Evolution comparée des taux de CO2 et de CH4 dans l'atmosphère

[Pierre-Ernest]

J'ai repris les données d'analyse du Law Dome (Antarctique) qui ont servi en particulier au GIEC pour affirmer le caractère anthropique du RC.

Pour pouvoir examiner l'évolution sur la partie "plate" des courbes, j'ai supprimé une bonne partie du XXème siècle, et agrandi les échelles.

Le résultat est (pour moi) saisissant : le parallèle entre les évolution est indéniale.

Par contre, si on examine en parallèle la courbe des températures (Moberg) : la corrélation est un peu douteuse...

Je ne comprends pas du tout la corrélation entre les 2 premières courbes : on pourrait admettre que le CO2 se dissout plus ou moins dans la mer en fonction de la température de surface de celle-ci. Mais, pour le méthane, il n'y a pas de solubilité, que je sache... ou alors, très peu, et ce serait aussi l'explication.

Quoi qu'il en soit, si cette dernière explication est la bonne, alors, il est indéniable que c'est la température de l'océan qui pilote les taux de CO2 et de méthane atmosphériques, et non pas l'inverse.

Mais alors, compte tenu de la baisse observée récemment et par deux fois de la température de surface (700 m) océanique, corrélée avec la courbe récente de taux de méthane atmosphérique :

n'est-on pas, tout simplement, en train d'assister à un retournement spectaculaire de l'évolution des températures ?

[Invité]

sup

[Pierre-Ernest]

Le CO2 et le CH4 suivent l'évolution de la température par différents mécanismes.

On peut citer par exemple la libération du CH4 et du CO2 contenus dans les sols par élévation de température.

Par contre je saisis mal le raisonnement qui pousse à penser que c'est la température qui pilote le CO2 et pas l'inverse.

Si la température pilote une partie des flux atmosphériques, pourquoi diable l'introduction d'un flux supplémentaire de GES n'engendrerait-il pas une modification de la température?

J'aimerais bien en voir la démonstration.

En quoi est-il impossible, par exemple, que 100 ppm de CO2 fassent augmenter la température de 0.8°C et que cette même augmentation fasse augmenter le CO2 de 10ppm, à ajouter donc aux 100 ppm?

Enfin concernant la stagnation actuelle de la courbe du CH4, il faudrait peut-être chercher côté chimie atmosphérique plutôt que d'y voir un retournement de la tendance.

La teneur en CO2 de l'atmosphère est actuellement le résultat d'un équilibre dynamique : en simplifiant, on peut dire que le CO2 émis dans l'atmosphère par 1) la terre, 2) la mer, se redissous dans la mer d'autant plus que la température maritime est plus basse. A l'heure actuelle, la mer n'arrive pas à absorber assez vite tout le CO2 émis, compte tenu de sa température (et aussi de l'insuffisance de l'agitation). C'est donc bien la température de la mer qui, en définitive, détermine en premier la quantité de CO2 qui reste dans l'atmosphère. Contrairement à ce que je pensais d'abord, le méthane est lui aussi légèrement soluble dans l'eau (3,5 ml de gaz pour 100 ml d'eau à 17 °C). Mais, pour ce gaz, on est bien au-dessous de la saturation, et de l'équilibre atmosphère / océan, et donc le méthane se dissous aussi dynamiquement dans la mer, ce qui serait une explication au parallélisme des 2 courbes cité dans mon premier post. Le fait que la concentration atmosphérique du méthane se stabilise, voire régresse, me semble montrer 1) que la température de l'océan est globalement en baisse. 2) que la "réponse" du méthane est plus rapide que celle du CO2 ce qui pourrait s'expliquer par le fait qu'on est plus près de l'équilibre chimique pour le CO2 et que les quantités de matière en jeu sont plus importantes.

Je ne vois pas quelle chimie atmosphérique (ou plutôt quel changement récent dans la chimie atmosphérique) pourrait expliquer le phénomène de la stabilisation du taux de méthane atmosphérique.

[Pierre-Ernest]

Je n'ai peut-être pas été assez clair dans l'expression de mon raisonnement.

Lorsque les courbes représentant 2 phénomènes distincts évolues parallèlement, cela signifie que les 2 phénomènes ont presque à coup sûr la même cause, la cause pouvant d'ailleurs très bien être l'un des 2 phénomènes.

Pour un chimiste (que je suis), la teneur atmosphérique en CO2 ne peut pas engendrer la teneur en méthane, et la réciproque n'est pas non plus possible.

Il faut donc en conclure qu'il y a un troisième phénomène qui pilote les 2 premiers.

Mon hypothèse est que ce peut être la température de l'océan.

Mais, que la variation d'un des 2 taux (ou des 2) soit la cause de la variation de température me semble exclu par le parallélisme des 2 courbes, et par le fait qu'il n'y a pas de relation chimique logique entre les taux atmosphériques de méthane et de CO2.

J'en déduit donc que pour la période représentée par les courbes, c'est probablement la température qui pilote les taux atmosphériques et certainement pas l'inverse.

