effet de serre à longue durée de vie comme le dioxyde de carbone ont une influence importante sur le climat.


Comment une catastrophe à effet de serre a tué presque toute la vie

GFZ Centre de recherche allemand pour les géosciences

L'histoire de la Terre connaît des catastrophes inimaginables pour l'homme. Par exemple, il y a environ 66 millions d'années, un impact d'astéroïde a marqué la fin de l'ère des dinosaures. Bien avant cependant, il y a 252 millions d'années, à la frontière entre les époques du Permien et du Trias, la Terre a été témoin d'un événement d'extinction de masse beaucoup plus extrême qui a éteint environ les trois quarts de toutes les espèces sur terre et environ 95 pour cent de toutes les espèces dans l'océan. L'activité volcanique à grande échelle dans la Sibérie d'aujourd'hui a longtemps été débattue comme un déclencheur probable de l'extinction de masse du Permien-Trias, mais la séquence exacte des événements qui ont conduit à l'extinction est restée très controversée. Aujourd'hui, une équipe de chercheurs du GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel, en collaboration avec le Helmholtz Center Potsdam GFZ German Research Center for Geosciences et des universités italiennes et canadiennes, fournit pour la première fois une reconstitution concluante des événements clés qui ont conduit à la méga-catastrophe. Leurs recherches tirent également de sombres leçons pour l'avenir. Ils rapportent leurs découvertes dans le journal Géosciences de la nature.

L'équipe internationale dirigée par Hana Jurikova a étudié les isotopes de l'élément bore dans les coquilles calcaires de brachiopodes fossiles et d'organismes de type mdashclam. Parce que le pH de l'océan et le dioxyde de carbone atmosphérique (CO2) sont étroitement couplés, l'équipe a pu reconstituer l'évolution du CO atmosphérique2 au début de l'extinction des isotopes du bore et du carbone. Ils ont ensuite utilisé un modèle géochimique innovant pour étudier l'impact du CO2 injection sur l'environnement. Leurs découvertes ont montré que les éruptions volcaniques, de la province de basalte inondable alors active "Pièges sibériens", ont libéré d'immenses quantités de CO2 dans l'atmosphère. Ce grand CO2 la libération a duré plusieurs millénaires et a entraîné un fort effet de serre sur la fin du Permien, provoquant un réchauffement et une acidification extrêmes de l'océan. Des changements spectaculaires dans l'altération chimique sur terre ont modifié la productivité et le cycle des nutriments dans l'océan, et ont finalement conduit à une vaste désoxygénation de l'océan. Les multiples facteurs de stress environnementaux qui en résultent se sont combinés pour éliminer une grande variété de groupes d'animaux et de plantes.

"Nous avons affaire à une catastrophe en cascade dans laquelle la montée du CO2 dans l'atmosphère a déclenché une chaîne d'événements qui ont successivement éteint presque toute vie dans les mers », dit Jurikova.

Elle ajoute : "Les éruptions volcaniques anciennes de ce type ne sont pas directement comparables aux émissions de carbone anthropiques, et en fait, toutes les réserves modernes de combustibles fossiles sont bien trop insuffisantes pour libérer autant de CO2 sur des centaines d'années, sans parler des milliers d'années, comme cela a été libéré il y a 252 millions d'années. Mais il est étonnant que le CO de l'humanité2 Le taux d'émission est actuellement 14 fois plus élevé que le taux d'émission annuel à l'époque qui a marqué la plus grande catastrophe biologique de l'histoire de la Terre.

Une grande partie du travail a été effectuée par la chercheuse de GEOMAR à Kiel, mais elle a ensuite rejoint le GFZ (Section 4.3) à Potsdam, et le "gâteau sur le gâteau" pour elle était le résultat d'une collaboration avec le laboratoire SIMS dirigé par Michael Wiedenbeck au GFZ (section 3.1). En utilisant le spectromètre de masse à ions secondaires à grande géométrie (SIMS), la composition isotopique des coquilles a pu être mesurée directement sur les spécimens à l'échelle micrométrique. Cela a permis de déterminer la composition isotopique du bore même dans les plus petits fragments de coquilles de brachiopodes. Selon le degré d'acidification des mers, les coquilles calcaires des organismes qui y vivent diffèrent très peu dans leur composition chimique. De cette façon, la valeur du pH des océans disparus depuis longtemps a pu être déterminée dans les restes des coquillages conservés sous forme de fossiles dans les archives rocheuses.

- Ce communiqué de presse a été initialement publié sur le GFZ Hemholtz Centre Potsdam


Changement climatique

Lisez les déclarations/questions suivantes. Vous devriez être en mesure de répondre à toutes ces questions après avoir lu le contenu de cette page. Je suggère d'écrire ou de taper vos réponses, mais à tout le moins, dites-les à haute voix.

Nous commencerons par le changement climatique pour deux raisons. Premièrement, de tous les problèmes spécifiques de cette leçon, c'est celui qui a potentiellement l'impact le plus dévastateur en raison de l'ampleur du problème. Si le climat continue de changer, les impacts seront probablement catastrophiques et à l'échelle mondiale. Deuxièmement, le changement climatique aura probablement un impact sur tous les autres secteurs de la durabilité et de la société, y compris tous ceux énumérés dans cette section. Il est absolument essentiel de comprendre le changement climatique si vous voulez aborder la durabilité. Ce qui suit est une courte liste de faits qui indiquent pourquoi nous devrions nous préoccuper de l'influence humaine sur le climat.

Tout d'abord, quelques termes importants :

  • Effet de serre: terme utilisé pour décrire le phénomène par lequel la chaleur infrarouge réchauffe la basse atmosphère de la Terre ou d'une autre planète en raison du contenu gazeux de l'atmosphère.
  • Effet de serre renforcé: Cela se produit lorsque l'ampleur de l'effet de serre est renforcée par l'activité humaine, en raison de l'émission de gaz à effet de serre à un niveau anormalement élevé.
  • Gaz à effet de serre : un gaz qui absorbe le rayonnement infrarouge et contribue à l'effet de serre.
  • Anthropique: causé par l'homme.
  • Changement climatique anthropique: la composante du changement climatique que l'on pense être causée par l'homme.

L'article suivant de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) des États-Unis explique de nombreuses bases concernant les termes énumérés ci-dessus.

À lire maintenant

Fait 1 : L'effet de serre est une science établie

Le Effet de serre est un phénomène naturel universellement accepté, et le dioxyde de carbone (CO2) est l'un des principaux gaz à effet de serre. Sans elle, la vie sur terre ne serait pas possible. La vidéo ci-dessous de Stile Education fournit une bonne explication succincte de la physique de base derrière l'effet de serre.

Regardez "Qu'est-ce que l'effet de serre et comment ça marche ?" par Stile Education (3:14 minutes)

L'effet de serre. Quand vous voyez une belle pleine lune grasse, imaginez-vous déjà ce que ce serait d'être là-haut debout à sa surface ? Eh bien pour une chose, chaud. Environ 120 degrés Celsius chaud! Mais 14 jours plus tard, à la nouvelle lune, vous seriez au milieu de la longue nuit lunaire et la température aurait chuté à environ -170 degrés.

En moyenne, la lune et la terre sont à la même distance du soleil, elles reçoivent donc la même quantité d'énergie solaire. Mais ici, la température moyenne est de 16 degrés Celsius alors que sur la lune, elle ressemble plus à moins 80. La terre a également une plage de températures beaucoup plus petite. Moins 88 et plus 57 sont les plus bas et les plus élevés jamais enregistrés. Alors pourquoi la différence ? La réponse est que l'atmosphère nous protège d'une grande partie de l'énergie du soleil mais en piège également une partie qui la traverse pour que, par exemple, les températures nocturnes ne baissent pas autant. Surtout si c'est nuageux.

L'énergie qui vient du soleil est un rayonnement électromagnétique dans une large gamme de longueurs d'onde. La haute atmosphère absorbe la plupart de ces longueurs d'onde. La lumière visible passe à travers mais un tiers de celle-ci se réfléchit à nouveau, principalement des nuages ​​et de la glace. Ainsi, seule la moitié de l'énergie destinée à la Terre parvient à réchauffer ses terres et ses océans. La roche, le sol et l'eau chauffés par la lumière visible réémettent l'énergie sous forme de rayonnement infrarouge de faible énergie - la chaleur. Celui-ci peut traverser l'oxygène et l'azote de l'air mais certains gaz - les soi-disant gaz à effet de serre - dioxyde de carbone, méthane, protoxyde d'azote et vapeur d'eau - ont des molécules avec des structures qui leur font absorber le rayonnement. Frappés par une onde infrarouge, ils vibrent fortement avant de libérer l'énergie sous forme d'une nouvelle onde infrarouge. Cela peut jaillir dans n'importe quelle direction - vers l'espace, terre-à-terre ou latéralement. Mais dans tous les cas, il y a de fortes chances que la vague frappe une autre molécule de gaz à effet de serre et change à nouveau de cap.

Bien que les gaz à effet de serre représentent généralement moins d'un pour cent de l'atmosphère, à six kilomètres de profondeur, peu de radiations s'échappent sans rencontrer au moins une molécule de gaz à effet de serre. Sur toute la planète, le résultat de ce jeu de flipper géant est que la chaleur reste proche de la surface de la terre plus longtemps qu'elle ne le ferait autrement, la gardant plus chaude, c'est l'effet de serre. Sans elle, la température moyenne de la terre serait de moins 18 degrés Celsius. Ce qui est mieux que la lune mais je pense que vous conviendrez que ce n'est pas aussi bon que ce que nous avons.

  • Les gaz à effet de serre (GES) permettent la lumière visible (rayonnement à ondes courtes) pour les traverser, mais absorber l'infrarouge (rayonnement à ondes longues) et le re-rayonner dans toutes les directions après l'avoir absorbé. Il s'agit simplement d'une propriété physique de certains gaz. La nature fait son travail.
  • La lumière du soleil est surtout ondes courtes rayonnement, traverse donc les GES en se dirigeant vers la surface de la Terre.
  • Si le rayonnement à ondes courtes est reflété sur ou près de la surface de la terre (par exemple, les nuages, l'eau, les objets physiques), il repasse à travers les GES, car il est toujours à ondes courtes. Il remonte dans l'espace.
  • Si le rayonnement à ondes courtes est absorbé sur ou près de la surface de la terre (par exemple, par votre peau, l'eau, le sol, d'autres surfaces) puis il est rayonné comme onde longue radiation. (Il s'agit d'un transfert de chaleur radiant/électromagnétique qui a été mentionné dans la leçon 1, soit dit en passant !)
  • Si ce rayonnement à ondes longues frappe une molécule de GES à sa sortie, il est absorbé et re-rayonné dans toutes les directions.
  • Une partie de ce rayonnement à ondes longues (environ 50 %) retourne vers la surface de la terre. Il en résulte un réchauffement qui ne se produirait pas si les GES n'étaient pas dans l'atmosphère.

