L'effet de serre, qu'est-ce que c'est ?

1989/01/01 Gribbin, John Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Klima

Entourée d’un matelas d’air, la Terre est “assez tiède”. Être «suffisamment tempéré» signifie que la température de la Terre est comprise entre 0ºC et 100ºC, c’est-à-dire que l’eau reste liquide. Ainsi, si nous comparons les températures de notre planète à celles de la Lune, nous verrons que l'atmosphère terrestre est responsable.

La Lune et la Terre sont à peu près à la même distance du Soleil

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Source de chaleur du système solaire

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Mais la Lune est une “planète” sans atmosphère. Sur la lune sans air, la température monte à 100°C dans les chaudières solaires et descend à -150ºC la nuit.

La température moyenne de la surface lunaire est de -18ºC. À cette température, l'énergie émise par la Lune dans l'espace est égale à celle reçue du Soleil. Si la terre n'avait pas de matelas d'air et était une boule de pierre comme la lune, la température de surface moyenne serait de -18ºC. La température moyenne de surface de notre planète est de 15ºC. Le matelas d'air maintient la température de notre planète 33°C plus chaude que celle qui lui correspondrait.

Mais comment cela se produit? L'énergie du Soleil rayonnée principalement dans la partie visible du spectre, dans une bande de 0,4 à 0,7 microns. Ce rayonnement et l'infrarouge de courte longueur d'onde traversent la Terre sans être des atmosphères absorbées — bien que les nuages reflètent une partie de l'espace — et réchauffent les surfaces terrestres et marines. 7% de l'énergie solaire est radiée en radiations plus courtes de 0,4 microns, concrètement dans la zone de l'ultraviolet. À l'autre extrémité du spectre, au-dessus de 0,7 microns, le rayonnement infrarouge se produit. Cette énergie infrarouge est exactement la même que celle que vous ressentez à la hauteur du radiateur de votre maison.

Matelas de la terre

La longueur d'onde à laquelle un objet chaud rayonnera en grande partie dépend de la température de l'objet chaud. La température de surface du soleil est d'environ 6.000ºC, à laquelle correspond le rayonnement de bande auditive. La surface de la Terre, tempérée par le rayonnement solaire, a une température de quelques degrés Celsius et, par conséquent, le rayonnement est infrarouge, principalement entre 4 et 100 microns.

La vapeur d'eau absorbe violemment dans la bande de 4-7 microns et l'oxyde de carbone (IV) dans la bande de 13-19 microns. Ainsi, entre 7-13 microns se trouve la fenêtre, d'où plus de 70% de l'énergie émanant de la croûte terrestre s'échappe à l'espace.

La chaleur infrarouge qui conduit à la surface tempérée de la planète en raison de l'absorption ne peut pas échapper librement à l'espace et chauffe la couche la plus interne de l'atomosphère, la troposphère. L'air de la troposphère est tempéré, de sorte qu'il est capable de rayonner la chaleur vers le sol et le garder plus chaud qu'il pourrait y avoir. C'est l'effet de serre.

Comme la quantité de vapeur d'eau contenant l'air et l'oxyde de carbone (IV) et la quantité de chaleur provenant du soleil restent constantes, un équilibre est établi. Les "gaz à effet de serre" (oxyde de carbone, vapeur d'eau et autres), en plus d'absorber le rayonnement infrarouge, émettent. En augmentant la hauteur la température de la troposphère diminue, de sorte que chaque couche de la troposphère absorbera l'énergie qui est plus bas et la passera à celle qui est au-dessus. Enfin, la chaleur s'échappe à l'espace à moindre température. L'effet total est la diminution de l'infrarouge qui est rayonnement dans l'espace. La température de surface doit augmenter jusqu'à équilibrer l'énergie qui conduit à la Terre avec l'énergie provenant du Soleil.

L'effet de serre chauffe le sol et l'air. La préoccupation actuelle de l'effet de serre est que les actions humaines augmentent la quantité de dioxyde de carbone présente dans l'atmosphère. Les émissions de dioxyde de carbone renforcent l'effet de serre. D'autres gaz actuellement causés par l'action humaine, les gaz anthropiques, qui absorbent l'énergie infrarouge dans la fenêtre de 7-13 microns qui utilise le rayonnement pour échapper. L'effet combiné de ces gaz anthropiques semble produire dans les prochaines décennies un réchauffement notable de la Terre.

Atmosphère enrichie

Connaissance de l'effet de serre, XIX. Les scientifiques l'ont depuis le milieu du XXe siècle. En 1863, le scientifique britannique John Tyndall a exposé le comportement de la vapeur d'eau comme gaz à effet de serre dans Philosophical Magazine. En 1890, le suédois Svante Arrhenius et P. C. L'Américain Chamberlain a analysé les problèmes qui pourraient causer l'accumulation de dioxyde de carbone dans l'air en raison de la combustion du charbon. Température moyenne de l'air de surface XX. Dans la première moitié du XXe siècle, une légère augmentation s'est produite, de 0,25ºC à 1880 à 1940. Mais entre 1940 et 1970, le monde s'est refroidi à 0,2ºC et l'étude du réchauffement climatique n'est pas devenue un sujet d'étude intéressant.

