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Changement climatique et échanges du
carbone à l’échelle planétaire
Malgorzata Grybos, MCF géologie/géochimie
Laboratoire PEIRENE, Université de Limoges
Labos 1.5
Formation doctorale 24.06.2021 - M. Grybos - Laboratoire PEIRENE
Le changement climatique
Répartition dans les GT devient …
Ø …une réalité perceptible à l’échelle locale
Evolution de la température moyenne à Bordeaux entre 1880 et 2019
1880 2019
Une hausse des températures moyennes en France de 1,7°C depuis 1900
https://www.lemonde.fr/les-decodeurs/article/2020/01/03/2019-est-la-troisieme-annee-la-plus-chaude-en-france-visualisez-la-hausse-dans-votre-ville_6024699_4355770.html
2 Formation doctorale 24.06.2021 - M. Grybos - Laboratoire PEIRENE
Le changement climatique devient …
Répartition dans les GT
Ø …une réalité perceptible également à l’échelle globale
Les dernières données publiées par le Copernicus Climate Change Service montrent qu'à
l'échelle mondiale, l'année 2020 a été la plus chaude de l'histoire (à égalité avec 2016).
Source: NASA GISTEMP data, https://www.youtube.com/watch?v=PhbdyNnUliM
3 Formation doctorale 24.06.2021 - M. Grybos - Laboratoire PEIRENE
La terre se dans
Répartition réchauffe
les GT
Ø …quels indices ?
Partout, on constate le recul des glaciers. Ici des photos illustratives.
Le glacier de Chamonix
1902 2004
Le glacier de Grinnell (Montana)
1935 1981 1998 2005
4 https://fr.wikipedia.org/wiki/Recul_des_glaciers_depuis_1850 Formation doctorale 24.06.2021 - M. Grybos - Laboratoire PEIRENE
Des glaciers alpins fondent de plus en plus vite
Bilan de masse relatif à 1964 (en %)
Vincent et al. , Geophys. lett. res., 2017 Formation doctorale 24.06.2021 - M. Grybos - Laboratoire PEIRENE
La terre se réchauffe
Ø …quels indices ? La fonte des glaces du Groenland
Greenland ice sheet elevation change 1992-2017 Total mass change (in Gigatonnes, Gt) of the Greenland ice sheet
between April 2002 and April 2019, estimated from GRACE (2002-
17) and GRACE-FO (2018/19).
Altimetry
Rate of change (m/yr)
Surface
https://arctic.noaa.gov/Report-Card/Report-Card-2019/ArtMID/7916/ArticleID/842/Greenland-Ice-Sheet
Shepherd, A., Ivins, E., Rignot, E. et al. Mass balance of the Greenland Ice Sheet from 1992 to
2018. Nature 579, 233–239 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-019-1855-2
Formation doctorale 24.06.2021 - M. Grybos - Laboratoire PEIRENE
La terre se réchauffe
Ø …quels indices ?
La couverture de glace de mer en Arctique diminue
L’Arctique, il y a 100 ans…et aujourd’hui
La banquise arctique a perdu 3 fois la surface de la France en 30 ans
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La disparition de la banquise d’été
Ø …la banquise Arctique a régressé depuis 1979 d’environ 2,7% par an
• Superficie banquise en fin d’été diminue
• Surface de glace pérenne (> 95% de glace) se réduit +
vite que celle de glace saisonnière, reconstituée chaque
hiver
• Point de non-retour atteint cette décennie
Þ disparition totale de la banquise l’été vers 2030 ou avant
Þ situation inédite depuis 1 Ma
Þ Risque d’effets néfastes « en cascades » (dégel de
permafrost arctique, circulation océanique)
• Actuellement, banquise perd 500 000 km2/an
https://fr.wikipedia.org/wiki/Réchauffement_climatique#Fonte_de_la_banquise
Formation doctorale 24.06.2021 - M. Grybos - Laboratoire PEIRENE
La terre se réchauffe Elévation du niveau des océans
Ø …quels indices ?
• La variation du niveau des mers est un phénomène
naturel qui dépend de la quantité de glace aux pôles
et de la température qui influe sur le volume de l’eau.
