peut on faire la différence entre émission anthropiques et variabilité naturelle?
Sais tu TOI le faire?
Comment savons-nous que l’augmentation récente du CO2 est due aux activités humaines ? par Eric Steig (traduit par Gilles Delaygue)
Pendant les 150 dernières années, la concentration en dioxyde de carbone (CO2) a augmenté de 280 à 380 parties par million (ppm). Le fait que cette augmentation soit due pratiquement entièrement aux activités humaines est si bien établi qu'on le voit rarement remis en question. Pourtant, il est tout à fait raisonnable de se demander comment nous le savons.
L'une des façons de savoir que les activités humaines sont responsables de l'augmentation en CO2 est tout simplement de
regarder les enregistrements historiques de ces activités. Depuis la Révolution Industrielle, nous avons brulé des combustibles fossiles, coupé et brulé des forêts à un rythme jamais atteint auparavant, et ces processus convertissent du carbone organique en CO2. Une comptabilisation minutieuse de la quantité extraite et brulée de combustible fossile, et de la surface déforestée, montre que nous avons émis beaucoup plus de CO2 qu'il n'en reste actuellement dans l'atmosphère. Les 500 milliards de tonnes de carbone, approximativement, que nous avons produit, sont suffisants pour augmenter la concentration atmosphérique du CO2 jusqu'à presque 500 ppm. La concentration n'a pourtant pas atteint ce niveau, parce que les océans et la biosphère ont la capacité d'absorber une partie de ce que nous produisons.* Néanmoins, c'est le fait que nous produisons du CO2 plus vite que les océans et la biosphère ne peuvent l'absorber qui explique l'augmentation observée.
Une autre méthode, complètement indépendante de la précédente, de savoir que ce sont bien les combustibles fossiles et la déforestation qui sont responsables de l'augmentation du CO2 pendant les derniers 150 ans est obtenue par la
mesure des isotopes du carbone. Des isotopes sont simplement des atomes différents ayant le même comportement chimique (isotope signifie "même type"), mais de masses différentes. Le carbone est formé de trois isotopes différents, 14C, 13C and 12C. 12C est le plus commun. 13C représente environ 1% du total. 14C n'est présent qu'une fois sur mille milliards d'atomes de carbone.
Le CO2 produit par la combustion de bois ou de combustibles fossiles (hydrocarbures, charbon) a une composition isotopique très différente du CO2 atmosphérique. C'est à cause de la préférence des plantes pour les isotopes légers (12C par rapport à 13C), ainsi elles ont des rapports 13C/12C plus faibles. Comme les combustibles fossiles sont issus de plantes disparues, les plantes et les combustibles fossiles ont tous à peu près le même rapport 13C/12C –environ 2% plus bas que celui de l'atmosphère. Comme le CO2 de ces matières est émis et se mélange dans l'atmosphère, le rapport moyen 13C/12C de l'atmosphère décroît.Les géochimistes des isotopes ont développé des séries temporelles de variations des concentrations atmosphériques en 14C et 13C. L'une des méthodes utilisées est de mesurer le rapport 13C/12C des cernes d'arbres, et d'utiliser ceci pour estimer ce même rapport pour le CO2 atmosphérique. Ca marche parce que durant la photosynthèse, les arbres absorbent leur carbone à partir de l'atmosphère et fixent ce carbone en matière organique sous forme de cernes, fournissant un instantané de la composition atmosphérique de cette époque. Si le rapport 13C/12C du CO2 atmosphérique monte ou descend, il en est de même pour le rapport 13C/12C des cernes d'arbres. Ce qui ne veut pas dire que les cernes d'arbre ont la même composition isotopique que l'atmosphère –comme mentionné précédemment les plantes ont une préférence pour les isotopes légers, mais tant que cette préférence ne change pas beaucoup, les variations des cernes d'arbre vont suivre celles de l'atmosphère.