Les gaz suivants contribuent à l'effet de serre : la vapeur d'eau (H2O), dioxyde de carbone (CO2), méthane (CH4), protoxyde d'azote (N2O) et les chlorofluorocarbures (CFC). Il y a beaucoup de détails sur chacun, mais l'objectif principal du changement climatique anthopocentrique est le dioxyde de carbone et le méthane, car ils jouent le plus grand rôle dans l'impact climatique que la plupart des scientifiques pensent que les humains ont.

Notez que le méthane est considéré comme environ 30 fois plus puissant que le dioxyde de carbone en termes de réchauffement accru (sur une période de 100 ans). Le méthane est le principal composant du gaz naturel et c'est ce qui donne au gaz naturel son énergie. Si le gaz naturel est brûlé, il libère environ la moitié de CO2 comme si vous brûliez une quantité équivalente de charbon. Mais si le gaz naturel fuit ou est autrement émis, c'est environ 30 fois Suite puissant que le dioxyde de carbone. Malgré cela, la réduction du dioxyde de carbone est l'objectif principal car il est de loin le plus grand contributeur à l'impact des émissions de gaz à effet de serre anthropiques.

Bon à savoir : Pourquoi le soleil émet-il principalement de la lumière visible ?

Il a été mentionné dans la vidéo ci-dessus que le soleil émet la majeure partie de son rayonnement dans le spectre visible. Cela est entièrement dû à sa température de surface. Chaque objet dont la température est supérieure au zéro absolu émet un rayonnement électromagnétique dans une gamme de longueurs d'onde. (Les longueurs d'onde sont la distance entre les pics des ondes électromagnétiques.) Plus la température est élevée, plus les longueurs d'onde émises sont courtes. Voir l'image ci-dessous pour une illustration des longueurs d'onde. Notez que l'amplitude des longueurs d'onde est en mètres, par ex. la distance entre les pics de lumière visible est d'environ 0,5 x 10 - 6 m, soit 500 nanomètres. (La lumière visible varie en réalité d'environ 380 nm pour le violet à environ 700 nm pour le rouge, selon la NASA.)

La température de surface du soleil se situe en moyenne entre 5 500 et 6 000 degrés Celsius, ce qui est sacrément chaud. Parce qu'il fait si chaud, le rayonnement de pointe est à ondes courtes. Plus précisément, il culmine dans le spectre visible. La quantité idéalisée de chaque type de rayonnement émis par un objet peut être décrite à l'aide d'un courbe de rayonnement du corps noir. Humboldt State University fournit une bonne description d'une courbe de rayonnement du corps noir : « L'intensité et la distribution (et le pic) du rayonnement ne dépendent que de sa température. La représentation graphique de celle-ci est communément appelée courbe de rayonnement du corps noir. Par exemple, notre Soleil a une température approximative de 5800 K, et émet des pics de rayonnement dans la partie visible du spectre. La Terre, quant à elle, est nettement plus froide et émet une fraction de l'énergie et culmine dans des longueurs d'onde beaucoup plus longues dans ce qu'on appelle la partie infrarouge thermique de le spectre."

L'image ci-dessous fournit une illustration de la courbe de rayonnement du corps noir du soleil. Notez le pic dans la partie visible du spectre électromagnétique, mais que le soleil émet également d'autres longueurs d'onde. À gauche du spectre visible (longueur d'onde plus courte) se trouve le rayonnement ultraviolet, dont une grande partie est absorbée par l'ozone dans la stratosphère. À droite du spectre visible sur la carte se trouve le rayonnement à ondes longues, dont une grande partie est absorbée par les gaz à effet de serre.

Fait 2: Les niveaux de dioxyde de carbone augmentent en raison de l'activité humaine

Il y a quelques choses fondamentales à savoir en ce qui concerne la teneur en dioxyde de carbone de l'atmosphère.

  • Premièrement, la quantité de CO2 dans l'atmosphère se mesure en parties par million (ppm). Une concentration de 1 ppm signifie qu'il y a une unité de masse d'un fluide pour chaque million d'unités de masse du fluide enveloppant. La concentration actuelle de dioxyde de carbone est d'un peu plus de 400 ppm.(Pour info, cela veut dire que si tu prenais 1 kg d'air, il y aurait environ 400/1 000 000 kg, soit 0,0004 kg ou 0,4 g de CO2 dans ce kg d'air.)
  • Deuxièmement, lors de la mesure de la concentration, le l'atmosphère est considérée comme la même partout où vous allez sur terre. Des variations localisées se produisent, mais le CO actuel2 La concentration de est considérée comme étant effectivement la même, peu importe où vous vous trouvez sur la terre.

Nous avons mesuré directement la concentration atmosphérique de CO2 depuis 1958 à l'observatoire de Mauna Loa à Hawaï, et l'ont vu augmenter régulièrement depuis lors (voir la figure 3.3 ci-dessous). Ceci est connu comme la courbe de Keeling, et est nommé d'après Andrew Keeling, qui a initié les mesures.

Nous connaissons également avec un très haut niveau de certitude la concentration de l'atmosphère ancienne à travers le temps ainsi que grâce à des mesures indirectes telles que des échantillons de carottes de glace de glace ancienne (cliquez ici pour des liens vers des explications sur la façon dont cela est fait - cliquez sur CO2 Passé en haut de la page). Les niveaux actuels de CO2 sont presque certainement sans précédent au cours des 800 000 dernières années (source : National Academy of Sciences). Le graphique ci-dessous montre les niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère au cours des 400 000 dernières années.

C'est un fait établi que la combustion de combustibles fossiles libère du dioxyde de carbone et que la concentration de dioxyde de carbone a augmenté rapidement depuis le début de la révolution industrielle à la fin des années 1700. La révolution industrielle se caractérise par l'utilisation accrue de combustibles fossiles - d'abord le charbon, puis le pétrole, puis le gaz naturel. Toutes ces sources d'énergie non renouvelables libèrent du CO2 lorsqu'ils sont brûlés, et à part des événements naturels mineurs comme les éruptions volcaniques, sont ce qui a principalement causé l'augmentation de la concentration de dioxyde de carbone au cours des 200 dernières années.

Bref, l'énergie est le principal responsable des émissions anthropiques de gaz à effet de serre. En réalité, selon l'Agence internationale de l'énergie, les deux tiers des émissions anthropiques mondiales de gaz à effet de serre sont dues à l'utilisation et à la production d'énergie (source : AIE, « Energy and Climate Change », World Energy Outlook 2015). Cela se résume au fait que :

  • Nous émettons du dioxyde de carbone et d'autres gaz à effet de serre à des taux plus rapides que ceux qui peuvent être naturellement absorbés.

Cela provoque un déséquilibre, et donc la concentration augmente. C'est l'une des choses fondamentales à comprendre sur la durabilité qui a été abordée à plusieurs reprises dans ce cours : nous ne pouvons tout simplement pas émettre de déchets plus rapidement qu'ils ne peuvent être naturellement réabsorbés.

Chasse aux mythes : la Terre émet plus de CO2 Que les gens, donc nous n'avons pas d'impact

Vous pouvez entendre quelque chose comme ce qui suit comme raison d'être sceptique à l'égard du changement climatique anthropique : « La terre émet naturellement BEAUCOUP plus de CO2 que les humains. Les émissions sont si relativement faibles qu'elles ne peuvent pas avoir d'impact sur le CO2 concentrations, sans parler du changement climatique."

La terre émet en effet nettement plus de CO2 que les humains ! L'image ci-dessous est tirée du rapport le plus récent du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC), appelé cinquième rapport d'évaluation ou simplement AR5. C'est une illustration de la mondialisation cycle du carbone. Le carbone, comme la plupart des autres éléments, se déplace constamment autour de la terre, par ex. être émis et absorbé par les océans, être absorbé par les plantes, être libéré par les plantes en décomposition, être libéré par les volcans, etc. Le cycle du carbone illustre ce processus. (Ne vous inquiétez pas d'analyser cette image si vous ne le souhaitez pas - elle est assez dense et vous n'avez besoin de connaître aucun des nombres.)

C'est une image assez chargée, je vais donc la résumer pour vous :

  • Les humains causent directement environ 9 milliards de tonnes (Gt) de carbone dans l'atmosphère chaque année.
  • Les émissions naturelles sont de l'ordre de 170 Gt par an.

Hmm, d'accord, alors là sommes bien plus naturelles que les émissions anthropiques. Alors pourquoi se soucier autant des misérables 9 milliards de tonnes anthropiques ? Il s'avère que s'il n'y avait pas d'émissions anthropiques, le cycle du carbone s'équilibrerait probablement, ou peut-être même provoquerait un réduction en carbone dans l'atmosphère. Il existe de nombreux processus naturels qui absorbent le carbone, principalement les océans et la végétation. Selon le GIEC, l'augmentation totale du carbone dans l'atmosphère n'est que d'environ 4 Gt par an (y compris les émissions anthropiques). Si vous faites un peu de calcul, cela devient évident : si ces 9 Gt d'émissions causées par les humains n'étaient pas là, alors il n'y aurait probablement pas d'augmentation de la concentration globale. Même si la contribution relative est faible, les émissions anthropiques bouleversent le cycle mondial du carbone.

Une bonne analogie de ce processus est la prise de poids. Disons que vous consommez en moyenne environ 2 000 calories par jour et que vous brûlez en moyenne la même quantité chaque jour. Si cela continue avec le temps, vous ne prendrez pas de poids. Mais si vous ajoutez une collation supplémentaire de 100 calories chaque jour, cela bouleversera cet équilibre. Même si vous n'augmentez votre apport calorique que d'un maigre 5%, au fil du temps, cela entraînera une prise de poids. Eh bien, il semble que la terre ait pris un poids important en carbone dans le passé

200 ans, et c'est presque entièrement dû aux émissions humaines supplémentaires !

Fait 3 : Le climat se réchauffe

Les humains prennent des mesures directes de la température depuis environ 1880. Il y a eu une tendance à la hausse de la température mondiale depuis environ 1900, et l'augmentation est devenue très forte depuis environ 1980.

Lecture facultative

Selon la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) (via la NASA) :

Sur la base de ces preuves (qui ont été corroborées par d'autres sources scientifiques) et de la figure 3.6 ci-dessus, il est clair que la température mondiale a augmenté depuis que les humains la mesurent à l'échelle mondiale, et il semble que le réchauffement s'accélère.

Une mise en garde : la terre fonctionne selon des cycles de milliers et de millions d'années, donc moins de 150 ans de réchauffement n'est pas une preuve irréfutable que le climat continuera de se réchauffer à ce rythme. Cependant, la corrélation qui est observée entre l'augmentation du CO2 les niveaux et la température, ainsi que ce que nous savons sur les GES, indiquent que nous sommes sur une voie très insoutenable.