• Depuis le début du 20e siècle, le niveau moyen a
augmenté de plus de 30 cm.
• En 2100, les modèles indiquent que cette
augmentation pourrait atteindre 0.7 à 1 m.
d'après la figure AT2-figure2 du résumé technique du rapport du groupe I du GIEC publié en 2013
http://www.meteofrance.fr/climat-passe-et-futur/impacts-du-changement-climatique-sur-les-phenomenes-hydrometeorologiques/changement-climatique-et-hausse-du-niveau-de-
la-mer
Formation doctorale 24.06.2021 - M. Grybos - Laboratoire PEIRENE
En 2001, le GIEC a conclu que le réchauffement observé durant la deuxième
moitié du XXème siècle était essentiellement attribuable aux activités humaines
qui ont accru les concentrations de gaz à effet de serre (GES) dans l'atmosphère.
Parmi ces GES, le plus important est le CO², dont les concentrations
atmosphériques ont été altérées de façon catastrophique par les perturbations
anthropiques du cycle du carbone.
Formation doctorale 24.06.2021 - M. Grybos - Laboratoire PEIRENELe cycle du carbone
Ø Les réservoirs
Atmosphère
Biosphère
Hydrosphère Lithosphère
Le C est présent dans tous les réservoirs superficiels du système terrestre
Formation doctorale 24.06.2021 - M. Grybos - Laboratoire PEIRENELe cycle du carbone
Ø Transport et transformation du C
Différentes échelles (espace, temps) Atmosphère
e.g. : dissolution/précipitation des carbonates
Ca2+ + 2HCO3- CaCO3 + H2O +CO2(g)
Biosphère
Hydrosphère Lithosphère Atmosphère
Hydrosphère Lithosphère
(dissous) (solide) (gaz)
e.g. photosynthèse/minéralisation
Réversibilité des réactions
+4 +0
CO2(g) + H2O + énergie CH2O + O2 Autorégulation (équilibre)
(gaz) (MOP)
Formation doctorale 24.06.2021 - M. Grybos - Laboratoire PEIRENELe cycle du carbone 1 gigatonne (GtC) = 1012kg
800 Gt C
Ø stocks de C (CO2 (99%), CH4, CO, CFC)
Atmosphère
Hydrosphère :
CID (97%); COD (3%) 600 Gt C
HCO3- 93% 99% continental (végétal)
CO3--
CO2
6%
1%
Biosphère
eaux superficielles 2.300 Gt C : sols
(Le cycle du carbone
Ø Les échanges à l’interface surface continentale / atmosphère
Chiffre blanc : le stock du C (en Gt)
Chiffre jaune : les échanges (en Gt par an)
Flux naturel de CO2 vers et depuis l’atmosphère est régulé par
: photosynthèse / respiration
https://earthobservatory.nasa.gov/features/CarbonCycle
Formation doctorale 24.06.2021 - M. Grybos - Laboratoire PEIRENELe cycle du carbone
Ø Les échanges à l’interface océan / atmosphère
Chiffre blanc : le stock du C (en Gt)
Chiffre jaune : les échanges (en Gt par an)
Flux naturel de CO2 vers et depuis l’atmosphère est
régulé via: des pompes à carbone :
- pompe biologique
- pompe physique
- pompe à carbonates
d’autre mécanismes pouvant influencer les
concentrations de CO2 dans l’atmosphère :
– Les émissions volcaniques,
– L’altération des silicates.
