CO2 et saturation des bandes d'IR lointain

[stalbuck]

Sujet ouverts à tous ceux qui disposent d'informations concernant la saturation d'IR lointain, et qui m'intéresse particulièrement.

Pour résumer, la question est de savoir s'il peut y avoir une saturation complète de infra rouge concernant le CO2, c'est à dire qu'à partir d'un certain taux de CO2, l'effet de serre n'augmenterait plus, étant donné que toutes les raies seraient saturés, et si c'était le cas, quel serait le taux de CO2 à partir duquel, la saturation est complète (700 ppm, 1400, 2000 ppm ???).

Etant donné qu'une bonne partie des raies est déjà saturé à l'heure actuelle avec notre taux de 370 ppm, à quoi ressemble la courbe forçage températures/ taux de CO2, étant donné qu'à priori, plus les raies vont être saturées, et plus le forçage devrait augmenter de façon lente (me trompe-je)?

Meteor, tu avais mentionné que tu essayerais de potasser ce sujet, étant donné que les explications que tu avais eu n'étaient pas très satisfaisantes. As tu eu le temps de trouver quelque chose et y a t il quelque chose à espérer du coté de la saturation ou non?

[Invité Guest]

Sujet ouverts à tous ceux qui disposent d'informations concernant la saturation d'IR lointain, et qui m'intéresse particulièrement.

Pour résumer, la question est de savoir s'il peut y avoir une saturation complète de infra rouge concernant le CO2, c'est à dire qu'à partir d'un certain taux de CO2, l'effet de serre n'augmenterait plus, étant donné que toutes les raies seraient saturés, et si c'était le cas, quel serait le taux de CO2 à partir duquel, la saturation est complète (700 ppm, 1400, 2000 ppm ???).

Etant donné qu'une bonne partie des raies est déjà saturé à l'heure actuelle avec notre taux de 370 ppm, à quoi ressemble la courbe forçage températures/ taux de CO2, étant donné qu'à priori, plus les raies vont être saturées, et plus le forçage devrait augmenter de façon lente (me trompe-je)?

Meteor, tu avais mentionné que tu essayerais de potasser ce sujet, étant donné que les explications que tu avais eu n'étaient pas très satisfaisantes. As tu eu le temps de trouver quelque chose et y a t il quelque chose à espérer du coté de la saturation ou non?

Réponse à ta question grâce au modèle de la Planète venus :

CO2 atmosphérique : 96% - Température de surface 470°C

Mais bon, une planète à 40°C c'est déjà limite supportable non ?

@+

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[Alain Coustou]

Etant donné qu'une bonne partie des raies est déjà saturé à l'heure actuelle avec notre taux de 370 ppm, à quoi ressemble la courbe forçage températures/ taux de CO2, étant donné qu'à priori, plus les raies vont être saturées, et plus le forçage devrait augmenter de façon lente (me trompe-je)?

Dans le cas de Venus, le CO2 n'est pas le seul facteur de réchauffement. Il y a aussi (dans une moindre mesure) la plus grande proximité du soleil et surtout la très forte pression baromètrique.Les 4% de l'atmosphère non composés de CO2 sont essentiellement de l'azote, qui n'exerce aucun effet de serre, et du souffre, plus exactement de l'acide sulfurique, visible sous forme de nuages, qui réduit fortement l'influence du soleil avec un albedo de l'ordre de 80%.

Pour en revenir à la Terre, le forcage augmentera encore avec la quantité de CO2, mais de plus en plus lentement. Si le CO2 était seul en cause dans le processus, un doublement de sa concentration par rapport aux 380 ppm actuellement mesurés n'entraînerait qu'une hausse de température d'à peine un degré. Au delà, on aurait une quasi asymptote, avec une tendance à s'approcher de plus en plus lentement de + 4 ou 5°C au delà des températures actuellement observées en moyenne sur Terre. (Voir ce qui s'est produit juste avant la transition Permien-Trias à la suite des énormes émissions de CO2 par la longue crise volcanique des "trapps" de Sibérie, voici 252 millions d'années).

Mais voilà : plus encore que pour Vénus, le CO2 ne sera pas seul en cause et c'est pour celà que mes calculs font état d'on risque de réchauffement bien plus élevé que ce qui est annoncé dans le troisième rapport du GIEC.

Alain

[Invité]

Meteor, tu avais mentionné que tu essayerais de potasser ce sujet, étant donné que les explications que tu avais eu n'étaient pas très satisfaisantes. As tu eu le temps de trouver quelque chose et y a t il quelque chose à espérer du coté de la saturation ou non?