Chasse aux mythes : c'est la faute de la Chine

(Remarque : vous pouvez parcourir et jouer avec les graphiques ci-dessous, mais veuillez au moins lire cette courte explication.) Vous pourriez également entendre que la Chine est le leader mondial des émissions. C'est vrai, et ce depuis 2006 (voir le premier graphique ci-dessous). Cependant, il y a au moins trois considérations importantes à prendre en compte pour attribuer la responsabilité des émissions mondiales :

  1. Premièrement, les émissions de CO2 peuvent durer des centaines d'années dans l'atmosphère, nous devons donc considérer les émissions cumulées au cours des cent dernières années. Comme le montre le deuxième graphique ci-dessous, les États-Unis ont presque deux fois plus d'émissions cumulées que la Chine.
  2. Deuxièmement, la Chine a environ quatre fois la population des États-Unis. Donc, toutes choses égales par ailleurs, la Chine « devrait » avoir environ quatre fois les émissions. Mais ils ne le font pas. Cela signifie que leurs émissions par habitant sont inférieures à celles des États-Unis. La Chine émet moins de la moitié des émissions par habitant que les États-Unis.
  3. Enfin, comme l'indiquent les graphiques, les données sont "basées sur les émissions territoriales (basées sur la production) et ne tiennent pas compte des émissions intégrées dans le commerce". La plupart des émissions de la Chine sont le résultat de la production de biens pour d'autres pays, les méthodes comptables ne sont donc pas tout à fait justes.

Fait 4: Si le changement climatique se poursuit, les résultats seront presque certainement catastrophiques

Il existe un large consensus sur le fait que si le climat continue de changer et que le CO2 les niveaux continuent d'augmenter, les résultats ne seront pas bons (d'accord, "pas bon" est un gros euphémisme). Comme l'a déclaré le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) dans son rapport de 2007 : « Dans l'ensemble, l'ensemble des preuves publiées indique que les coûts nets des dommages causés par le changement climatique sont susceptibles d'être importants et d'augmenter avec le temps » (source : GIEC, cité par la NASA). C'est une façon étouffante de dire que "les choses iront probablement très mal et continueront d'empirer."

Le lien ci-dessous décrit certains des impacts possibles, dont certains ont déjà commencé à se produire. Notez que je ne dis pas que toutes ces choses sera se produire, même si le changement climatique se poursuit, mais il s'agit d'une enquête sur certains des impacts négatifs du changement climatique les plus fréquemment cités. Notez également que certaines des conséquences probables peuvent être positives dans certaines régions, notamment des saisons de croissance prolongées dans les zones climatiques fraîches et une croissance accrue des plantes en raison de la disponibilité de carbone supplémentaire, mais l'impact global sera très probablement extrêmement négatif.

Lecture suggérée

Il est également très important de noter que les personnes les plus vulnérables à ces impacts seront les personnes à faible revenu et autrement marginalisées partout dans le monde. Comme l'indique le GIEC dans son évaluation de 2014 :

Traduction: les personnes disposant de peu de pouvoir et/ou de ressources seront affectées de manière disproportionnée par le changement climatique, qu'elles vivent dans un pays à revenu faible ou élevé. Il s'agit donc d'un enjeu important de justice sociale et environnementale !

Chasse aux mythes : météo contre climat

J'aurais aimé ne pas avoir à le noter, mais c'est un événement si fréquent que je m'en voudrais de ne pas le faire. Bon, voilà : la météo et le climat sont deux choses différentes. La météo fait référence à court terme variations des conditions atmosphériques ambiantes, principalement au jour le jour. Il peut faire chaud et ensoleillé un jour, et froid et pluvieux le lendemain. C'est le temps. Le climat fait référence aux tendances à long terme des conditions atmosphériques, qui présentent des tendances saisonnières au cours de décennies. (Les Centres nationaux d'information sur l'environnement [NEI] de la NOAA ont des informations ici, si cela vous intéresse.) Comme le dit NEI : « Le climat est ce à quoi vous vous attendez. La météo est ce que vous obtenez. » En d'autres termes, vous pouvez vous attendre à un certain type de conditions en fonction de la saison, mais le temps peut changer tous les jours. Le tweet ci-dessous de Donald Trump en janvier 2019 est typique de la confusion (volontaire ou non) de la météo et du climat.

Dans le magnifique Midwest, les températures de refroidissement éolien atteignent moins 60 degrés, le plus froid jamais enregistré. Dans les prochains jours, il devrait faire encore plus froid. Les gens ne peuvent pas rester dehors, même quelques minutes. Que se passe-t-il avec Global Waming ? Revenez vite, nous avons besoin de vous !

– Donald J. Trump (@realDonaldTrump) 29 janvier 2019

Il y a en fait au moins deux choses importantes qui ne vont pas dans cette affirmation.

  • Tout d'abord, ce n'est que la météo. 2019 faisait partie des trois années les plus chaudes jamais enregistrées.
  • Deuxièmement, il est appelé changement climatique « mondial » pour une raison. Les effets régionaux ne sont qu'une petite partie de l'histoire. Il est essentiel de regarder les températures à travers le monde. L'image ci-dessous de janvier 2019 montre clairement que oui, le haut Midwest était plus froid que la normale, mais presque tout le reste des États-Unis était plus chaud que la normale, comme la plupart du monde.

Fait 5: Il existe un large consensus scientifique selon lequel les humains sont probablement le principal moteur du changement climatique observé

Tout d'abord, il est important de reconnaître que le climat est un système complexe qui ne peut pas encore être complètement modélisé. Il y a des lacunes dans nos connaissances, nous ne savons donc pas avec certitude à 100 % dans quelle mesure nos émissions ont un impact sur le climat. Mais, les preuves sont devenues de plus en plus claires et convaincantes.

Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) est l'organisme de recherche sur le changement climatique le plus réputé au monde, car il est composé de plus de 1 000 des meilleurs climatologues au monde. Leur conclusion dans leur rapport le plus récent, selon la NASA, était que :

En outre, de nombreux rapports dans des revues à comité de lecture ont révélé qu'au moins 97 % des scientifiques publiant activement dans le domaine du climat conviennent que le changement climatique observé au cours du siècle dernier est probablement dû à l'influence humaine, c'est-à-dire qu'il est anthropique. Voir ces liens vers certaines études. En 2015, 24 des plus grandes « sociétés savantes » de Grande-Bretagne - des groupes d'experts scientifiques, essentiellement - ont écrit une lettre demandant instamment que nous devions établir un « monde zéro carbone » au début de la seconde moitié du 21e siècle. Au cours des 15 dernières années, 18 associations scientifiques américaines ont confirmé que le changement climatique est probablement causé par l'homme. Les grands acteurs du secteur privé sont également concernés. Par exemple, les PDG de 43 entreprises dans divers secteurs (avec plus de 1,2 billion de dollars de revenus en 2014) ont signé une lettre ouverte exhortant à l'action en avril 2015. Même Exxon Mobil déclare que leur position officielle sur le changement climatique (à partir de l'été 2018) ce:

Exxon Mobil, la plus grande société pétrolière et gazière cotée en bourse au monde, n'est pas connue pour être l'amie des défenseurs de la réduction des émissions de carbone. En fait, une étude publiée en août 2017 a révélé qu'ils ont systématiquement induit le public en erreur pendant près de 40 ans sur les dangers du changement climatique, même s'ils ont reconnu les risques en interne. Pourtant, même eux affirment que les émissions devraient être réduites.

Mettre tous ensemble

Considérons ces faits ensemble :

  1. On sait que l'effet de serre réchauffe la planète et que le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre.
  2. Nous savons que les humains émettent des gaz à effet de serre à un rythme qui augmente leur concentration dans l'atmosphère.
  3. Nous savons que le climat mondial se réchauffe.

Ces trois faits à eux seuls indiquent qu'il y a probablement un problème. Mais, en plus de cela, vous ajoutez que:

  • La grande majorité des climatologues actifs conviennent que le changement climatique est un problème et que le changement climatique est au moins très probablement causé par l'homme. Ainsi, les personnes en qui nous avons confiance pour comprendre le climat conviennent largement que c'est un problème.
  • Enfin, si le changement climatique se produit, les résultats seront probablement dévastateurs et à l'échelle mondiale.

Nous savons que les humains ont un impact sur le climat. Connaît-on le exact dans quelle mesure sommes-nous ? La réponse courte est non." La réponse plus longue est que nous sommes presque certains que les humains sont la principale cause du réchauffement qui s'est produit et qu'il vaut la peine de prendre la précaution d'éviter le pire du changement climatique au cas où. Oui, il est possible que tant d'experts du climat se trompent sur la gravité de l'impact humain sur le climat - il est rare que tant d'experts se trompent, mais il existe une possibilité, même minime. Et oui, il y aura des coûts associés au passage à une société à faible émission de carbone. Mais pourquoi les gens achètent-ils une assurance-vie? Et l'assurance incendie ? Aussi idiot que cela puisse paraître, qu'en est-il de l'achat d'une garantie prolongée sur un nouvel appareil électronique ou d'une assurance supplémentaire pour une voiture de location ? Le fait est que même si la probabilité d'utiliser ces assurances est minime, les gens sont prêts à payer le prix pour éviter la catastrophe. On pourrait en dire autant du changement climatique. Prendre des mesures pour éviter le pire des cas, ou peut-être quelque chose proche du pire des cas, est connu comme les principe de précaution. Cela peut coûter de l'argent ou d'autres ressources à court terme, mais cela en vaut la peine en raison de la situation que cela peut empêcher.

Un ajout rapide à ceci : si des mesures sont prises avec succès pour réduire les émissions climatiques à un niveau durable, il est très probable qu'il y aura également un air plus pur, moins de dommages environnementaux, plus de sécurité énergétique (ne pas dépendre d'un autre pays pour l'énergie), et probablement des citoyens plus actifs/en bonne santé. Quelque chose à quoi penser.

Vérifie ta compréhension

Lectures complémentaires - OPTIONNEL

Si vous souhaitez en savoir plus sur ce sujet, voici quelques lectures suggérées.

  • « Preuves et causes du changement climatique : un aperçu de la Royal Society et de l'Académie nationale des sciences des États-Unis. » La Royal Society et l'Académie nationale des sciences.
  • « Rapport de synthèse sur le changement climatique 2014 : résumé à l'intention des décideurs ». Groupe d'experts intergouvernemental sur les changements climatiques. .
  • "Énergie et changement climatique." Rapport spécial sur les perspectives énergétiques mondiales. Agence internationale de l'énergie, 2015.
  • Site Web de l'Agence américaine de protection de l'environnement sur le changement climatique

Facultatif (mais fortement suggéré)

Maintenant que vous avez terminé le contenu, je vous suggère de parcourir la liste d'auto-vérification des objectifs d'apprentissage en haut de la page.