https://earthobservatory.nasa.gov/features/CarbonCycle
Formation doctorale 24.06.2021 - M. Grybos - Laboratoire PEIRENELe cycle du carbone
Ø Pompe biologique
Production de phytoplanctons
- zone euphotique (< 200 m; photosynthèse)
- riche en nutriments
Zones d’upwelling
Eaux de haute latitudes
Contre-courants équatoriaux
Zones d’upwelling
Formation doctorale 24.06.2021 - M. Grybos - Laboratoire PEIRENELe cycle du carbone
La solubilité du CO2 augment lorsque la T° diminue
Ø Pompe physique
PUITS
CO2
SORTIE CO2
(dégazage)
Plus de C dissous dans les eaux polaires que Transfert de C se fait via la circulation
dans les eaux équatoriales océanique profonde
Formation doctorale 24.06.2021 - M. Grybos - Laboratoire PEIRENELe cycle du carbone
Ø Pompe à carbonates
Mineralization carbonatée (coquillages, squelettes, tests)
Ca2+ + 2HCO3- CaCO3 + H2O +CO2(g)
Cyanobactérie (Stromatholithes)
Formation doctorale 24.06.2021 - M. Grybos - Laboratoire PEIRENELe cycle du carbone
Ø Pompe à carbonates
Mineralization carbonatée (coquillages, squelettes, tests)
Ca2+ + 2HCO3- CaCO3 + H2O +CO2(g)
Retombée des squelettes au fond
des océans (et de la MO)
Dépôt des carbonates dans les océans
Si la profondeur < CCD :
ACCUMULATION C Org + C inorg.
CCD : carbon compensation depth
Formation doctorale 24.06.2021 - M. Grybos - Laboratoire PEIRENEL’évolution de la température et du CO2 dans l’atmosphère
sont liées
https://earthobservatory.nasa.gov/features/CarbonCycle
Formation doctorale 24.06.2021 - M. Grybos - Laboratoire PEIRENEEvolution récente de la quantité de CO2 dans l’atmosphère
o La quantité de CO2 dans l’atmosphère a brutalement augmenté depuis l’ère industrielle
pour atteindre des niveaux jamais atteints depuis plusieurs millions d’années.
https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_dioxide_in_Earth%27s_atmosphere#/m https://scrippsco2.ucsd.edu/graphics_gallery/mauna_loa_and_south_po
edia/File:Carbon_Dioxide_800kyr.svg le/mauna_loa_and_south_pole.html
Formation doctorale 24.06.2021 - M. Grybos - Laboratoire PEIRENEOrigine humaine du CO2 : la preuve par l’isotope
o Le carbone possède plusieurs isotopes dont l’abondance varie selon la provenance.
- le carbone rejeté dans l’atmosphère par les hommes est moins riche en 13C que celui
présent naturellement dans l’atmosphère.
variabilité du delta 13C pendant les périodes
glaciaires et interglacières
o Depuis le début de l’ère industrielle,
l’abondance de 13C n’a fait que
diminuer
è l’importance des rejets anthropiques.
Formation doctorale 24.06.2021 - M. Grybos - Laboratoire PEIRENELesRépartition
alertes dans
scientifiques
les GT de datent pas d’hier…
Ø …mais les actions ne suivent pas
Hausse prévisible de température en fonction des trajectoires d’émissions
« L'influence de l'homme sur le système climatique
est claire et en augmentation, avec des incidences
observées sur tous les continents. Si on ne les
maîtrise pas, les changements climatiques vont
accroître le risque de conséquences graves,
généralisées et irréversibles pour l'être humain et
les écosystèmes ». (AR5, GIEC)
Selon le Giec, « les effets du dérèglement
climatiques sur la nature et l’humanité vont
s’accélérer, et devenir palpables bien avant
2050 ».
Transformer radicalement nos modes de vie
et nos consommations
23 Formation doctorale 24.06.2021 - M. Grybos - Laboratoire PEIRENEIl est encore temps d’agir pour limiter les dégâts
car il n’y a pas que les variables « atmosphériques » qui vont changer
• Augmentation du niveau marin => érosion
• Modification de la circulation océanique thermohaline => répercutions sur la régulation du climat
• Acidification des océans => altération des pompes à C (formation des carbonates)
• Désoxygénation des océans ⇒ extension des zones à oxygène minimum (OMZ)
• Déstockage du C de pergélisols => émission de C vers l’atmosphère
• Perturbation du cycle hydrologique ⇒ désertification de régions semi-arides
• Perte de biodiversité : 6ème crise biologique
- ... liste non-exhaustive ... sans parler des écosystèmes (pollutions) ... ni de géopolitique ou d'économie
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