J'ai essayé de regarder ce problème effectivement.En fait tout n'est pas saturé.

Si tu considères la bande d'absorption du CO2, à 15 microns par exemple, cette bande est composée de très nombreuses raies.

Les grandes raies centrales sont effectivement saturées mais à la marge les petites raies ne le sont pas.

Je ne sais pas si tu as déjà vu un pic d'absorption sur un graphe ou un pic sur un chromato mais c'est un peu la même chose.

Si tu imagines la concentration qui monte tu vois la hauteur du pic qui monte rapidement puis atteint le sommet du graphe et si la concentration augmente encore tu vois ce qui était rès plat de chaque côté du pic continuer à grossir.

c'est un peu la même chose qui se passe pour l'absorption du CO2 et c'est du à la grande multiplicité des raies.

Le forçage radiatif est en log pour le CO2.

On peut écrire pour un certain intervalle de concentration

F = 5.3 Log(c/c0)

où c0 est la concentration initiale de CO2

On voit ainsi qu'il est aussi important que la concentration passe de 1 à 10 ppm que de 100 à 1000 ppm.

Ceci relativise quelque peu l'augmentation prévue jusqu'à 800 ppm.

Concernant Vénus on ne peut appliquer la même formule, je crois qu'il faut appliquer un modèle multi-couches.

Pour revenir au doublement de la teneur l'application de la formule donne une augmentation de 3.7 W/m2 de flux radiatif.

Ceci correspond à une augmentation de la température de seulement 0.68°C.

Il est trouvé par les modèles une augmentation de la température plus élevée de l'ordre de 2 à 3°C.

Il semble que l'augmentation de l'ES de la vapeur d'eau soit responsable d'un doublement du forçage (ce que je ne m'explique pas bien d'ailleurs).

En tenant compte des autres GES et d'autres rétroactions on peut aussi arriver à 2°C.

L'obtention de valeurs bp plus élevées doit faire intervenir des rétroactions positives style relarguage de CO2 et de CH4 des sols etc...Mais il semble y avoir pas mal d'incertitudes encore.

Je n'en sais pas plus pour le moment.

[stalbuck]

Merci beaucoup pour ces éclaircissements.

Si je comprend bien, cela voudrait dire que les fourchettes hautes du Giec tiendraient bien compte des relargages de CH4 du permafrost par exemple?

Il semble que l'augmentation de l'ES de la vapeur d'eau soit responsable d'un doublement du forçage (ce que je ne m'explique pas bien d'ailleurs).

Concernant la vapeur d'eau, c'est étonnant tout de meme étant donné il me semble, qu'on ne savait encore si l'augmentation de l'évaporation entrainerait une retroaction positive ou négative( réflechissement de la lumière par les nuages/absorbtion des IR). C'est également un des points de recherche qui devait etre un peu plus éclairci dans le prochain rapport du Giec (si je ne me trompe pas).

Pour Alain Coustou. Avez vous déja pris contact avec David Archer qui lui aussi a étudié les clathrates et n'arrive a une déstabilisation que d'ici 1000 ans? A l'époque vous m'aviez répondu:

"Archer raisonne en tenant compte de la masse d'eau de l'océan global, qui est effectivement assez longue à réagir au réchauffement atmosphèrique jusqu'ici modéré"

Est ce une supposition de votre part, ou bien l'avez vous justement contacté pour savoir pourquoi vous n'arriviez pas aux memes résultats, ou encore avez vous eu directement acces à ses calculs?

[Invité]

Concernant la vapeur d'eau, c'est étonnant tout de meme étant donné il me semble, qu'on ne savait encore si l'augmentation de l'évaporation entrainerait une retroaction positive ou négative( réflechissement de la lumière par les nuages/absorbtion des IR). C'est également un des points de recherche qui devait etre un peu plus éclairci dans le prochain rapport du Giec (si je ne me trompe pas).

Oui pour la vapeur d'eau il me faut aller plus loin.Il y a un dénommé PierreHumbert Ray qui est spécialiste de cette question et qui surtout vulgarise.

Je voudrais bien avoir ses cours de fac à Chicago mais c'est un serveur interne.(en admettant que j'y comprenne qqchose car la théorie cela devient loin pour moi)

Ceci dit le CO2 et l'augmentation modérée des autres GES conduit à tout casser à 1°C d'augmentation en 2100 pour tous ces gaz en propre (sans parler des effets de seuil et des clathrates).