L'examen des courbes du forage Vostok devrait d'ailleurs logiquement conduire aux mêmes conclusions.

[Pierre-Ernest]

L'examen du premier graphique (CO2 et CH4) révèle un autre phénomène curieux :

Un évènement s'est produit vers la période 1250 - 1400 qui fait que les 2 courbes se mettent à diverger. Une observation analogue peut être faite pour la période 1650 - 1700 et pour la période 1800 - 1850 (approximativement). Cela prouve qu'il y a au moins 2 causes de variation des taux, l'une agissant sur les 2 gaz, l'autre seulement sur l'un des deux.

(Les taux représentés sont en fait des moyennes sur 75 ans. Les taux réels pourraient donc très bien être des pics beaucoup plus brutaux que représentés sur le graphique).

Il serait intéressant de rechercher si un évènement d'échelle au moins planétaire s'est produit au cours de ces périodes.

Il ne semble pas y avoir de corrélation entre cette deuxième cause de variation et la température (voir les courbes).

[Invité]

sup

[charles.muller]

Avant même d'entrer dans des explications chimiques, on peut se demander :

- les variations CO2 et CH4 avant l'ère industrielle sont-elles significatives ?

- leur corrélation est-elle bien établie (et à quelle hauteur) ?

J'avoue que si l'on retire la fin de la courbe (hausse forte et régulière qui est avant tout corrélée à celle de la population mondiale et de son boom démographique à partir du XVIIIe siècle) et que l'on se concentre sur 1000-1700, je ne vois que des amplitudes très faibles et pas toujours associées entre les deux gaz. De sorte que l'on peut imaginer pas mal de causes indépendantes (humaines : variation de populations pour cause de maladies, déforestation, agriculture ; naturelles : volcanisme, activité solaire, oscillation pluridécennale / séculaire de la circulation générale, etc.) expliquant chaque courbe.

Il faut aussi avoir en tête la découverte du début de l'année selon laquelle les végétaux en croissance expulseraient du CH4 (donc, que les variations de la biosphère comptent également, pas seulement celles de la T océanique, surtout par les faibles quantités concernées avant 1700).

[Pierre-Ernest]

Avant même d'entrer dans des explications chimiques, on peut se demander :

- les variations CO2 et CH4 avant l'ère industrielle sont-elles significatives ?

- leur corrélation est-elle bien établie (et à quelle hauteur) ?

Je ne vois pas pourquoi ces variations ne seraient pas significatives. Elles sont tirées des analyses de plusieurs carottes glaciaires : NOAA .voici les commentaires accompagnant les données.Pour le méthane :

Atmospheric CH4 mixing ratios, from Law Dome (Antarctica) and Summit (Greenland) ice cores.

Etheridge, D.M., L.P. Steele, R.J. Francey, and R.L. Langenfelds,

Atmospheric methane between 1000 AD and present: Evidence of anthropogenic emissions and climatic variability.

Journal of Geophysical Research, 103, D13, 15,979-15,993, 1998.

please see the above paper or contact David Etheridge, CSIRO, Australia with any queries. CH4 from DE08, DE08-2 and DSS ice cores (Antarctica)

Pour le CO2 :

Historical CO2 record from the Law Dome DE08, DE08-2, and DSS ice cores

D.M. Etheridge

L.P. Steele

R.L. Langenfelds

R.J. Francey

Division of Atmospheric Research, CSIRO, Aspendale, Victoria, Australia

J.-M. Barnola

Laboratoire of Glaciologie et Geophysique de l'Environnement, Saint Martin d'Heres-Cedex, France

V.I. Morgan

Antarctic CRC and Australian Antarctic Division, Hobart, Tasmania, Australia

Le coefficient de corrélation entre les courbes (jusqu'en 1905) est de 0,70. Ce n'est plus du hasard. /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20"> (détails des calculs à la disposition des intéressés).

[charles.muller]

Je ne vois pas pourquoi ces variations ne seraient pas significatives. Elles sont tirées des analyses de plusieurs carottes glaciaires :

Je ne doute pas un instant qu'elles soient réelles et inscrites dans le marbre glacé des carottages. Je me demande simplement si une variation de 2 à 5 ppm du CO2 sur 100 ans appelle un grand effort explicatif. Et idem pour le CH4 sur son échelle.

Le coefficient de corrélation entre les courbes (jusqu'en 1905) est de 0,70. Ce n'est plus du hasard. /emoticons/smile@2x.png 2x" width="20" height="20"> (détails des calculs à la disposition des intéressés).

Et quel est ce même coeff. pour la seule période 1000-1700, sans les 200 ans supp. de co-variance récente en forte hausse conjointe ? J'ai l'impression qu'il sera plus faible.

[Invité]

sup

[Pierre-Ernest]

Je n'arrive toujours pas à voir où tu veux en venir.

Qu'il y ait corrélation entre CO2, CH4 et température n'est pas trop nouveau.

Cela a été mis en évidence effectivement grâce aux carottes glaciaires et en particulier pendant les épisodes glaciaires et interglaciaires.

