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Comment savons-nous que l’augmentation récente du CO2 est due aux activités humaines ? (mise-à-jour)
Classé dans: Climate Science
Paleoclimate — eric @ 22 décembre 2004 - () () () Tweet
Tweetpar Eric Steig (traduit par Gilles Delaygue)
Note :Ceci est une mise-à-jour d’un article précédent, que beaucoup ont trouvé trop technique. L’original, ainsi qu’une série de commentaires, se trouvent ici.
Pendant les 150 dernières années, la concentration en dioxyde de carbone (CO2) a augmenté de 280 à 380 parties par million (ppm). Le fait que cette augmentation soit due pratiquement entièrement aux activités humaines est si bien établi qu’on le voit rarement remis en question. Pourtant, il est tout à fait raisonnable de se demander comment nous le savons.
L’une des façons de savoir que les activités humaines sont responsables de l’augmentation en CO2 est tout simplement de regarder les enregistrements historiques de ces activités. Depuis la Révolution Industrielle, nous avons brulé des combustibles fossiles, coupé et brulé des forêts à un rythme jamais atteint auparavant, et ces processus convertissent du carbone organique en CO2. Une comptabilisation minutieuse de la quantité extraite et brulée de combustible fossile, et de la surface déforestée, montre que nous avons émis beaucoup plus de CO2 qu’il n’en reste actuellement dans l’atmosphère. Les 500 milliards de tonnes de carbone, approximativement, que nous avons produit, sont suffisants pour augmenter la concentration atmosphérique du CO2 jusqu’à presque 500 ppm. La concentration n’a pourtant pas atteint ce niveau, parce que les océans et la biosphère ont la capacité d’absorber une partie de ce que nous produisons.* Néanmoins, c’est le fait que nous produisons du CO2 plus vite que les océans et la biosphère ne peuvent l’absorber qui explique l’augmentation observée.
Une autre méthode, complètement indépendante de la précédente, de savoir que ce sont bien les combustibles fossiles et la déforestation qui sont responsables de l’augmentation du CO2 pendant les derniers 150 ans est obtenue par la mesure des isotopes du carbone. Des isotopes sont simplement des atomes différents ayant le même comportement chimique (isotope signifie “même type”), mais de masses différentes. Le carbone est formé de trois isotopes différents, 14C, 13C and 12C. 12C est le plus commun. 13C représente environ 1% du total. 14C n’est présent qu’une fois sur mille milliards d’atomes de carbone.
Le CO2 produit par la combustion de bois ou de combustibles fossiles (hydrocarbures, charbon) a une composition isotopique très différente du CO2 atmosphérique. C’est à cause de la préférence des plantes pour les isotopes légers (12C par rapport à 13C), ainsi elles ont des rapports 13C/12C plus faibles. Comme les combustibles fossiles sont issus de plantes disparues, les plantes et les combustibles fossiles ont tous à peu près le même rapport 13C/12C –environ 2% plus bas que celui de l’atmosphère. Comme le CO2 de ces matières est émis et se mélange dans l’atmosphère, le rapport moyen 13C/12C de l’atmosphère décroît.
Les géochimistes des isotopes ont développé des séries temporelles de variations des concentrations atmosphériques en 14C et 13C. L’une des méthodes utilisées est de mesurer le rapport 13C/12C des cernes d’arbres, et d’utiliser ceci pour estimer ce même rapport pour le CO2 atmosphérique. Ca marche parce que durant la photosynthèse, les arbres absorbent leur carbone à partir de l’atmosphère et fixent ce carbone en matière organique sous forme de cernes, fournissant un instantané de la composition atmosphérique de cette époque. Si le rapport 13C/12C du CO2 atmosphérique monte ou descend, il en est de même pour le rapport 13C/12C des cernes d’arbres. Ce qui ne veut pas dire que les cernes d’arbre ont la même composition isotopique que l’atmosphère –comme mentionné précédemment les plantes ont une préférence pour les isotopes légers, mais tant que cette préférence ne change pas beaucoup, les variations des cernes d’arbre vont suivre celles de l’atmosphère.
Des séquences de cernes annuels d’arbres longues de plusieurs milliers d’années ont maintenant été analysées pour leur rapport 13C/12C. Puisque l’âge de chaque cerne est connu précisément** nous pouvons faire un graphe du rapport 13C/12C dans l’atmosphère au cours du temps. On trouve que jamais sur les derniers 10000 ans le rapport 13C/12C dans l’atmosphère n’a été plus bas qu’aujourd’hui. De plus, le rapport 13C/12C commence à diminuer de façon importante juste quand le CO2 commence à augmenter –vers 1850. C’est exactement ce à quoi on s’attend si l’augmentation du CO2 est bien due à l’utilisation de combustibles fossiles. De plus, nous pouvons suivre l’absorption du CO2 par les océans en mesurant le rapport 13C/12C des eaux de surface. Même si les données ne sont pas aussi complètes que pour les cernes d’arbres (nous avons seulement commencé ces mesures depuis quelques décennies), nous observons ce qui est attendu : le rapport 13C/12C des eaux de surface diminue. Des mesures de 13C/12C sur des coraux et des éponges –dont les squelettes carbonatés reflètent la composition chimique de l’océan comme les cernes d’arbres enregistrent celle de l’atmosphère– indiquent que cette diminution a commencé à peu près au même moment que dans l’atmosphère, c’est-à-dire lorsque la production anthropique de CO2 commença réellement à s’accélérer.*** En plus des données provenant des cernes d’arbres, il y a aussi des mesures du rapport 13C/12C sur le CO2 emprisonné dans les carottes de glace. Les données issues à la fois des cernes d’arbre et des carottes de glace montrent que la variation totale du rapport 13C/12C de l’atmosphère depuis 1850 est d’environ 0,15%. Ce qui parait très faible mais est en fait très important par rapport à la variabilité naturelle. Les résultats montrent que le changement total glaciaire-interglaciaire du rapport 13C/12C dans l’atmosphère –changement qui a pris plusieurs milliers d’années– était à peu près 0,03%, soit environ 5 fois moins que celui observé sur les derniers 150 ans.
Pour ceux qui désireraient plus de détails, voici quelques publications pertinentes :
Stuiver, M., Burk, R. L. and Quay, P. D. 1984. 13C/12C ratios and the transfer of biospheric carbon to the atmosphere. J. Geophys. Res. 89, 1731-1748.
Francey, R.J., Allison, C.E., Etheridge, D.M., Trudinger, C.M., Enting, I.G., Leuenberger, M., Langenfelds, R.L., Michel, E., Steele, L.P., 1999. A 1000-year high precision record of d13Cin atmospheric CO2. Tellus 51B, 170-193.
Quay, P.D., B. Tilbrook, C.S. Wong. Oceanic uptake of fossil fuel CO2: carbon-13 evidence. Science 256 (1992), 74-79
* Combien ils pourraient absorber sur le long terme est une question scientifique intéressante et importante, discutée en détails dans le Chapitre 3 du rapport du GIEC. Clairement, la cause fondamentale de l’augmentation observée depuis la période pré-industrielle provient de notre capacité à produire du CO2 plus rapidement que les océans et la biosphère ne peuvent l’absorber.
** Le développement de séries continues de cernes d’arbres remontant sur plusieurs milliers d’années, en utilisant des arbres qui se recouvrent dans le temps, est connu comme la dendrochronologie (voir les pages internet du laboratoire de l’Arizona sur les cernes d’abres pour plus d’informations).
***Un graphe illustrant les données des éponges se trouve ici. Merci à F. Boehm d’avoir indiqué ce lien.