Joseph E. Postma et l'effet de serre, partie 2

Dans la première partie, Joseph E. Postma n'aimait pas l'utilisation d'une absorption solaire uniforme sur la sphère planétaire. Il a été discuté qu'il ne s'agit principalement que d'un coup contre des modèles simples dont tout le monde sait que ce n'est pas le fonctionnement de la Terre, mais qui donne néanmoins des réponses utiles. Postma va cependant bien au-delà de cela, puis montre vraiment qu'il ne comprend pas le modèle même dont il se plaint, ni beaucoup d'autres choses sur la physique atmosphérique.

Vénus est plus épaisse optiquement qu'un modèle à une couche ne peut vous en donner

Postma commence par utiliser Vénus comme modèle pour l'endroit où le modèle de serre qu'il utilise se décompose. Et effectivement, il a raison. Son argument est que F (l'émissivité) ne peut pas être supérieure à 1 (ce qui est correct), et pourtant elle doit l'être pour produire la température de surface de Vénus dans son équation 29) Sur cette base, il déclare alors que le modèle de serre standard ne fonctionne pas dans général. Le problème est que son équation 29 suppose une atmosphère à une seule couche, ce qui est une hypothèse absurde lorsque vous vous approchez de l'épaisseur optique extrêmement élevée de Vénus. Vénus a une atmosphère de 90 bars qui contient bien plus de 90 % de dioxyde de carbone, un peu de vapeur d'eau et un effet de serre généré par les gouttelettes d'acide sulfurique et le SO2. Le transfert radiatif sur Vénus fonctionne très différemment de celui sur Terre, en partie à cause de l'élargissement collisionnel intense du CO2 molécules. Un photon a un temps extrêmement difficile à échapper à Vénus, incapable de le faire jusqu'à ce qu'il atteigne les parties les plus extérieures de son atmosphère.

En utilisant le modèle de couche, vous auriez besoin de nombreuses couches atmosphériques pour produire quelque chose de proche de Vénus avec suffisamment de couches que vous constateriez que vous pourriez produire la température de surface de Vénus sans violer la conservation de l'énergie. Avec une seule couche atmosphérique parfaitement absorbante, la température de surface ne peut pas dépasser 2 1/4 fois la température d'émission (Te=

230 K sur Vénus). Mais avec deux couches atmosphériques parfaitement absorbantes, il peut monter jusqu'à 3 1/4 Te. Avec trois couches, la température maximale est de 4 1/4 Te, etc. La raison pour laquelle la température de surface est plafonnée de cette manière est que l'atmosphère elle-même doit émettre un rayonnement et se réchauffe lorsqu'elle absorbe des photons de la surface, ce qui à son tour augmente les émissions. Si la couche atmosphérique était plutôt un bon réflecteur infrarouge (c'est-à-dire qu'elle a un albédo thermique élevé), alors vous pourriez retarder la perte de chaleur dans l'espace de cette façon et augmenter la température de surface bien au-delà de cette valeur. Cela pourrait arriver avec le CO2 nuages ​​au lieu de H2O, ces derniers sont des absorbeurs IR beaucoup plus efficaces que les diffuseurs IR, alors que les premiers pourraient augmenter l'albédo IR.

En substance, Postma étend un modèle simplifié à des zones où il n'a jamais été conçu pour aller, puis déclare que son échec signifie que tout le paradigme de l'effet de serre est faux. L'incompétence est accablante. Postma n'est cependant pas terminé et décide de creuser davantage. Son prochain argument est amusant, mais peut-être un peu étrange à suivre, alors je vais essayer de l'expliquer.

Confusion sur le taux de déchéance

Il prétend que les observations du taux de lapsus atmosphérique (le taux auquel la température diminue avec la hauteur) rejettent l'effet de serre. Son raisonnement est que l'atmosphère est à une hauteur fixe. Lorsque les gaz à effet de serre réchauffent la surface et refroidissent la haute atmosphère, cette hauteur reste fixe, mais il est évident que la différence de température entre le bas et le haut de l'atmosphère doit augmenter. Postma prétend ensuite que cela implique nécessairement que le taux de déchéance doit avoir une pente plus grande que la valeur théorique qu'il a dérivée d'environ -10 K par kilomètre (ce qui est à peu près correct pour une parcelle d'air sec ascendant). C'est-à-dire que si la hauteur atmosphérique reste fixe et que la différence de température entre le bas et le haut augmente, alors la vitesse à laquelle l'air se refroidit avec la hauteur doit augmenter. Puisque cela n'est pas observé, alors nous avons un problème, non?

En réalité, la hauteur atmosphérique est une distraction. Le taux de déchéance adiabatique ne s'étend pas au-delà du point de rupture de la convection, qui est la tropopause. Tout l'intérêt de l'effet de serre est que l'augmentation des gaz à effet de serre atmosphériques augmente la hauteur "moyenne" à laquelle l'émission dans l'espace a lieu (et la tropopause augmente également en hauteur), donc on est autorisé à extrapoler plus loin dans l'adiabate pour atteindre une surface plus élevée. Température. Sur Vénus, l'épaisseur optique force la tropopause à quelque 60 km d'altitude. De plus, il convient de souligner que les gaz à effet de serre réchauffent la haute troposphère, ne la refroidissent pas, mais ils refroidissent la stratosphère.

Figure 1 : Schéma qualitatif de l'ancienne (bleu) et de la nouvelle (par exemple, après augmentation du CO2) température avec la hauteur dans une atmosphère sèche. L'humidité a tendance à augmenter le réchauffement de la haute atmosphère tropicale par rapport à la surface. La température augmente vers la droite.

TOA vs Surface

Peut-être tout aussi crucial pour tout cela, Postma ne peut pas contourner le sophisme du budget énergétique de surface, qui dit qu'une augmentation du CO2 provoque un réchauffement de la surface en augmentant simplement le flux infrarouge descendant vers la surface. Ce problème est décrit dans des traitements classiques de l'effet de serre, dont il ne semble pas connaître l'existence, comme dans le récent manuel de Ray Pierrehumbert. La primauté du haut du bilan atmosphérique, plutôt que du bilan énergétique de surface, est connue au moins depuis les travaux de Manabe dans les années 1960 (voir aussi Miller, 2011 soumis)

En réalité, le sommet du budget atmosphérique contrôle la température de surface encore plus que le forçage de surface, car l'atmosphère elle-même ajuste son rayonnement sortant vers l'espace (et une grande partie du rayonnement vers l'espace provient de la haute atmosphère, en raison de son rayonnement infrarouge. opacité). Lorsque l'atmosphère est bien agitée par convection, l'ajustement de la température à cette couche est communiqué à la surface. J'ai décrit cela plus en détail ici. (En passant, j'espère que les gens pourront mettre en signet la page d'accueil de ce blog, qui est géré par une équipe de météorologues, de climatologues et d'étudiants diplômés en sciences atmosphériques, à l'Université d'Albany à New York, et nous publierons périodiquement sur de nombreuses questions différentes, de l'ENSO au changement climatique en passant par les conditions météorologiques récentes à travers le pays).

Postma refait cette erreur lorsqu'il prétend que la faible vapeur d'eau dans les déserts chauds est un problème pour la théorie des serres, mais cela est en grande partie dû au manque de refroidissement par évaporation, qui n'est qu'une composante du bilan énergétique de surface, et presque absent dans un désert. Il s'agit d'un scénario où une considération détaillée du bilan de surface est critique, ainsi que dans d'autres régimes faiblement couplés.

La façon dont le CO2-le réchauffement induit fonctionne vraiment dans une atmosphère bien mélangée en réduisant le taux de perte de rayonnement infrarouge dans l'espace. Pratiquement tous les flux de surface, et pas seulement les flux radiatifs, devraient changer dans un climat qui se réchauffe et agir pour maintenir la température de l'air en surface et sus-jacente relativement similaire. Le rétro-rayonnement augmentera en effet en partie à cause de plus de CO2 et la vapeur d'eau, mais aussi tout simplement parce que l'atmosphère est maintenant à une température plus élevée. Mais si la basse atmosphère était déjà remplie de vapeur d'eau ou de nuages ​​au point d'émettre comme un corps noir (à sa température), l'augmentation du CO2 n'augmenterait pas directement les émissions à la baisse avant l'ajustement de la température, mais réchaufferait néanmoins la planète en bouleversant le budget énergétique de TOA.

Conclusion

En résumé, Joseph Postma a publié un article critiquant un modèle très simple qui produit pourtant des résultats utiles. Il a fait plusieurs erreurs très simples en cours de route, dont aucune n'est de nature très technique. Des modèles plus sophistiqués sont évidemment conçus pour gérer la répartition inégale du chauffage solaire (c'est pourquoi nous avons la météo !) néanmoins, les outils pédagogiques sont utiles à leur usage, et Postma ne remet en rien en cause l'existence ou la nécessité de l'effet de serre. Sans effet de serre, de multiples études ont montré que la Terre s'effondre en une boule de glace gelée (Pierrehumbert et al., 2007 Voigt et Marotzke 2009, Lacis et al 2010) et en effet, après un retour d'albédo glaciaire, chute en dessous de la température effective moderne. de 255 K. Ce travail fait des affirmations extraordinaires et pourtant aucun effort n'a été fait pour le mettre dans une véritable revue scientifique sur le climat, car il n'a jamais été destiné à éduquer les scientifiques du climat ou à améliorer le domaine. fournir une citation sur les blogs. L'auteur devrait avoir honte.

Ces messages comprennent la réfutation avancée à Postma réfuté l'effet de serre.


Tectonique des plaques

La théorie de la tectonique des plaques concerne la dynamique des matériaux crustaux de surface. En termes simples, cette théorie suggère que la croûte et le manteau se comportent comme un énorme système de convection qui, à la surface, se caractérise par des mouvements extrêmement lents d'énormes plaques de matériau crustal rigide. Les plaques se déplacent des zones où elles sont créées par une remontée de magma du manteau supérieur, vers d'autres zones où elles sont détruites par un mouvement descendant dans la partie supérieure du manteau. Dans les zones de création, le magma plastique remonte à la surface, se solidifie, puis s'étend latéralement dans un processus connu sous le nom d'étalement des fonds marins. Dans les zones de downwelling, il y a une subduction de la croûte du fond marin dans le manteau, où elle est refondue et convectée latéralement. Le magma peut éventuellement atteindre une autre région d'upwelling et être à nouveau transporté jusqu'à la croûte. Les plaques rigides et à déplacement lent de la croûte superficielle ont un socle de roche basaltique, avec des continents plus légers à base granitique flottant à la surface de certaines des plaques océaniques (figure 3.1).

Graphique 3.1. Forces tectoniques. (a) Les continents sont considérés comme des îles granitiques qui sillonnent les plaques sous-jacentes de la croûte océanique basaltique. (b) Les gradients de chaleur et de densité dans le manteau provoquent le développement d'une circulation convective lente dans le magma en fusion. Cette circulation forme une nouvelle croûte basaltique dans des zones d'upwelling magmique connues sous le nom de dorsales médio-océaniques, suivies d'un étalement latéral du fond marin et d'une éventuelle subduction jusqu'au manteau à la frontière avec une autre plaque crustale.