1°C d'augmentation de la température représente une augmentation de seulement 6% de la teneur en eau de l'atmosphère et j'ai donc un mal fou à comprendre un éventuel doublement par la vapeur d'eau.

A partir de calculs de "coin de table" et hormis ce que j'ai dit plus haut je verrais plutôt un réchauffement dans la fourchette basse du GIEC cad 1.5°C.

Et ce en considérant la Terre comme une machine climatique inerte, ce qu'elle n'est évidemment pas.

[Alain Coustou]

Pour Alain Coustou. Avez vous déja pris contact avec David Archer qui lui aussi a étudié les clathrates et n'arrive a une déstabilisation que d'ici 1000 ans? A l'époque vous m'aviez répondu:

"Archer raisonne en tenant compte de la masse d'eau de l'océan global, qui est effectivement assez longue à réagir au réchauffement atmosphèrique jusqu'ici modéré"

Est ce une supposition de votre part, ou bien l'avez vous justement contacté pour savoir pourquoi vous n'arriviez pas aux memes résultats, ou encore avez vous eu directement acces à ses calculs?

Je dois reconnaître que je n'ai pas dialogué directement avec David Archer, faute de temps (je me disperse certainement trop entre mes nombreuses activités). Ses interventions sur un forum américain et les articles que j'ai pu lire me laissent penser qu'il a effectivement raisonné en terme d'océan global, alors que certains gisements ne sont qu'à quelques fractions de degré de leur température de déstabilisation, notamment sous les mers périphériques de l'Antarctique. Si ces gisements font éruption, la quantité de CH4 atmosphérique, déjà dopée par les émanations dues au dégel du permafrost maintenant bien entamé, risque d'augmenter de plus en plus rapidement avec les conséquences que l'on imagine sur l'effet de serre. Même en ce qui concerne les eaux plus profondes, les modifications de la circulation thermohaline risquent aussi de contribuer à la transmission du réchauffement à l'ensemble du premier millier de mètres (où sont situés 98 % des gisements). Cette hypothèse, que je formule (avec prudence) dans mon livre, semble coroborée par de récentes observations mais reste encore à vérifier.

Reste un argument, évoqué par Archer lui-même, celui de l'inertie des gisements et des sédiments mélés au clathrates. A vrai dire, cette inertie serait énorme et pourrait effectivement retarder les éruptions redoutées, à la condition que les gisements soient assez compacts pour éviter une circulation d'eau en leur sein.

Mais il s'agit là d'une hypothèse aléatoire et je ne jouerais pas l'avenir de l'humanité sur elle. Tous les océanologues savent qu'une forte proportion des sédiments des marges continentales sont extrémement instables, souvent saturés d'eau et sujets à de fréquents glissements de terrains : avalanches sous-marines, atteignant parfois des centaines de kilomètres et pouvant se propager sur des pentes extrémement faibles.

Alain

[BIBICHE76]

En Antarctique et au Groenland, Le mélange atmosphérique est rapide et la barrière de l’équateur n’occasionne qu’un léger gradient pour le CO2 et le CH4 entre l’hémisphère nord et l’hémisphère sud. A l’époque actuelle ces gradients, qui sont de l’ordre de 3 à 4 ppmv pour le CO2 et de 150 ppbv pour le méthane, résultent principalement des activités anthropiques réparties surtout dans l’hémisphère nord qui devaient donc être bien inférieurs dans le passé. Ainsi les enregistrements de ces gaz atmosphériques, qu’ils proviennent du Groenland ou d’Antarctique, devraient être très proches. C’est effectivement le cas pour le CH4 (différence d’environ 50 ppbv). Pour le CO2, si on compare les enregistrement on pourrait voir des différences de l'ordre de plus de 20 ppmv entre le Groenland et l’Antarctique au cours de la période préindustrielle. Un tel gradient ne pouvant être atmosphérique, cette différence est actuellement attribuée au fait que l’enregistrement groenlandais est perturbé par la présence de poussières. Le Groenland étant plus proche des continents que l’Antarctique, le contenu de ses glaces en espèces carbonées (carbonates, matière organique) est environ dix fois supérieur à celles de l’Antarctique.Par suite de reaction des carbonates, le ph acide de la glace ou par oxydation de la matiére organique,les inclusions gazeuses sont ainsi enrichies en CO2. Par contre en Antarctique,du fait de la faible teneur en impurete de glace ,la contamination approche du zero . Ceci implique que seules les carottes antarctiques peuvent retracer directement l’évolution atmosphérique du CO2.