Des séquences de
cernes annuels d'arbres longues de plusieurs milliers d'années ont maintenant été analysées pour leur rapport 13C/12C. Puisque l'âge de chaque cerne est connu précisément** nous pouvons faire un graphe du rapport 13C/12C dans l'atmosphère au cours du temps. On trouve que jamais sur les derniers 10000 ans le rapport 13C/12C dans l'atmosphère n'a été plus bas qu'aujourd'hui. De plus, le rapport 13C/12C commence à diminuer de façon importante juste quand le CO2 commence à augmenter –vers 1850. C'est exactement ce à quoi on s'attend si l'augmentation du CO2 est bien due à l'utilisation de combustibles fossiles. De plus, nous pouvons suivre l'absorption du CO2 par les océans en mesurant le rapport 13C/12C des eaux de surface. Même si les données ne sont pas aussi complètes que pour les cernes d'arbres (nous avons seulement commencé ces mesures depuis quelques décennies), nous observons ce qui est attendu : le rapport 13C/12C des eaux de surface diminue. Des mesures de 13C/12C sur des coraux et des éponges –dont les squelettes carbonatés reflètent la composition chimique de l'océan comme les cernes d'arbres enregistrent celle de l'atmosphère– indiquent que cette diminution a commencé à peu près au même moment que dans l'atmosphère, c'est-à-dire lorsque la production anthropique de CO2 commença réellement à s'accélérer.***
En plus des données provenant des cernes d'arbres, il y a aussi des mesures du rapport
13C/12C sur le CO2 emprisonné dans les carottes de glace. Les données issues à la fois des cernes d'arbre et des carottes de glace montrent que la variation totale du rapport 13C/12C de l'atmosphère depuis 1850 est d'environ 0,15%. Ce qui parait très faible mais est en fait très important par rapport à la variabilité naturelle. Les résultats montrent que le changement total glaciaire-interglaciaire du rapport 13C/12C dans l'atmosphère –changement qui a pris plusieurs milliers d'années– était à peu près 0,03%, soit environ 5 fois moins que celui observé sur les derniers 150 ans.
Pour ceux qui désireraient plus de détails, voici quelques publications pertinentes :
Stuiver, M., Burk, R. L. and Quay, P. D. 1984. 13C/12C ratios and the transfer of biospheric carbon to the atmosphere. J. Geophys. Res. 89, 1731-1748.
Francey, R.J., Allison, C.E., Etheridge, D.M., Trudinger, C.M., Enting, I.G., Leuenberger, M., Langenfelds, R.L., Michel, E., Steele, L.P., 1999. A 1000-year high precision record of d13Cin atmospheric CO2. Tellus 51B, 170-193.
Quay, P.D., B. Tilbrook, C.S. Wong. Oceanic uptake of fossil fuel CO2: carbon-13 evidence. Science 256 (1992), 74-79
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Notes
* Combien ils pourraient absorber sur le long terme est une question scientifique intéressante et importante, discutée en détails dans le Chapitre 3 du rapport du GIEC. Clairement, la cause fondamentale de l'augmentation observée depuis la période pré-industrielle provient de notre capacité à produire du CO2 plus rapidement que les océans et la biosphère ne peuvent l'absorber.
** Le développement de séries continues de cernes d'arbres remontant sur plusieurs milliers d'années, en utilisant des arbres qui se recouvrent dans le temps, est connu comme la dendrochronologie (voir les pages internet du laboratoire de l'Arizona sur les cernes d'abres pour plus d'informations).
***Un graphe illustrant les données des éponges se trouve ici. Merci à F. Boehm d'avoir indiqué ce lien.
Source :
http://www.realclimate.org/index.php?p=87 L’accroissement du CO2 atmosphérique: sommes nous entièrement responsable? Corinne Le Quéré, Université d'East Anglia.
C'est une question qui revient sans cesse, bien que nous connaissions déjà la réponse :
nous sommes responsable de la totalité de l'accroissement récent du CO2 atmosphérique, et ceci, malgré le fait que les océans et la biosphère terrestre répondent tous deux aux changements de réchauffement global. Les évidences les plus convaincantes pour les scientifiques (basées sur le
décroissement de l'oxygène et des isotopes du carbone) ont déja été expliquées dans une page précédente disponible ici et dans une lettre à la revue spécialisée Physics Today. Cependant, ces évidences peuvent être difficiles à saisir pour les non-spécialistes car elles requièrent des connaissances scientifiques importantes. Je présente ici des évidences plus simples qui mènent aux mêmes conclusions et qui expliquent comment
on sait que nous sommes responsables non seulement d'une partie de l'accroissement récent du CO2 atmosphérique, mais de la totalité.(suite...)