Par exemple, dans l'océan Atlantique, à peu près à mi-chemin entre les Amériques, l'Europe et l'Afrique, une structure géologique en eau profonde appelée dorsale médio-atlantique s'étend approximativement du nord au sud. Cette dorsale abyssale est une zone d'expansion du fond marin à partir de laquelle les deux régions continentales divergent à un rythme lent mais constant de 2 à 4 cm/an. Essentiellement, l'océan Atlantique s'élargit à ce rythme, ce qui équivaut à 2 à 4 mètres par siècle.

En revanche, certaines parties de la masse continentale des Amériques occidentales chevauchent des régions de plaques qui s'enfoncent sous la plaque océanique du Pacifique. Cependant, le long de la majeure partie du sud-ouest de l'Amérique du Nord, les plaques Pacifique et nord-américaine se déplacent dans des directions opposées mais parallèles. Cela fait que le sud de la Californie et la péninsule de Baja se déplacent lentement vers le nord par rapport au reste du continent. Ce processus se produit le long d'une zone de contact étendue mais étroite entre les plaques (une faille) connue sous le nom de faille de San Andreas.

Ces forces tectoniques entraînent de fréquents tremblements de terre et des éruptions volcaniques le long des côtes du Pacifique de l'Amérique du Nord et du Sud, des Aléoutiennes et de l'Asie orientale. Cette région géologiquement active autour de l'océan Pacifique est appelée « anneau de feu » en raison de ses nombreux volcans. En plus de ces événements géologiques discrets mais intenses, il y a une construction active des montagnes relativement jeunes dans cette région. La formation de la montagne est causée par la poussée des matériaux de la croûte vers le haut dans les régions où les continents et les plaques océaniques entrent en collision les uns avec les autres. De la même manière, les hauts Himalayas de l'Asie du sud-ouest ont été et sont toujours créés par d'immenses forces élévatrices générées lorsque le sous-continent indien qui dérive vers le nord s'enfonce dans la plus grande masse continentale asiatique.

On pense que les continents étaient une seule masse contiguë pendant la période permienne, il y a environ 290 millions d'années. Ce super-continent primitif, appelé Pangée, était entouré d'un seul océan mondial. Cependant, des forces divergentes de plaques crustales se déplaçant dans différentes directions ont ensuite séparé la Pangée, initialement en deux masses connues sous le nom de Laurasia et Gondwanaland, puis dans les continents existants d'Amérique du Nord et du Sud, d'Afrique, d'Eurasie, d'Australie et d'Antarctique.

Un tremblement de terre est un tremblement ou un mouvement de la Terre causé par une libération soudaine de contraintes géologiques à un moment donné dans la croûte ou le manteau supérieur. Les tremblements de terre sont le plus souvent causés lorsque des plaques crustales glissent l'une sur l'autre ou sous l'autre au niveau de leurs failles, mais ils peuvent également être causés par une explosion volcanique. Bien que leur énergie sismique puisse affecter une vaste zone, les tremblements de terre ont un foyer spatial, connu sous le nom d'épicentre et défini comme la position de la surface située au-dessus du point profond de libération d'énergie. Un tremblement de terre intense peut causer de gros dégâts aux bâtiments, et les structures qui s'effondrent, les incendies et autres destructions peuvent avoir de lourdes conséquences sur les personnes. En 1556, un tremblement de terre a frappé la province du Shanxi en Chine et a fait environ 830 000 morts, ce qui en fait le tremblement de terre le plus meurtrier de l'histoire. Le tremblement de terre catastrophique le plus célèbre en Amérique du Nord a été l'événement de San Francisco en 1906, causé par un glissement le long de la faille de San Andreas, qui a tué 503 personnes et entraîné d'énormes dommages physiques. Cependant, d'autres tremblements de terre au cours du XXe siècle ont entraîné des pertes de vies humaines beaucoup plus importantes, dont un en 1976 qui a tué 242 000 personnes à Tangshan, en Chine, un autre en 1927 qui a tué 200 000 à Nan-Shan, en Chine et un à Tokyo-Yokohama, au Japon, qui a tué 200 000 personnes en 1926. Les tremblements de terre récents notables incluent un à Kobe, Japon (1995) qui a tué 5 500 personnes, un autre au Cachemire (2005) qui a tué 79 000 personnes, un dans le Sichuan, Chine (2008) qui a tué 70 000 personnes, et un dans la région de Tohuku au Japon (2011) qui a généré un tsunami (onde de mer sismique) qui a tué 16 000 personnes.

Les événements de San Francisco (1906) et de Tokyo (1926) ont affecté les grandes villes. Les puissantes secousses ont causé de gros dégâts, en partie à cause de la faiblesse des conceptions architecturales incapables de résister aux forces puissantes. Dans les deux cas, cependant, environ 90 % des destructions réelles sont dues à des incendies. Les tremblements de terre peuvent également faire perdre au sol une partie de sa stabilité mécanique, entraînant des glissements de terrain destructeurs et un affaissement (affaissement) des terres et des bâtiments.

Les tremblements de terre sous-marins peuvent déclencher un phénomène rapide à la surface de la mer connu sous le nom de tsunami ou de vague sismique. Un tsunami est à peine perceptible en mer, mais il peut devenir gigantesque lorsque la vague atteint des eaux peu profondes et s'accumule à des hauteurs pouvant submerger les villages et les villes côtières. En 1929, un tremblement de terre au large de l'est du Canada a généré une vague de mer sismique qui a tué 29 personnes à Terre-Neuve et au Cap-Breton. En 1946, un grand tremblement de terre centré sur l'île d'Umiak dans les îles Aléoutiennes a provoqué un tsunami qui a frappé Hawaï, à 4 500 km de là, avec une crête de 18 m. En 2004, un tsunami dans l'océan Indien a fait plus de 225 000 morts (voir Global Focus 3.1).

Objectif global 3.1. Un tsunami meurtrier
Un tsunami, ou onde de mer sismique, est une grande poussée de la surface de l'océan causée par un tremblement de terre sous-marin. Un tsunami peut être presque indiscernable dans les eaux profondes de l'océan ouvert, mais il peut devenir énorme lorsqu'il atteint les eaux côtières peu profondes et atteint une hauteur capable de provoquer une destruction massive. Le plus grand tsunami de ces derniers temps a été déclenché par un tremblement de terre sous-marin, appelé « megathrust » le 26 décembre 2004. Son épicentre était situé à environ 40 km au large de la côte d'Aceh dans le nord de Sumatra, une île indonésienne, et il a enregistré un 9,2 sur l'échelle de Richter (ce qui en fait le plus grand tremblement de terre en 40 ans). Le tremblement de terre a généré un immense tsunami (en fait, une série rapprochée de vagues individuelles) qui a atteint une hauteur pouvant atteindre 30 m lorsqu'il a touché les côtes peu profondes des pays bordant l'océan Indien. Malheureusement, aucun des pays qui ont été les plus touchés par la dévastation n'a été prévenu de la catastrophe imminente, de sorte qu'aucune mesure n'a été prise pour déplacer les personnes des zones côtières de basse altitude vers des terres plus élevées. Cela s'est produit principalement parce qu'il n'y avait pas de système de détection des tsunamis dans l'océan Indien, bien que la négligence ait également été impliquée car le tremblement de terre extrêmement important aurait dû alerter les autorités civiles d'une catastrophe potentielle.

Les vagues colossales du tsunami se déplaçaient à une vitesse d'environ 60 km/h lorsqu'elles ont touché le rivage. Ils ont causé une dévastation généralisée et plus de 225 000 décès par noyade et blessures causées par des débris flottants et l'effondrement de bâtiments. Les endroits les plus durement touchés ont été Sumatra (qui a enregistré au moins 168 000 morts et disparus), le Sri Lanka (35 000), la côte orientale et les îles de l'Inde (18 000) et la Thaïlande (8 000). Au moins 7 000 des décès étaient des touristes de pays développés qui visitaient des stations balnéaires pendant leurs vacances. En plus de la mortalité, des dizaines de millions de personnes ont été déplacées de leurs maisons et de leurs moyens de subsistance par les inondations. Dans bon nombre des endroits les plus touchés, les dommages ont été rendus beaucoup plus graves en raison de la vulnérabilité accrue des côtes causée par la suppression de la forêt de mangrove auparavant abondante, principalement pour développer des stations touristiques et des étangs saumâtres pour l'aquaculture de crevettes. Là où les mangroves sont restées intactes, la forêt côtière a fourni une digue qui a aidé à absorber une grande partie de la force du tsunami, offrant une mesure de protection aux zones plus à l'intérieur des terres.

En réponse au nombre écrasant de morts et de destructions, les citoyens et les gouvernements de nombreux pays non touchés ont fourni d'importants dons d'aide pour le sauvetage et le relèvement ultérieur, notamment de l'argent (les promesses s'élevaient à environ 5,4 milliards de dollars), du personnel de secours spécialisé, de la nourriture et de l'eau, et matériaux pour la reconstruction. Du point de vue environnemental, les leçons importantes à tirer de ce tsunami dévastateur incluent le fait que les catastrophes naturelles sont imprévisibles et inévitables, et que la destruction qui s'ensuit peut être aggravée par des pratiques inappropriées d'utilisation des terres et un manque de planification d'urgence et de capacité d'intervention. .

Image 3.2. Un village dévasté sur la côte d'Aceh, Sumatra, après le tsunami meurtrier du 26 décembre 2004. Source : image de P.A. McDaniel, Marine des États-Unis, ID 050102-N-9593M-040 https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AUS_Navy_050102-N-9593M-040_A_village_near_the_coast_of_Sumatra_lays_in_ruin_after_the_Tsunami_jpgEast_struck_Asia.South

Un volcan est un évent à la surface à partir duquel de la lave en fusion s'écoule sur le sol et des matériaux liquides, solides et gazeux sont éjectés dans l'atmosphère. Les plus grandes éruptions peuvent littéralement faire exploser une montagne volcanique, éjectant d'immenses quantités de matière dans l'environnement et causant d'énormes dégâts et pertes de vie. Par exemple, une éruption du mont Vésuve en l'an 79 de notre ère (ère commune) a enterré la ville romaine de Pompéi, tuant presque tous ses habitants. Une explosion de 1902 de la montagne Pelée sur l'île caribéenne de la Martinique a tué 30 000 personnes.

La plus grande éruption des temps modernes a été celle du Tambora, un volcan d'Indonésie qui a explosé en 1815 et a soufflé plus de 300 km 3 de matière dans l'atmosphère (y compris les 1 300 m supérieurs de la montagne). Certaines des particules les plus fines de cette éruption massive ont été soufflées dans la haute atmosphère (la stratosphère), provoquant une augmentation de la réflectivité de la Terre qui a entraîné un refroidissement global. L'année 1816 est devenue connue comme « l'année sans été » en Europe et en Amérique du Nord en raison de son temps exceptionnellement frais et humide, y compris le gel et les chutes de neige pendant les mois d'été.