La situation a changé lorsque les mesures des concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone indiquaient que la concentration augmentait considérablement. Dans les années 1970, il y a un grand intérêt pour ce sujet et pour le XIX. Ils commencèrent à dire que la duplication de la concentration «naturelle» de dioxyde de carbone du XXe siècle provoquerait un réchauffement de la Terre de 2ºC.

Entre les années 1970 et 1980, en même temps que ces prédictions, la température moyenne de la Terre a augmenté de 0,3 °C et semble se poursuivre pendant les années 80. Les données les plus anciennes sur les températures sont celles de 1850. En 1987, il a été le plus chaud et celui de 1988, selon les six premiers mois, peut briser la marque. On ne peut pas démontrer que cela n'est qu'une conséquence de l'effet anthropique de la serre. Mais l'analyse du problème est devenue un sujet très intéressant.

La détermination exacte de la quantité de dioxyde de carbone présente dans l'air a commencé à Mauna Loa (Hawaii) et au pôle Sud sous prétexte de l'Année géographique internationale (1957-58). Ces deux stations sont importantes car elles sont éloignées des sources de pollution et indiquent l’état «bien mélangé» de l’atmosphère. Dans ces deux points, le rythme annuel est apprécié. Ce rythme est lié au changement saisonnier de la végétation couverte par la terre de l'hémisphère Nord. La végétation terrestre respire du dioxyde de carbone (pendant ce cycle, l'hémisphère Nord est responsable de la présence des plus grandes masses de terre). À ce rythme annuel pour les années 1970, la tendance qui marque la hausse du dioxyde de carbone était clairement dépassée.

En 1957, la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère était de 315 millions (0,0315%). Actuellement, c'est la fraction de 350 millions (0,035%). L'augmentation de l'oxyde de carbone (IV) est principalement due à la combustion de combustibles fossiles (surtout du charbon), mais une partie peut être due au déversement de forêts tropicales.

Quand une tonne de carbone est brûlée, par exemple sous forme de charbon, quatre tonnes de dioxyde de carbone sont produites en combinant chaque atome de carbone avec deux atomes d'oxygène de l'air. Au début des années 80, 5 gigatonnes (5 milliards de tonnes, 5Gt) étaient brûlées chaque année, ce qui provoquait l'injection dans l'atmosphère de 20Gt de dioxyde de carbone. Cependant, l'augmentation de la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère est due à un peu moins de la moitié de ce que génère l'activité humaine.

Environ la moitié de l'oxyde de carbone (IV) que nous produisons est absorbée dans des puits naturels. Une partie de celui-ci sera occupé par la végétation, qui pousse plus fortement dans un environnement avec plus de dioxyde de carbone. Dans ce mot végétation, nous prenons également en compte le plancton marin. Une autre partie est dissoute dans les océans.

Entre 1850 et 1950, 60 Gt de carbone ont été brûlés, la plupart sous forme de charbon, lorsque la révolution industrielle était en pleine ébullition. Aujourd'hui, il faut seulement 12 ans pour brûler cette quantité de carbone. La quantité de dioxyde de carbone qui sera émise dans l'atmosphère d'aujourd'hui à l'ouest sera probablement la même que celle brûlée entre 1850-1950.

Les chercheurs se sont fixés au XIX. Au XXe siècle, la concentration naturelle dans l'atmosphère était d'environ 270 millions de parties. Après avoir étudié les bulles d'air piégées dans la glace polaire, des concentrations similaires ont été mesurées avant la révolution industrielle. L'étude des bulles d'air en Antarctique indique que la concentration d'oxyde de carbone au cours des 10.000 dernières années est restée constante.

Changements climatiques

XIX. Différents modèles calculés sur le changement climatique global qui peut être dû au doublement de la concentration de dioxyde de carbone (CO2) du XXe siècle ont donné des chiffres assez égaux : la plupart indiquent une augmentation moyenne de la température de 2ºC.

Ces modèles informatisés indiquent également que l'augmentation de la température sera beaucoup plus élevée que dans les tropiques déjà tempérés aux hautes latitudes. Il y aura également des changements dans les directions des vents dominants et dans la distribution des pluies torrentielles. On pense que les zones intérieures des continents seront sèches à mesure que l'effet de serre augmente.