C'est assez simple :

a/ Je constate que la corrélation en question est beaucoup plus "fine" que ce qu'on admet communément.

b/ Le puit principal de CO2 que l'on cite généralement est l'océan, ce qui me satisfait chimiquement. (J'ai d'ailleurs récemment calculé, en extrapolant des données mesurées dans la région des Bahamas, (ce qui n'est pas très sûr au point de vue de la représentativité, mais suffisant pour un ordre de grandeur), que l'alternance des températures été/hiver de la surface de l'océan conduisait théoriquement à une variation de taux atmosphérique du CO2 de l'ordre de 5 ppm ce qui me paraît assez élevé) ; bref, pour moi, il est assez logique que la température de surface de l'océan pilote assez fortement le taux atmosphérique de CO2. Par contre, il peut y avoir d'autres causes (anthropiques, par exemple) qui modifient le taux atmosphérique de CO2, et on peut imaginer que le système mer - air ne réagit pas assez vite pour absorber tout le CO2 produit.

c/ La corrélation entre méthane et CO2 suggère un mécanisme analogue pour le méthane. Mais, la plupart des chimistes (dont j'ai fait partie jusqu'à récemment) refusent implicitement cette explication, parce qu'ils savent que le méthane est insoluble dans l'eau.

Eh bien, c'est cette certitude qui est fausse. En fait, le méthane est légèrement soluble dans l'eau (y compris l'eau de mer, environ 35 ml de gaz par litre d'eau). Suffisamment, en tous cas, aux concentrations atmosphériques où l'on se trouve (1,7 ppmv) pour réagir comme le CO2, c'est à dire se dissoudre. La solubilité du méthane augmente ensuite énormément lorsque la température descend et que la pression augmente. Donc, le méthane piégé par l'eau de mer ne peut pas s'en échapper tant que sa fugacité dans ce milieu est inférieure à celle qu'il a dans l'atmosphère. Si la pression augmente, que la température baisse et que la concentration en méthane (dans l'eau) est suffisante (vers + de profondeur), le clathrate de méthane précipite. Et c'est ce que l'on constate au fond des mers, ce qui pourrait être une explication aux "gisements" rencontrés dans certaines zones (1).

d/ On peut supposer que la fugacité du méthane dans l'eau de mer est, comme pour de très nombreux solutés, d'autant plus faible que la température est plus basse. Sa vitesse de dissolution, fonction de la différence de fugacité entre la phase gazeuse (atmosphère) et liquide (mer) est donc d'autant plus grande que la température est plus basse (et aussi que l'agitation de surface est plus importante).

e/ Le taux atmosphérique de méthane pourrait donc servir d'indicateur rapide (1) de la température océanique, et le fait que la courbe s'aplatisse signifierait que les températures sont en train de se stabiliser. (C'est là où je voulais en venir /emoticons/wink@2x.png 2x" width="20" height="20"> ).

(1) En raison de la solubilité du méthane dans l'eau de mer, et compte tenu des volumes respectifs en jeu, la crainte, exprimée par certains alarmistes, de voir un jour les hydrates de méthane s'échapper de la mer, est tout à fait infondée : si les hydrates de méthane se décomposaient par suite d'un échauffement de la mer, le méthane commencerait tout simplement par s'y dissoudre, il y a énormément de place...

(2) A la différence du CO2, dans les conditions atmosphériques actuelles, le méthane est détruit en permanence dans l'atmosphère. Le système air-mer-méthane travaille donc à des concentrations faibles de méthane. Dans ces conditions, il ne peut y avoir "d'upwelling" de méthane comme il y en a un pour le CO2, ce qui fait que la "réponse" du méthane est bien plus rapide que celle du CO2 (Seule la dissolution dans l'eau intervient).

[Pierre-Ernest]

Je ne doute pas un instant qu'elles soient réelles et inscrites dans le marbre glacé des carottages. Je me demande simplement si une variation de 2 à 5 ppm du CO2 sur 100 ans appelle un grand effort explicatif. Et idem pour le CH4 sur son échelle.

Et quel est ce même coeff. pour la seule période 1000-1700, sans les 200 ans supp. de co-variance récente en forte hausse conjointe ? J'ai l'impression qu'il sera plus faible.

Une variation de 5 ppm (sur 100 ans) représente tout de même une variation de 2 %. C'est effectivement peu par rapport aux variations actuelles.Le coefficient de corrélation pour la seule période de 1000 à 1700 tombe effectivement à 0,22 (Mais remonte à 0,41 si on supprime les périodes 1240-1320, 1540-1620). Mais, chacune de ces 2 grandeurs est-elle mieux corrélée avec le chiffre de la population mondiale ? Probablement pas. Ce que je cherche à démontrer, ce n'est pas une corrélation stricte, car il existe certainement des facteurs qui influencent l'une et pas l'autre ; c'est qu'il existe une certaine corrélation entre les 2 taux. (s'il n'y avait ni corrélation, ni anti-corrélation, le résultat devrait être 0). Voir dans ma réponse à Meteor en quoi c'est important de mon point de vue.

[Invité]

sup