Il n'y a que deux réservoirs qui peuvent échanger de larges quantités de CO2 avec l'atmosphère sur une période aussi courte que ~100 ans: l'océan et la biosphère terrestre (les forêts et les sols). La quantité totale de carbone (le "C" du CO2) doit être conservée. Si le CO2 atmosphérique était causé, même en partie, par l'émission de carbone provenant de l'océan ou de la biosphère terrestre, nous devrions mesurer une diminution du carbone dans ces deux réservoirs.
Nombre d'observations montrant une diminution du carbone dans l'océan global: zéro.
Nombre d'observations montrant une augmentation du carbone dans l'océan global: plus de 20 études utilisant six méthodes indépendantes. Les méthodes utilisées sont les suivantes:
(1) mesures directes de la pression partielle du CO2 à la surface de l'océan (Takahashi et al. 2002),
(2) observations de la distribution spatiale du CO2 atmosphérique qui indiquent où et combien de carbon entre et sort des différentes régions de l'océan (Bousquet et al. 2000),
(3) observations du carbone, de l'oxygène, des nutriments et des CFCs combinés pour soustraire la signature des processus biologiques (Sabine et al. 2004),
(4) observations du carbone et de l'alkalinité séparées dans le temps combinées à une estimation de l'âge de la masse d'eau basée sur les mesures de CFC (McNeil et al. 2002),
et les observations simultanées de l'augmentation du CO2 atmosphérique et de la décroissance (5) de l'oxygène (Keeling et al. 1996), et (6) de l'isotope 13 du carbone (Ciais et al. 1995).
Les deux dernières méthodes sont basées sur le fait que la combustion de carbone fossilisé et la respiration biosphérique consomment l'oxygène et réduisent le
carbone 13 tout en produisant du CO2, mais par contre les échanges océan-atmosphère n'ont que peu d'influence sur l'oxygène et le carbone 13. Donc la mesure de ces trois éléments permet d'estimer la distribution dans les différents réservoirs.
Toutes les estimations montrent que l'océan absorbe 2±1 PgC par année (à comparer à la combustion de carbone fossilisé, qui approche les 7 PgC par année). Une méthode permet d'estimer que l'océan a absorbé un total de 118±19 PgC durant les 200 dernières années. La quantité exacte de carbone absorbée par l'océan est sujette à incertitude, mais la direction des changements observés ne fait aucun doute. L'océan ne peut pas avoir contribué à l'augmentation du CO2 atmosphérique puisqu'il est lui-même un puit de CO2 (et non pas une source).
Qu'en est-il de la biosphère terrestre? Nous savons que la déforestation a contribué à l'accroissement du CO2 atmosphérique. Puisque la quantité totale du carbone doit être conservée, les observations de l'accroissement du carbone dans l'atmosphère et dans l'océan, ainsi que les estimations de la combustion de carbone nous indiquent que la déforestation a été en grande partie compensée par un accroissement de la biosphère terrestre même. Par exemple entre 1980 et 1999, la combustion de carbone a été de 117±5 PgC, et le carbone dans l'atmosphère et dans l'océans augmenté de 65±1 et 37±8 PgC, respectivement. Il reste 15±9 PgC qui doivent être expliqués par des processus terrestre, ce qui inclu la déforestation (et autres changements d'exploitation des sols) qui a réduit la biosphère de 24±12 PgC, et un puit additionel de 39±18 PgC qui est la réponse de la biosphère terrestre au CO2 atmosphérique et aux changements de climat (Sabine et al. 2004). Ici encore , la quantité exacte de carbone absorbée est sujette à incertitude, mais il ne fait nul doute que la biosphère terrestre a absorbée une quantite de carbone qui équivaut en gros la quantité de carbone émises par la déforestation.