En extrapolant l'augmentation de la concentration actuelle, le doublement de la concentration de dioxyde de carbone se produira vers 2080. Cette estimation ne tient pas compte des changements possibles dans l'utilisation des sources d'énergie au cours du siècle prochain. Le problème réside dans le débat actuel. Cependant, nous pouvons utiliser ce nombre pour dimensionner le problème de l'oxyde de carbone (IV).

D'autres gaz émis dans l'atmosphère par l'activité humaine, comme l'ozone, le méthane, les oxydes d'azote et les fluorohydrocarbures, absorbent dans la fenêtre de rayonnement infrarouge de 7 à 13 microns. Les fluorohydrocarbures, en plus d'être responsables des trous dans la couche d'ozone dans l'Arctique et en Antarctique, sont des gaz à effet de serre très puissants. Une molécule des fluorohydrocarbures les plus courants produit l'effet de serre de 10.000 molécules de dioxyde de carbone.

Aujourd'hui, la concentration atmosphérique de méthane est de 1,7 million et augmente de 1,2% par an. La cause de cette augmentation est le travail des bactéries dans les rizières et les rejets qui se produisent dans les gisements de gaz et de pétrole. Les oxydes d'azote sont de 0,3 millions de parties dans l'atmosphère et leur concentration augmente de 0,3% par an en raison de l'expansion de l'utilisation d'engrais azotés.

Le chercheur de l'université de Chicago, Veerhabadrhan Ramanathan, a transformé l'effet de serre de ces gaz en un équivalent de dioxyde de carbone et a extrait sa concentration d'ici 2030. Selon lui, la somme de toutes ces petites contributions sera égale à celle du dioxyde de carbone produit par l'activité humaine. En résumé, la force de l'effet de serre anthropique sera doublée. En d'autres termes, la duplication effective de la concentration d'oxyde de carbone (IV) se produira en 2030, un demi-siècle avant ce qui entraînerait une augmentation unique du dioxyde de carbone.

Problème climatique

Comment l'événement que nous venons de décrire affectera-t-il le climat mondial ? Personne ne peut le dire avec précision, mais pour avoir une idée on peut regarder les tendances météorologiques qui ont existé pendant ce siècle dans différentes régions du monde, dans les années chaudes et dans les années froides. Les chercheurs de l'Université d'East Anglia en Grande-Bretagne ont réalisé ce travail. Les données des 50 ans ont été analysées entre 1925 et 1974 et les cinq plus chauds et les cinq plus froids ont été sélectionnés.

Les températures ont d'abord été analysées dans les régions proches d'Arqui, entre les latitudes 65oI et 80oI. Cette zone comprend la Laponie, presque toute la Finlande, l'Islande, le nord du Canada, l'Alaska et la Sibérie du Nord. Dans cette zone, la différence entre les extrêmes chauds et froids est de 1,6ºC, mais compte tenu de l'hémisphère Nord, cette différence est de 0,6ºC. Si on ne compare que des hivers, la différence entre les extrémités est de 1,8°C et de 0,7°C en été.

En outre, dans les années chaudes, les pluies torrentielles augmenteront de 1-2%. Cela est à prévoir, parce que dans les années tempérées, plus d'eau s'évapore dans les océans. Après cette modeste comparaison des pluies mondiales moyennes, les changements les plus importants qui se sont produits dans des régions spécifiques sont cachés. Baisse des précipitations aux États-Unis, en Europe, en URSS et au Japon. Cependant, en Inde et au Moyen-Orient, les précipitations ont été plus importantes.

Cette simple analyse ne peut pas être utilisée comme un modèle décisif pour la configuration du changement climatique qui supposera le réchauffement mondial. Cependant, il semble confirmer ce que les modèles informatisés indiquaient (à des latitudes élevées, l'augmentation de la température sera quatre fois supérieure à la moyenne). De même, il indique que les schémas météorologiques que nous utilisons maintenant ne servent pas non plus.

En réalité, l'effet de serre n'est pas mauvais. Du point de vue humain, il est plus approprié qu'une nouvelle ère glaciaire. Le problème est comment l'humanité affronte le changement environnemental. L'effet de serre fait changer le monde. Les plans possibles de ressources (plans agricoles, conception des murs de confinement des inondations, emplacement des réservoirs d’eau potable, etc.) seront trouvés erronés. Les climatologues illustrent la sécheresse qui a eu lieu l'été dernier aux États-Unis. Il ne semble pas que l'effet de serre soit le seul responsable, puisque l'été 1987 a été aussi tempéré que celui de 1988. Mais quelle que soit la cause de la sécheresse, en Amérique du Nord le XXI. Il peut être un indicateur de la possible diminution des précipitations à mesure que le siècle avance.

L'effet de serre doit être pris en compte dans la planification à long terme. A partir de ce point et au moment de choisir les différents types d'énergie (nucléaire ou non), il peut devenir une arme politique. En fait, l'énergie nucléaire est dans ce cas propre du point de vue de la protection de l'environnement.