Le système climatique terrestre
Composantes et interactions du système climatique
Le système climatique est traditionnellement divisé en plusieurs sphères, chacune ayant un rôle spécifique mais interagissant constamment avec les autres :
- Atmosphère : C'est l'enveloppe gazeuse qui entoure la Terre. Elle est composée majoritairement d'azote (N2, 78%), d'oxygène (O2, 21%), et de faibles quantités d'autres gaz, dont les gaz à effet de serre (GES) comme le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4) et la vapeur d'eau (H2O). L'atmosphère est le siège des phénomènes météorologiques et joue un rôle crucial dans le transfert de chaleur autour du globe.
- Hydrosphère : Elle regroupe toute l'eau présente sur Terre, sous toutes ses formes : océans, mers, lacs, rivières, eaux souterraines, ainsi que l'humidité de l'air et les nuages. Les océans, en particulier, sont d'immenses réservoirs de chaleur et de carbone, influençant les courants marins et atmosphériques.
- Cryosphère : C'est l'ensemble des surfaces gelées de la Terre : calottes glaciaires, glaciers, banquises, sols gelés (permafrost) et neiges. La cryosphère joue un rôle majeur dans l'albédo terrestre (pouvoir réfléchissant) et stocke d'importantes quantités d'eau douce.
- Lithosphère : C'est la couche externe solide de la Terre, comprenant la croûte terrestre et la partie supérieure du manteau. Les continents, les montagnes, les volcans sont des éléments de la lithosphère qui influencent la circulation atmosphérique et océanique, et participent aux cycles biogéochimiques (ex: cycle du carbone à travers l'érosion et la sédimentation).
- Biosphère : Elle inclut l'ensemble des êtres vivants (plantes, animaux, micro-organismes) et leurs environnements. La biosphère interagit fortement avec l'atmosphère et l'hydrosphère, notamment par la photosynthèse (absorption de CO2) et la respiration (rejet de CO2). Elle influe sur la composition des sols et la régulation des flux d'eau.
Ces composantes sont en constante interaction. Par exemple, l'océan absorbe du CO2 de l'atmosphère, les glaciers fondent et contribuent à l'élévation du niveau marin, la végétation influence le cycle de l'eau et l'albédo local. Ces interactions créent un système dynamique et complexe.
Le bilan radiatif terrestre
Le bilan radiatif terrestre décrit l'équilibre entre l'énergie solaire que la Terre reçoit et l'énergie qu'elle renvoie vers l'espace. Cet équilibre est fondamental pour maintenir une température de surface compatible avec la vie.
- Rayonnement solaire incident : Le Soleil émet de l'énergie sous forme de rayonnement électromagnétique, principalement dans le domaine visible et ultraviolet. Une partie de ce rayonnement atteint la Terre.
- Albédo : Une fraction du rayonnement solaire incident est directement réfléchie vers l'espace par les surfaces claires (nuages, glaces, déserts). C'est l'albédo de la Terre. Plus l'albédo est élevé, moins la Terre absorbe d'énergie solaire. Les nuages et les calottes glaciaires ont un albédo élevé.
- Absorption et réémission : L'énergie solaire non réfléchie est absorbée par la surface terrestre (sols, océans, végétation) et l'atmosphère, ce qui réchauffe la planète. La Terre, à son tour, émet de l'énergie sous forme de rayonnement infrarouge (chaleur) vers l'espace.
- Effet de serre naturel : Certains gaz présents dans l'atmosphère, appelés gaz à effet de serre (GES) (vapeur d'eau, CO2, CH4, N2O), ont la propriété d'absorber une partie du rayonnement infrarouge émis par la Terre et de le réémettre dans toutes les directions, y compris vers la surface terrestre. Ce phénomène piège une partie de la chaleur et réchauffe l'atmosphère et la surface. Sans cet effet de serre naturel, la température moyenne de la Terre serait d'environ au lieu de . C'est un phénomène vital pour la vie sur Terre.
Le bilan radiatif est à l'équilibre lorsque l'énergie absorbée est égale à l'énergie réémise. Un déséquilibre, même faible, peut entraîner une variation de la température moyenne globale.
Les réservoirs de chaleur et de carbone
La Terre possède plusieurs grands réservoirs qui stockent la chaleur et le carbone, éléments clés du système climatique.
- Océans : Les océans sont de loin le plus grand réservoir de chaleur et de carbone sur Terre.
- Chaleur : Grâce à leur grande capacité thermique, ils absorbent une quantité énorme de chaleur de l'atmosphère, ralentissant ainsi le réchauffement atmosphérique. Cette chaleur est redistribuée par les courants marins.
- Carbone : Ils contiennent environ 50 fois plus de carbone dissous que l'atmosphère. Le CO2 atmosphérique se dissout dans l'eau de mer, et est aussi utilisé par le phytoplancton pour la photosynthèse. Cependant, la capacité d'absorption diminue avec l'augmentation de la température de l'eau et l'acidification.
- Atmosphère : C'est un réservoir dynamique de chaleur (via les GES) et de carbone (sous forme de CO2, CH4). Bien que sa quantité totale de carbone soit plus faible que celle des océans, l'atmosphère est le principal acteur des échanges rapides de carbone avec les autres réservoirs.
- Sols : Les sols contiennent d'importantes quantités de carbone organique, provenant de la décomposition de la matière végétale et animale. Ils sont le deuxième plus grand réservoir de carbone après les océans. La déforestation et l'agriculture intensive peuvent libérer ce carbone dans l'atmosphère.
- Végétation (Biosphère terrestre) : Les forêts, prairies et autres écosystèmes terrestres stockent du carbone dans la biomasse (troncs, feuilles, racines) par la photosynthèse. La déforestation réduit ce puits de carbone et libère le CO2 stocké.
Ces réservoirs échangent constamment carbone et chaleur, et leur équilibre est essentiel pour la stabilité climatique. Les activités humaines perturbent cet équilibre, notamment en ajoutant du carbone à l'atmosphère plus rapidement que les autres réservoirs ne peuvent l'absorber.