Une autre éruption indonésienne célèbre a été celle du Krakatau dans le détroit de la Sonde en 1883, qui a éjecté 18-21 km 3 de matière jusqu'à 50-80 km dans l'atmosphère. Le tsunami de 30 m associé à cette éruption a tué environ 36 000 personnes dans les villages côtiers.

De grandes éruptions volcaniques peuvent également perturber de grandes étendues de forêts et d'autres écosystèmes. Par exemple, l'explosion en 1980 du mont St. Helen's dans l'État de Washington a détruit environ 21 000 hectares de forêt de conifères et endommagé 40 000 autres hectares. Les coulées de boue ont également dévasté de vastes zones et une vaste région était recouverte de débris particulaires (appelés téphra) qui se sont déposés dans l'atmosphère.

Certains volcans produisent des coulées de lave chroniques et une évacuation des gaz. Ces volcans ont tendance à former des montagnes caractéristiques en forme de cône à partir de leur lave accumulée, qui se solidifie en roches vitreuses finement cristallines. Un exemple actif de ce processus spectaculaire est le mont Kilauea à Hawaï, qui éclate parfois en continu pendant des années. La lave qui s'écoule lentement de ces volcans peut détruire les bâtiments et la végétation, mais n'est pas autrement dangereuse car les humains et les animaux peuvent éviter les ruisseaux en fusion.


Lab 3 : Modélisation du climat

Une fois que vous avez terminé de répondre aux questions ci-dessous, entrez vos réponses dans la soumission de laboratoire du module 3 (pratique) pour vérifier vos réponses. Si vous n'avez pas fait aussi bien que vous l'espériez, passez en revue les supports de cours, y compris les vidéos pédagogiques, ou posez des questions au groupe Yammer pour demander des éclaircissements sur un sujet ou un concept particulier. Après cela, ouvrez la soumission de laboratoire du module 3 (notée) et complétez la version notée du laboratoire.

Téléchargez ce laboratoire sous forme de document Word : Lab 3 : Modélisation du climat (Veuillez télécharger les fichiers requis ci-dessous.)

Utilisez ce modèle pour les questions 1 à 4. Veuillez noter : le modèle dans les vidéos ci-dessous peut être légèrement différent du modèle lié ici.Cependant, les deux modèles fonctionnent de la même manière.

Vidéo : Le modèle climatique le plus simple (Questions 1-3) Partie 1 (3:21)

Cliquez sur le lien du modèle. Vous devriez voir un écran qui ressemble à ceci, qui a un graphique ici au milieu, qui a différentes pages entre lesquelles vous pouvez basculer. Il y a la page 1. Et puis quelques contrôles pour notre modèle, y compris l'albédo ici, la profondeur de l'océan, l'émissivité, la température initiale, et nous pouvons changer la constante solaire ici si nous le voulons. Donc, je vais d'abord exécuter le modèle et juste parler de ce que nous voyons. Donc, vous cliquez ici sur le bouton Exécuter et attendez qu'il s'exécute. Et puis quand c'est fait, il affichera les résultats de ce modèle, qui va durer 30 ans ici dans ce cas. Et ici, il nous montre deux paramètres, l'un en magenta est la température et il commence à 0 degré parce que nous lui avons dit de commencer à zéro. Ensuite, vous pouvez voir que cette température baisse, et elle continue de baisser au fur et à mesure que vous vous déplacez ici, et finit par s'aplatir à une température d'environ moins 18 degrés Celsius. Et c'est à environ 30 ans. Notez que lorsque je place le curseur sur l'une de ces courbes, puis que je clique sur le bouton de la souris, cela m'indique la valeur de ces paramètres. Là, je peux voir la température à tout moment dans l'exécution du modèle. Donc, ici je pars à une température de zéro et ça s'est refroidi très vite jusqu'à une température de moins dix-huit. Et c'est en partie parce que nous avons l'émissivité ici fixée à un. Et cela signifie que la planète, cette planète modèle, n'a aucune serre. C'est donc la température présumée de notre planète si nous n'avions pas de serre. Dans cette première série d'expériences, nous allons vous demander de faire plusieurs choses. La première consiste à modifier la température initiale et à voir dans quelle mesure cela affecte le résultat du modèle. Et puis modifiez l'albédo ici, puis modifiez également l'émissivité de l'image. Vous pouvez modifier ces paramètres en faisant plusieurs choses. Donc, je vais juste changer la température initiale ici, pour voir 20 degrés, comme ça. Donc, je peux le changer en déplaçant ce curseur ou je peux simplement cliquer ici dans cette case et taper le nombre que je veux. Donc, maintenant je vais le changer en 10. Donc, si je fais cela, puis exécutez le modèle, vous pouvez voir ce qui se passe. Il va commencer à 10 degrés et ensuite il évoluera après cette condition de départ. Donc, ici, vous pouvez voir qu'il commence à 10 et qu'il diminue également / Vous pouvez le restaurer à la valeur initiale ici en cliquant sur ce petit "u", cela annule simplement ce changement. Et puis vous pouvez changer l'émissivité et l'exécuter ou changer l'albédo et l'exécuter. Après avoir apporté ces modifications à l'albédo ou à l'émissivité, vous souhaitez toujours cliquer sur ce "u" afin de ramener cette valeur à sa position de départ. Ce que nous allons faire ici, c'est en quelque sorte étudier les effets du changement de la température initiale, de l'émissivité et de l'albédo sur les performances de ce modèle climatique. Nous voulons examiner ces choses une à la fois. D'accord. Alors c'est tout.

Vidéo : Le modèle climatique le plus simple (Questions 1-3) Partie 2 (2:38)

Lorsque nous avons exécuté ce modèle initial, nous avons constaté que la température de notre planète se refroidissait. Ici, nous le voyons à partir de 10 car c'était la dernière température initiale que j'avais utilisée. Et il est passé de 10 à une température de moins 18. Maintenant, la question est, pourquoi ? Pourquoi est-ce arrivé? Considérons ici deux ou trois choses. Nous avons cliqué sur la page deux ici. Nous voyons quelques autres paramètres représentés ici. L'un est le flux d'énergie entrant. C'est donc juste l'énergie ajoutée à notre planète en bleu. Et voici l'énergie qui sort, le flux d'énergie qui sort, c'est l'énergie qui quitte la terre sous forme de rayonnement infrarouge. Et donc regardez ce qui se passe au départ. Prenons l'énergie pour commencer. Cela commence avec une valeur d'environ 240 environ, 239. D'accord. Et cela ne change pas du tout - tout au long de cette course de modèle. Cela a la même valeur d'environ 240. Et la sortie d'énergie, au lieu de cela, commence assez haut avec 358 watts par mètre carré. Donc, au début des temps, la planète perd beaucoup plus d'énergie qu'elle n'en gagne ici à cette ligne bleue. Et cela continue jusqu'à ce que finalement regarder ce flux d'énergie. Il descend finalement à environ 240. Donc, à ce stade, ces deux ont exactement la même valeur. L'énergie entrante et sortante. Lorsque l'énergie entrante et l'énergie sortante ont la même valeur, alors notre modèle est dans ce que nous appelons un état stable et la température ne changera pas. Une chose, juste une note ici, est que chacune de ces courbes, le rouge dans le bleu, sont tracées avec leurs propres échelles différentes sur l'axe vertical. Et c'est pourquoi, dans cette région ici, les deux courbes semblent être décalées mais elles ont en fait la même valeur ici, n'est-ce pas. C'est donc juste une petite astuce dans l'axe vertical qui nous induit un peu en erreur là. Donc la réponse à la question de savoir pourquoi la planète s'est refroidie, est simplement qu'initialement, étant donné sa température initiale, l'énergie quittant la planète était beaucoup plus élevée que l'énergie entrant dans la planète. Il faut donc que la température baisse.

Modification de la température initiale

Comment la modification de la température initiale affectera-t-elle le modèle ? Nous avons vu que lorsque nous avons commencé avec une température initiale (rappelez-vous que c'est la température moyenne mondiale) de 0°, le modèle s'est retrouvé avec une température d'environ -18°C. Que se passera-t-il si nous commençons avec une température initiale différente ? Changer la température initiale à 1, puis lancez le modèle et notez la température de fin en plaçant votre curseur sur la courbe à droite (où le temps est de 30 ans) puis cliquez et vous devriez voir la petite case qui vous indique la position de votre le curseur. Vous devez arrondir cette température au nombre entier le plus proche. Sélectionnez votre réponse parmi les suivantes :

Cliquez sur le bouton Restaurer tous les appareils lorsque vous avez terminé, avant de passer à la question suivante.

Modification de l'albédo

Qu'adviendra-t-il de notre modèle climatique si nous modifions l'albédo ? Rappelons qu'un albédo faible représente une planète de couleur foncée qui absorbe beaucoup d'énergie solaire, tandis qu'un albédo plus élevé (il ne peut aller que jusqu'à 1,0) représente une planète de couleur claire qui reflète beaucoup d'énergie solaire. Changer l'albédo à 0,5, puis exécutez le modèle et trouvez la température de fin, puis sélectionnez votre réponse parmi les suivantes :

A. environ -38 (plus ou moins 1)

B. environ 2 (plus ou moins 1)

C. environ -1 (plus ou moins 1)

D. environ -16 (plus ou moins 1)

Cliquez sur le bouton Restaurer tous les appareils lorsque vous avez terminé, avant de passer à la question suivante.

Modification de l'émissivité

Ensuite, nous verrons ce qui se passe lorsque nous modifions l'émissivité. N'oubliez pas que si l'émissivité est de 1,0, la planète n'a pas d'effet de serre et que l'émissivité diminue, cela représente un effet de serre plus fort - alors, comment cela changera-t-il notre modèle climatique ? Changer l'émissivité à 0,3, puis exécutez le modèle et trouvez la température de fin, puis sélectionnez votre réponse parmi les suivantes :

A. environ -18 (plus ou moins 1)

B. environ 47 (plus ou moins 1)

C. environ 16 (plus ou moins 1)

D. environ 71 (plus ou moins 1)

Cliquez sur le bouton Restaurer tous les appareils lorsque vous avez terminé, avant de passer à la question suivante.

