Les grands dangers du réchauffement : Dorota Retelska, Dr ès Sciences

Les négociations climatiques tentent de maintenir le réchauffement de la planète en dessous de deux degrés Celsius, voire de 1,5 degrés. Pourquoi ? Le rapport du GIEC ne s’étend pas sur les conséquences d’un réchauffement plus important, il en mentionne juste les signes précurseurs.

Une aggravation du réchauffement aurait des conséquences très importantes pour la vie sur Terre, dont certaines paraissent déjà inévitables.

Fonte des glaciers de l’Antarctiques et montée du niveau de la mer

Le modèle climatique utilisé par le GIEC pour les rapports de 2013 et 2014 prédit une montée du niveau de la mer d’environ 90 cm en 2100, ce qui, avec l’augmentation des vagues et des tempêtes causerait déjà des dégâts considérables, impactant les villes et stérilisant les champs par des infiltrations d’eau salée. Ces dernières années, ce chiffre a été revu à la hausse à chaque nouveau rapport car la fonte des glaces dépasse les prévisions.

Elle atteint un degré inquiétant.  Les glaciers de l’Arctique et de l’Antarctique semblent fragilisés.

D’après Hansen, le modèle utilisé par le GIEC en 2013 ne semble pas bien décrire la réalité de la circulation océanique. Lorsque la glace fond, une stratification importante de la colonne d’eau se produit,  l’eau douce froide reste en surface et des courants de plus en plus chauds circulent à quelques centaines de mètres de profondeur. Ces courants sapent les bases des glaciers, comme plusieurs observations de l’Antarctique-Ouest et du plus grand glacier antarctique, le Totten, l’ont montré récemment.

Le niveau de la mer est déjà monté de plusieurs mètres par siècle par le passé

Le réchauffement climatique cause déjà la fonte des glaces polaires.  Les données paléontologiques et géologiques montrent que dans les périodes interglaciaires précédentes, le niveau de la mer est déjà monté de plusieurs mètres en un siècle, et le réchauffement actuel est beaucoup plus rapide que les événements naturels précédents.

Valérie Masson-Delmotte, élue co-présidente du GIEC en octobre 2015 a établi que lors de la dernière période interglaciaire, à l’époque MIS5 (il y a environ 120 000 ans), le niveau de la mer était de plusieurs mètres plus élevé que maintenant, et la température de quelques dixièmes de degré seulement supérieure à la température actuelle. Des traces d’érosion suggèrent qu’à la fin de cette période la montée du niveau de la mer s’est produite par sauts rapides, causés peut-être par des épisodes de fonte des glaces massive. La mer semble être montée de 2-3 mètres en quelques décennies. Des dépôts situés à près de 40 mètres au-dessus du niveau de la mer, à plus d’un kilomètre à l’intérieur des terres, ont probablement été formés par des vagues immenses.  La montée du niveau de la mer est probablement due à l’effondrement des plateformes glaciaires Antarctiques, qui étaient alors particulièrement exposées au soleil.  Les modèles actuels n’appréhendent peut-être pas correctement les mécanismes menant à la montée du niveau de la mer. L’inquiétude des scientifiques est qu’en atteignant la température du MIS5, nous déclenchions le même phénomène de forte montée de niveau de la mer (Hansen et al, 2015).

Les plateformes de glace de l’Antarctiques sont engagées dans la fonte

Le réchauffement climatique actuel est par ailleurs bien plus rapide que les évènements passés. L’Antarctique est peut-être moins exposée au soleil que dans les événements de fonte maximale, mais la fonte des glaces est inquiétante. Les inlandsis d’Antarctique-Ouest, la péninsule Antarctique Nord et Sud s’effondrent. La plateforme glaciaire d’Antarctique-Ouest semble maintenant dans un état de déclin irréversible, rien ne pourra freiner la fonte de ses 6 glaciers. Les bases des glaciers sont baignées par des courants de plus en plus chauds. Le plus grand glacier du monde, Totten, est aussi touché, et l’épaisseur de ses glaces diminue. Le sous-sol antarctique contient de la chaleur géothermique, qui pourrait accélérer la fonte des plateformes glaciaires et leur glissement vers la mer.  Elles contiennent assez de glace pour faire monter le niveau de la mer de plusieurs mètres. Cela pourrait prendre quelques centaines d’années, mais pourrait aussi se produire au cours de ce siècle. En se basant sur les observations de fonte de glace et les événements géologiques, Hansen a proposé un modèle où la fonte des glaces double tous les 10, 20 ou 50 ans.  Cette accélération décrit bien la fonte des glaces arctiques.   Elle peut en partie être expliquée par le fait que la glace fond d’abord en surface, puis l’eau s’infiltre dans le glacier et regèle progressivement. La température globale du glacier augmente, la rupture finale et la fonte se produisent vite, après une phase de fragilisation de la glace. Ce mécanisme a été bien observé au Groenland, et s ‘est aussi produit en Antarctique, lors de la rupture du Larsen B. En appliquant ce modèle où la vitesse de fonte de glace double aux immenses glaciers Antarctiques, Hansen et ses collaborateurs proposent une montée du niveau de la mer de 7 mètres en 50 à 200 ans (Hansen et al, 2015).

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Photo de la plateforme Antarctique Larsen B qui a perdu 3850 km2 de superficie en 35 jours en 2002. La plateforme était haute de 200 mètres.