Comment cela est-il possible, quand nous savons que le réchauffement de l'océan réduit la solubilité du CO2, et que le réchauffement des sols accélère la dégradation bactérienne? C'est parceque ces processus ne sont pas les seuls à influencer l'océan et la biosphère terrestre. Dans l'océan, c'est la réponse à l'augmentation du CO2 dans l'atmosphère même qui domine. Si l'océan ne s'était pas réchauffé, peut-être aurait-t'il absorbé plus de carbone, mais nous ne pouvons pas l'affirmer car d'autres processus réagissent aussi au réchauffement, entre autre les processus biologiques. Dans la biosphère terrestre, la dégradation des sols a pu augmenter suite au réchauffement, mais pour l'instant cet effet est inférieur à la réponse de la biosphère terrestre aux autres processus (par exemple l'effet de fertilisation du CO2 et de l'azote, les changements de précipitations, etc).
Cela est-il cohérent avec ce que nous connaissons des glaciations? Oui. Lors des glaciations, l'équilibre entre les processus était très différent. Le refroidissement ainsi que d'autres changements de climats sont d'abord survenus. La réponse de l'océan et de la biosphère terrestre a crée une décroissance du CO2 atmosphérique, ce qui a en retour provoqué un refroissement plus important (voir texte sur les feedbacks entre la température et le CO2 ici)). Lors des glaciations, il n'y a eu aucun apport externe de CO2 dans l'atmosphère, et l'océan et la biosphère terrestre ont répondu principalement aux changements de climat. Lors des deux derniers siècles, les activités humaines ont émises de grandes quantités de CO2 dans l'atmosphère, et l'océan et la biosphère terrestre ont répondu principalement à cet accroissement du CO2.
En résumé, nous savons que l'accroissement récent du CO2 dans l'atmosphère est entièrement causé par la combustion de carbone fossilisé et par la déforestation parceque nombre d'observations indépendantes montrent que le carbone a aussi augmenté dans l'océan et dans la biosphère terrestre (apres avoir tenu compte de la déforestation). Si l'océan ou la biosphère terrestre avaient contribué à l'accroissement du CO2 dans l'atmosphère, ils contiendraient moins de carbone. Leur réponse au réchauffement global peut être réel, mais il est plus petit que leur réponse à l'accroissement du CO2 atmosphérique et aux autres changements climatiques, pour le moment.
Voir le dernier rapport du GIEC pour de plus amples informations sur le budget de carbone, qui présente aussi la faible contribution des émissions volcaniques et autres réservoirs géologiques.
Références:
Bousquet et al. (2000), Regional changes of CO2 fluxes over land and oceans since 1980, Science, Vol 290, 1342-1346.
Ciais et al. (1995), A Large Northern Hemisphere Terrestrial CO2 Sink Indicated by the 13C/12C Ratio of atmospheric CO2, Science, Vol 269, pp. 1098-1102.
Keeling, Piper and Heimann (1996), Global and hemispheric CO2 sinks deduced from changes in atmospheric O2 concentration, Nature, Vol 381, 218-221.
McNeil et al. (2003), Anthropogenic CO2 uptake by the ocean based on the global chlorofluorocarbon data set, Science, Vol 299, 235-239.
Takahashi et al. (2002), Global sea-air CO2 flux based on climatological surface ocean pCO2, and seasonal biological and temperature effects, Deep Sea Research, Vol 49, 1601-1622. <a href="http://www.realclimate.org/index.php?p=160" target="_blank">
Source :
http://www.realclimate.orgVoir aussi :
http://www.physicstoday.org/vol-58/iss-5/p16a.html Si quelqu'un m'apporte aujourd'hui un résultat découplant variabilité naturelle sans équivoque alors je porterai (comme je le peux) la bonne parole partout ou l'on m'invite pour dire de ne plus bruler de combustibles fossiles...
Il va falloir respecter ce contrat GD : tu as ci-dessus une réponse sans équivoque à ta question - Je compte sur toi