Modification de la constante solaire

Vidéo : Le modèle climatique le plus simple (Question 4) (3:24)

Pour le problème numéro quatre, nous allons voir ce qui arrive au modèle climatique en réponse à un bref changement de la constante solaire. Nous allons augmenter un peu la constante solaire et voir comment le modèle réagit. Mais avant de faire cela, nous allons essayer de mettre en place le modèle, pour commencer, de telle sorte qu'il représente quelque chose comme notre terre. Donc, nous allons d'abord changer l'émissivité à 0,61, c'est une valeur d'émissivité qui représente en quelque sorte la force de notre serre. Nous allons changer la température initiale de notre planète à 15 et nous laisserons les autres choses inchangées. Ensuite, nous allons aller à la constante solaire ici et cliquer dessus. Et juste ici au milieu de ce graphique, je vais positionner le curseur ici et cliquer sur une petite marque de graduation. Là, j'ai donc fait un graphique de la constante solaire pour qu'elle soit stable à 1370, puis elle monte à 1372 ici pendant un petit moment, puis elle redescend comme ça à 1370 pour le reste du temps. Vous appuyez sur OK, et nous sommes maintenant prêts à exécuter le modèle pour voir ce qui se passe. Donc, il l'évalue et nous sommes sur le point de voir les résultats ici. Ainsi, nous voyons maintenant en magenta que la température de notre modèle climatique reste constante à 15, jusqu'au point où la constante solaire commence à augmenter. Et puis, au fur et à mesure qu'elle augmente, la température planétaire augmente jusqu'à 15h05, elle y culmine. Et remarquez que ce pic se produit à 16,6 ans, 16,7 ans, quelque chose comme. C'est environ 1,7 an après le pic de la valeur de la constante solaire. C'est donc ce que nous appelons un temps de latence, une différence de temps entre le pic d'une sorte de forçage (comme la constante solaire) et la réponse, qui est la température planétaire. Ainsi, il culmine à environ 1,7, 1,8 ans plus tard. Et puis ça retombe. Il ne redescend pas tout à fait à 15 une fois que nous avons restauré la constante solaire à 1370, car le système met un certain temps à se stabiliser à nouveau et cela dépend du type de masse thermique du système climatique, qui est lié à la température de l'océan. Et donc, ce que nous allons faire dans cette question, c'est de changer la profondeur de l'océan de sa valeur par défaut de 100 à différentes valeurs, en tapant simplement une valeur différente ici. Donc, il y en a 200, puis exécuter le modèle et comparer la réponse du modèle à ce type de version de contrôle ici que nous regardons dans cette petite vidéo. Donc, vous voudrez peut-être, en fait, vous devriez prendre note de l'augmentation de température maximale du modèle, à la suite de ce pic de la constante solaire, ainsi que du moment de celui-ci.

La constante solaire n'est pas vraiment constante pendant un certain temps. Par exemple, il n'était que 70 % aussi brillant au début de l'histoire de la Terre, et il subit des fluctuations plus petites et plus rapides (et beaucoup plus petites) en association avec le cycle des taches solaires de 11 ans. Voyons comment la température de la planète réagit aux changements de la constante solaire. Tout d'abord, nous devons exécuter une version « contrôle » de notre modèle, comme le montre la vidéo ci-dessus. Configurez le modèle avec les paramètres suivants :

Émissivité = 0,6147 (entrez la valeur manuellement dans la case)

Constante solaire - modifiez le graphique comme indiqué dans la vidéo. Notez que les lignes du graphique de la constante solaire ne s'alignent pas exactement avec les nombres. Pour obtenir le nombre exact (1372), cliquez sur Solar Constant Plot, puis sur Graph et entrez la valeur à X=15 Y-1372.

Enregistrez la température maximale (doit être de 15,04 degrés Celsius) et le décalage temporel (doit être de 1,7 an).

Ce que nous allons examiner maintenant, c'est comment la profondeur de l'océan affecte la façon dont le modèle réagit à ce pic de la constante solaire. Dans notre contrôle, la profondeur de l'océan est de 100 m - cela signifie que seuls les 100 m supérieurs des océans sont impliqués dans l'échange de chaleur avec l'atmosphère sur une échelle de temps de quelques décennies. Si les océans se mélangeaient plus vite, cette profondeur serait plus grande, et s'ils se mélangeaient plus lentement, la profondeur serait moindre. Changer la profondeur de l'océan à 50 m. Exécutez ensuite le modèle et notez la valeur de crête de la température et estimez le temps de latence, pour comparaison avec la version de contrôle. Sélectionnez votre réponse parmi les suivantes :

A. Température de pointe & contrôle du temps de latence & contrôle du temps

B. Temps de latence du contrôle de la température de pointe et du contrôle de la température de pointe

C. Température de pointe et contrôle du temps de latence et contrôle de la température

D. Temps de latence du contrôle de la température de pointe et du contrôle de la température de pointe

Ajouter un commentaire

Utilisez ce modèle pour la question 5. Veuillez noter : le modèle dans les vidéos ci-dessous peut être légèrement différent du modèle lié ici. Cependant, les deux modèles fonctionnent de la même manière.

Maintenant, nous sommes prêts à essayer quelque chose de plus stimulant et de plus réaliste. Dans le monde réel, la température de surface a un impact important sur l'albédo - lorsqu'il fait très froid, de la neige et de la glace se forment et augmentent l'albédo. Donc, il y a une rétroaction dans le système — un changement de température entraînera un changement d'albédo, ce qui entraînera un changement de température, et ainsi de suite. Pour explorer ce retour d'information, nous devons travailler avec une version modifiée du modèle, dans laquelle nous avons défini la relation entre l'albédo et la température comme suit :

Ce graphique implique qu'il existe une sorte de température seuil d'environ -10 à -15°C, à partir de laquelle la planète entière devient gelée. La suggestion est que même avec une température mondiale très froide de 0 °C, la région équatoriale pourrait être relativement libre de glace et aurait donc un faible albédo, mais à mesure que la température se refroidit, même les tropiques se couvrent de neige et de glace. Une fois que cela se produit, l'albédo planétaire ne change que légèrement. De même, à des températures plus élevées, l'albédo ne diminue que légèrement car il y a si peu de neige et de glace à enlever.

Il est important de comprendre ce que comprend ce modèle : un lien entre la température planétaire et l'albédo planétaire. Au fur et à mesure que la température change, l'albédo change, et comme l'albédo change, donc l'insolation change, et comme l'insolation change, donc la température change — c'est un mécanisme de rétroaction. Les mécanismes de rétroaction sont des composants très importants de nombreux systèmes, et notre système climatique en regorge.

Vidéo : Modèle climatique planétaire simple (Question 5) (4:20)

Pour le problème numéro cinq, nous avons un modèle légèrement différent du système climatique qui comporte quelques nouvelles fonctionnalités. Nous voyons la température initiale, l'albédo et la profondeur de l'océan d'avant. Le multiplicateur solaire ici est juste quelque chose qui, s'il en est un, ne changera pas du tout l'apport solaire. Si je l'augmente, comme 2 ou 1,5 ou 3, ou quelque chose du genre, ça va augmenter, ça va multiplier la constante solaire par 1,3 dans ce cas. Je vais le faire ici. Il a également ce qu'on appelle un multiplicateur de CO2 et il fait la même chose à la concentration de CO2. Donc, ici, il est fixé à 1 initialement. Je pourrais en faire 2 et dans ce cas, au lieu d'avoir 380 parties par million de CO2, nous aurions 760. Donc, nous le doublerions. Et si je faisais ce chiffre à 0,5, nous réduirions notre concentration de CO2 de moitié, et ce faisant, nous modifions l'effet de serre du modèle climatique. Nous pourrions changer l'histoire du CO2 atmosphérique en utilisant ce graphique ici, mais nous n'allons pas travailler avec cela dans le numéro cinq. Il y a aussi quelques commutateurs ici, un pour un cycle solaire et un pour le commutateur d'albédo. Et ce changement d'albédo est la chose la plus importante pour ce problème. Quand il est dans cette position, il est éteint. Et puis, nous avons juste un albédo constant qui est assigné ici dans cette boîte. Mais si nous activons cette chose en faisant « clic », comme ça, ça va soudainement faire en sorte que l'albédo soit une fonction de la température, et cela crée un mécanisme de rétroaction qui fait des choses intéressantes. Vous allez en quelque sorte explorer cela dans ce problème. Permettez-moi de vous montrer quelques choses ici. Donc, si nous restaurons tout tel qu'il était lorsque vous avez ouvert le modèle pour la première fois et que vous l'exécutez simplement. Vous voyez qu'à la page 1 de ce bloc graphique, tout est constant tout le long ici. Le CO2, l'apport solaire et la température restent les mêmes. Je vais passer à la page 3 de ceci et cela montre la température pour la première course ici. Maintenant, si j'allume le commutateur d'albédo, j'active ce mécanisme de rétroaction. Mais si je le lance, ça ne change rien du tout. Bon, maintenant regarde ça. Je vais le désactiver. Je vais diminuer le multiplicateur de CO2. Je vais faire en sorte que ce soit quelque chose de très petit, un point, disons. Changeons cela pour le point un, et maintenant je vais exécuter le modèle et voir ce qui se passe. Donc, il fait un peu plus froid parce que nous avons retiré beaucoup de CO2 de cette atmosphère ici. Il descend à 8,3 au bout de quatre-vingts ans. Maintenant, si j'allume le commutateur d'albédo, voyez ce qui se passe maintenant. Maintenant, la température baisse vraiment. Il tombe à -5,6. Donc, la différence entre -5,6 et ce 8,3, c'est l'impact du mécanisme de rétroaction. Il a un effet, un effet de refroidissement, de 8,3 à -5,6, donc quelque chose de plus de 13 degrés de décalage négatif de température pour ce mécanisme de rétroaction. Ainsi, dans ce problème, une valeur de multiplicateur de CO2 vous sera attribuée et vous la saisirez ici. Ce sera quelque chose comme 0,25 ou 0,5 ou 2 ou 4 ou quelque chose du genre. Vous entrez ce numéro là-dedans. Disons que vous en avez 4, puis vous exécutez le modèle avec le commutateur d'albédo éteint, puis vous le relancez avec le commutateur d'albédo activé, et vous regardez la différence de température entre ces deux exécutions du modèle pour avoir une idée de quelle est l'ampleur de l'effet de rétroaction de l'albédo dans notre système climatique.

Par définition, les mécanismes de rétroaction sont déclenchés par un changement dans un système — s'il est en régime permanent, les rétroactions peuvent ne pas faire grand-chose. Dans le graphique ci-dessus, vous remarquerez peut-être qu'à une température de 15 °C (notre température en régime permanent), l'albédo est de 0,3, ce qui correspond à l'albédo de notre modèle en régime permanent. Ainsi, si nous exécutons le modèle avec une température initiale de 15 °C et une constante solaire constante de 1370, notre système sera en régime permanent et nous ne verrons pas les conséquences de cette rétroaction. Mais, si nous imposons un changement au système, les choses vont arriver.

Le changement que nous imposerons concerne l'effet de serre. Le modèle comprend quelque chose appelé le multiplicateur de CO2. Lorsque celui-ci a une valeur de 1, cela nous donne une concentration en CO2 de 380 ppm, qui est la valeur par défaut qui nous donne une température de 15°C. Si on le change à 2, on a alors 760 ppm et une serre plus forte, ce qui entraîne un réchauffement. Si on le change à 0,5, on a alors 190 ppm et une serre plus faible, donc refroidissante.