Le dioxide de carbone + L’oscillation glaciaire/interglaciaire du CO2 resultent en premier lieu d’une modification de l’équilibre entre l’océan et l’atmosphère, ce qui est vraisemblablement une réorganisation de la circulation océanique générale lié à l’évolution du climat. en prenant en compte,les effets possibles de la biosphère continentale et océanique sur le cycle du carbone lors d’un changement glaciaire/interglaciaire c’est cependant l’équilibre entre l’atmosphère et l’océan qui dirige en 1 ier lieu l’évolution à long terme du CO2. Ceci est lié au fait que l’océan contient environ 50 fois plus de carbone que l’atmosphère. Le resultat:une modification de la température et de la circulation océanique entraînant des flux différents entre atmosphère et océan. L’augmentation du CO2 atmosphérique qui a lieu lors de l’établissement d’un climat chaud (passage glaciaire/interglaciaire) entraîne un réchauffement par effet de serre. On peut l' estimer à environ 1°C si le calcul n’inclue pas les diverses rétroactions mises en jeu, et atteint environ 2°C en incluant ces dernières.Il existe un réchauffement moyen global d'environ 5°c entre un glaciaire et un interglaciaire .

[marco_p]

L'obtention de valeurs bp plus élevées doit faire intervenir des rétroactions positives style relarguage de CO2 et de CH4 des sols etc...Mais il semble y avoir pas mal d'incertitudes encore.

Je n'en sais pas plus pour le moment.

Je n'ai pas bien compris votre histoire de raies saturées ou non... Si vous pouviez expliquer ; sinon pour en revenir aux résultats du GIEC 2001, il n'y a pas dedans d'effet "permafrost", S Planton nous l'a confirmé il y a peu de temps. Mais il y a aussi prise en compte de schémas économiques, qui font augmenter la concentration en CO2 au delà du facteur 2; ce facteur 2 est d'ailleurs la cible que se donneront peut être un jour les gouvernements pour sauvegarder l'état de la planète.

[Invité]

Je n'ai pas bien compris votre histoire de raies saturées ou non... Si vous pouviez expliquer ; sinon pour en revenir aux résultats du GIEC 2001, il n'y a pas dedans d'effet "permafrost", S Planton nous l'a confirmé il y a peu de temps. Mais il y a aussi prise en compte de schémas économiques, qui font augmenter la concentration en CO2 au delà du facteur 2; ce facteur 2 est d'ailleurs la cible que se donneront peut être un jour les gouvernements pour sauvegarder l'état de la planète.

concernant la saturation de l'effet CO2

il s'agit du fait que pour certaines fréquences IR l'ajout de molécules supplémenaires de CO2 dans l'atmosphère n'a pratiquement plus d'effet.

Ceci s'explique par la valeur du coefficient d'absorption à ces fréquences.

On exprime souvent cela en distance ou profondeur optique d'extinction.

Le CO2 n'a pas qu'une fréquence ou raie d'absorption.

Et pour d'autres fréquences voisines de la fréquence principale d'absorption le coeff d'absorption est plus faible.

l'ajout de CO2 retrouve dans ce cas une influence.

Ceci est du à la variation en exp(-sigma*c*l) de l'intensité au travers d'un gaz (ou autre). Loi de Beer-Lambert.

Les modèles de transfert radiatif se font raies par raies ou plutôt en découpant le spectre de rayonnement terrestre en intervalles fins de fréquence et en intégrant sur l'ensemble du spectre ,pour les différents gaz, les différentes altitudes, et en tenant compte des variations de ces mêmes fréquences d'absorption avec le température la pression,etc., les absorptions.

Mais tu dois pouvoir trouver bien plus de précisions chez MF.

Ce que je raconte pouvant passer comm extrèmement approximatif pour de vrais connaisseurs.

Concernant les scénarii et les augmentations de température

je ne crois pas en effet que le GIEC ait considéré le permafrost.

Cependant il n'y a pas que le permafrost.

D'énormes quantités de C sont contenues dans tous les sols (en surface je ne parle pas des couches sédimentaires).

L'effet de l'augmentation de la température a comme effet de libérer une partie de ce carbone.

Il a du être tenu compte également de changements dans les puits de CO2.

Il faut que je regarde car je ne suis pas sûr.

Cependant lorsque je parlais de températures bp plus élevées il s'agissait d'avantage des modèles de "climate prediction" dont certains résultats envisageaient des élévations supérieures à 10°C.