Vous recevrez une valeur pour le multiplicateur de CO2, entrez-la dans le modèle et exécutez-la avec le commutateur Albedo en position d'arrêt (voir la vidéo) et notez la température de fin. Ensuite, activez l'Albedo Switch, qui active le mécanisme de rétroaction, et exécutez à nouveau le modèle, en notant la température de fin. La différence entre ces deux températures est ce dont vous avez besoin pour votre réponse. Par exemple, si vous réglez le multiplicateur de CO2 sur 3 et exécutez le modèle avec le commutateur Albedo désactivé, vous voyez une température de fin de 18,17 °C, puis avec le commutateur activé, la température de fin est de 24,86 °C, donc le la différence de température due au retour d'albédo est de +6,69°C — c'est la réponse que vous choisiriez.

Réglez le multiplicateur de CO2 sur 6,0

Quelle est la température différence à cause du retour d'albédo ? Choisissez la réponse qui correspond le plus à votre résultat. Assurez-vous d'étudier la page 3 du bloc graphique pour obtenir vos résultats.

Causes du changement climatique

Utilisez ce modèle pour les questions 6-7. Veuillez noter : le modèle dans les vidéos ci-dessous peut être légèrement différent du modèle lié ici. Cependant, les deux modèles fonctionnent de la même manière.

Les choses qui peuvent faire changer le climat sont parfois appelées forçages climatiques. Il est généralement admis qu'à des échelles de temps relativement courtes comme les 1000 dernières années, il existe 4 forçages principaux - la variabilité solaire, les éruptions volcaniques (dont les particules et les gaz en éruption bloquent la lumière du soleil), les aérosols (minuscules particules en suspension dans l'air) provenant de la pollution, et gaz à effet de serre (CO2 est le principal). La variabilité solaire et les éruptions volcaniques sont évidemment des forçages climatiques naturels, tandis que les aérosols et les gaz à effet de serre sont anthropique, ce qui signifie qu'ils sont liés aux activités humaines. L'historique de ces forçages est illustré dans la figure ci-dessous.

Les volcans, en crachant des cendres et des gaz de sulfate dans l'atmosphère, bloquent la lumière du soleil et ont ainsi un effet rafraîchissant. Cette histoire est basée sur les enregistrements humains des éruptions récentes et des dépôts de cendres conservés dans des carottes de glace (que nous pouvons dater car elles ont des couches annuelles - nous comptons à rebours à partir du présent) et des carottes de sédiments pour les périodes plus anciennes. Notez que bien que les volcans aient un fort effet de refroidissement, l'histoire se compose d'événements très brefs. La variabilité solaire provient de mesures réelles à une époque récente et plus ancienne, sur l'abondance d'un isotope du béryllium, dont la production dans l'atmosphère est fonction de l'intensité solaire — cet isotope tombe au sol et est conservé dans les carottes de glace. L'enregistrement du forçage des gaz à effet de serre est basé sur des mesures réelles de ces derniers temps et sur des enregistrements de carottes de glace plus lointains (la glace contient de minuscules bulles qui piègent des échantillons de l'atmosphère à partir du moment où la neige est tombée). L'enregistrement des aérosols est entièrement basé sur des observations historiques et est 0 plus tôt avant que nous ne commencions à brûler du bois et du charbon à grande échelle.

Dans cette expérience, nous ajouterons l'historique de ces forçages au cours des 1000 dernières années et verrons comment notre système climatique réagit, en comparant la température du modèle avec les meilleures estimations de la température réelle au cours de cette période. La variabilité solaire, les éruptions volcaniques et les aérosols modifient tous l'Edans ou Insolation faisant partie du modèle, tandis que les gaz à effet de serre forçant le changement Een dehors partie du modèle. Nous pouvons activer et désactiver les forçages en appuyant sur certains commutateurs, et ainsi avoir une idée claire de ce que chacun d'eux fait et lequel d'entre eux est le plus important à différents moments.

Nous pouvons comparer l'historique de température du modèle avec l'historique de température reconstruit (également appelé dans le modèle « observé ») pour cette période de temps, qui provient d'une combinaison de mesures de thermomètre à une époque récente et de température. Procuration données pour la première partie de l'histoire (ce sont des données provenant des cernes des arbres, des coraux, des stalactites et des carottes de glace, qui fournissent toutes une mesure indirecte de la température). Cet enregistrement de température observé, illustré dans le graphique n° 1 sur le modèle, est souvent appelé « bâton de hockey » car il ressemble (pour certains) à un bâton de hockey avec la lame pointant vers le haut sur le côté droit du graphique.

Tout d'abord, ouvrez le modèle avec les forçages intégrés et étudiez le diagramme du modèle pour avoir une idée de la façon dont les forçages sont appliqués au modèle. Si vous exécutez le modèle avec tous les interrupteurs en position d'arrêt, vous verrez notre température de modèle stable familière de 15°C sur toute la durée. L'époque modèle va de l'an 1000 à 1998 car les forçages sont issus d'un article publié en 2000.

Le graphique #1 trace la température du modèle et la température observée en °C, le graphique #2 trace les 4 forçages en termes de W/m 2 , le graphique #5 trace la différence de température cumulée entre le modèle et la température observée (il prend la température absolue valeur de la différence de température à chaque pas de temps, puis les additionne — plus ce nombre est bas à la fin du temps, plus la correspondance entre le modèle et les températures observées est étroite), et le graphique #6 montre la même chose, mais cela commence en gardant une trace de ces différences en 1850, il se concentre donc sur la partie la plus récente de l'histoire. Le graphique n°1 vous donne une comparaison visuelle du modèle et des températures observées, tandis que les graphiques n°5 et 6 vous donnent une idée plus quantitative de la façon dont le modèle se compare à la réalité.

Vidéo : Un modèle climatique simple avec 1000 ans de forçages (Questions 6-7) (3:33)

Le modèle que vous allez utiliser pour les problèmes six et sept est celui-ci. C'est essentiellement le même modèle climatique sur lequel nous avons travaillé auparavant, mais ici nous l'utilisons sur une période beaucoup plus longue, de l'an 1000 jusqu'en 1998. Et au cours de cette période, nous appliquons au modèle, les meilleures estimations de quatre forçages climatiques différents, des choses qui peuvent changer le climat. L'un concerne les concentrations de gaz à effet de serre, l'autre les aérosols, ce sont des particules fines, essentiellement de la pollution dans l'atmosphère. Ensuite, il y a des forçages volcaniques, donc chaque fois qu'il y a une éruption, toutes les particules rejetées dans l'atmosphère ont tendance à bloquer la lumière du soleil et à provoquer un refroidissement. Et puis il y a une variabilité solaire, c'est un autre forçage, et cela change au cours du temps à mesure que le Soleil devient plus brillant ou plus faible. Ainsi, à chacun de ces forçages est associé un interrupteur. Vous pouvez les tourner. Ils sont en position de marche maintenant. Vous pouvez les désactiver ici, et nous allons simplement exécuter le modèle très rapidement ici, et vous verrez deux choses sur ce graphique. L'un est en rouge, la température du modèle, donc la température de notre modèle climatique, d'environ 15 degrés stable dans le temps. Et puis, en bleu, c'est la température observée. Il s'agit de la température reconstruite sur cette période de temps sur la base de toutes sortes d'études de différents indicateurs climatiques. Et donc, l'idée est que si nous avons un modèle climatique relativement bon et que nous lui appliquons ces quatre forçages principaux, nous devrions être en mesure de faire correspondre étroitement cette courbe de température observée ici en bleu. Ainsi, nous pouvons activer ces choses et voir ce qu'elles font. Il y a la concentration de gaz à effet de serre, voici la concentration d'aérosols combinée aux gaz à effet de serre. Et je vais combiner le forçage volcanique, et enfin, le forçage solaire. Ainsi, nous voyons les quatre types de forçages climatiques principaux ajoutés ici. Une variable ici est la profondeur de l'océan, la profondeur de l'eau de l'océan qui est impliquée dans le changement climatique à relativement court terme. Regardez ce qui se passe si j'augmente ça. Je vais juste l'augmenter à quatre cents et quelque chose. Je vais le relancer et regarder ce qui arrive à ces petites pointes de refroidissement abruptes associées aux éruptions volcaniques. Vous voyez qu'ils diminuent considérablement si la profondeur de l'océan est plus grande, et c'est juste parce que ces éruptions volcaniques sont des forçages de si courte durée, que si l'océan qui est impliqué dans le climat est très profond, cela ne change pas beaucoup, cela ne change pas ont le temps de changer beaucoup, parce que ces événements volcaniques sont si courts. Donc, cela atténue vraiment l'effet de refroidissement là-bas et vous obtenez une correspondance beaucoup plus proche de la courbe ici. Ainsi, dans ces questions, il vous sera demandé d'essayer différentes combinaisons de ces forçages et d'évaluer la correspondance entre la température du modèle et la température observée ici, et il y a deux questions auxquelles répondre par rapport à ce modèle.

Avant d'exécuter le modèle régler la profondeur de l'océan à 50 m. Exécutez le modèle 4 fois avec chacun des commutateurs de forçage activés séparément (c'est-à-dire, un seul commutateur de forçage activé pour chaque exécution de modèle) et évaluez lequel des forçages correspond le mieux à la forme de la courbe de température observée de 1800 à 1998. Lequel offre le meilleur match ?

Avant d'exécuter le modèle, régler la profondeur de l'océan à 150 m. Exécutez le modèle 3 fois - une fois avec uniquement les commutateurs de forçage naturel activés, une fois avec uniquement les forçages anthropiques activés et une fois avec tous activés. Quelle combinaison correspond le mieux à la forme de la courbe de température observée de 1800 à 1998 ?


3.1 : L'essence de l'effet de serre - Géosciences

Le baccalauréat ès sciences en Science de l'environnement mondial (GES) programme à la Université d'Hawaï à Mānoa (UHM) Département d'océanographie dans le École des sciences et technologies de l'océan et de la Terre (SOEST) forme les étudiants à bien connaître la science du système Terre et à réfléchir de manière créative à la résolution des défis actuels et futurs auxquels sont confrontées les communautés et les ressources naturelles. Chaque étudiant de la GES exécute recherche originale encadrée par des professeurs, écrit une thèse, et présente ses conclusions au public. Les mentors du corps professoral comprennent le corps professoral de SOEST - des leaders mondiaux dans les domaines des sciences de l'océan, de la terre, de l'atmosphère, du climat et de l'espace - ainsi que d'autres experts du corps professoral de l'UHM en gestion des ressources naturelles, récifs coralliens, qualité de l'eau, biologie marine, planification environnementale, santé publique, anthropologie environnementale et durabilité. Tout au long du programme d'études GES BS, les étudiants sont engagés dans des travaux sur le terrain, des travaux de laboratoire et des excursions sur le terrain, et ont accès à des navires de recherche océaniques et côtiers, les navires de classe mondiale de SOEST. Institut hawaïen de biologie marine et un volcan actif.

Cliquez sur les images ou les liens ci-dessous pour naviguer et explorer les pages Web de GES !


Voir la vidéo: Climate Challenge: leffet de serre additionnel