Nous devrions alors observer ces prochaines années une accélération de la montée du niveau de la mer. En septembre 2015, j’ai contacté l’observatoire américain des océans (NOAA). D’après eux,  le niveau de la mer est monté rapidement en 2014, mais il pourrait s’agir d’une variation annuelle due au Nino.  Le Bangladesh a déclaré le 29 octobre 2015 qu’il a subi une forte montée du niveau de la mer entre 2013 et 2015. D’ici quelques années, nous pourrions avoir des preuves d’une accélération de la montée du niveau de la mer, signe d’une fonte massive des glaces et annonce d’inondations des côtes.  James Hansen, Valérie Masson-Delmotte et leurs collègues pensent que la montée du niveau de la mer sera accompagnée de vagues immenses et de tempêtes bien plus importantes que les ouragans actuels.

D’après eux, la fonte massive des glaces pourrait par contre limiter le réchauffement, à 3 degrés environ. Cet effet tampon, dû à l’eau froide qui s’étalerait sur la surface des océans,  pourrait durer des centaines d’années, mais à l’arrêt de la fonte des glaces, la température remonterait brusquement.

Arrêt de la circulation thermohaline

Le climat actuel est entre autres régulé par la circulation thermohaline. Un courant chaud remonte l’Atlantique le long de l’Afrique et de l’Europe. Près du Groenland, l’eau refroidit et plonge dans les profondeurs de l’océan Atlantique et revient au Sud au fond de l’océan. Les modèles climatiques ont prédit que la fonte des glaces pourrait interrompre cette circulation, comme cela s’est déjà produit dans l’Histoire de la Terre.  Elle est essentiellement entraînée par le refroidissement de l’eau salée et la plongée convective près du Groenland.  Mais la fonte des glaces libère une grande quantité d’eau douce dans la mer et diminue la densité de la surface, ce qui pourrait interrompre la descente du courant. Des données paléontologiques indiquent que la fonte des glaces a déjà provoqué l’arrêt de cette circulation par le passé.

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Schéma de la circulation thermohaline. Le courant chaud (rouge) circule à la surface des océans, le courant froid (bleu) circule à quelques milliers de mètres de profondeur.

L’évolution de la circulation thermohaline est observée depuis 20 ans par l’équipe de RAPID à 26,5° Nord dans l’Atlantique. Les scientifiques se sont rendu compte que la circulation océanique diminue dix fois plus vite qu’ils ne s’y attendaient.

La vitesse de la circulation océanique, mesurée en Sverdrup (Sv), qui représentent un débit d’un million de mètres cube par seconde, varie fortement suivant la période de l’année. La vitesse moyenne est de 18,7 Sv, avec un minimum de 4 Sv en février à un maximum de 34.9 Sv. Le cycle a une importante amplitude de 6,7 Sv, et est entraîné par le vent dans l’Atlantique -Est.

En 2009-2010, l’AMOC a baissé de 30%, avec une mesure en dessous de 0 en hiver 2010. Cette baisse était totalement inattendue, et plus forte que les variations habituelles. Elle a coïncidé avec un hiver extrêmement froid pour l’Europe. En 2009-2010, l’AMOC a baissé de 18,5 à 12.8 Sv en moyenne annuelle d’avril à mars. Le ralentissement a coïncidé avec un affaiblissement du retour de la circulation vers le Sud, à une profondeur de 3000 à 5000 mètres (Lower North Atlantic Deep Water). La circulation océanique transporte environ 1.3 PW d’énergie, et a baissé de 0,4 PW. Les eaux sont devenues plus froides au Nord et plus chaudes au Sud. Le réchauffement des tropiques a coïncidé avec une forte saison d’ouragans, la plus forte depuis 2005 (Srokosz et Bryden, Science, 2015).

La circulation thermohaline décline de 0,5 Sv par an, soit dix fois plus rapidement que les modèles climatiques ne l’ont prévu. Si ce déclin se poursuit au même rythme, elle s’arrêtera dans 35 à 40 ans, mais les mesures sont trop récentes pour permettre de prévoir son évolution (Srokosz, septembre 2015).

Cette année, une zone anormalement froide est apparue au Sud du Groenland. Elle pourrait être due à la fonte massive des glaces du Groenland, et signifier un ralentissement de la circulation océanique. Quand cela arrivera, les hivers en Europe pourraient être de 5 à 10 degrés plus froids (NASA), même si la température globale continuerait à monter. Une réduction de 30% a coïncidé avec une forte saison d’ouragans dans l’Atlantique tropical, l’arrêt conduirait à une accumulation d’eau chaude, ce qui pourrait causer des ouragans plus importants.  L’arrêt de la circulation thermohaline s’étendrait sur des centaines d’années, les hivers froids seraient compensés par l’avance du réchauffement après quelques dizaines d’années.

Dégel du permafrost sous-marin et terrestre

Le permafrost sibérien terrestre et sous-marin se réchauffe. Ces terres gelées depuis des milliers d’années contiennent des débris de plantes et d’animaux. Lorsqu’elles dégèlent, les restes organiques fermentent et le carbone devient du gaz carbonique ou du méthane.

La mer de Sibérie baigne des terres éternellement gelées. Elle recouvre la plus grande plate-forme continentale du monde, à une profondeur de 50-60 mètres,  constituée de permafrost sous-marin.  Celle-ci s’étend à 1500 mètres au large. Le bord, recouvert d’eau il y a plus de 1000 ans, est quasi dégelé. Plus près des côtes, le pergélisol submergé récemment est encore essentiellement gelé.

Le réchauffement de la mer, très fort dans cette région, peut conduire au dégel du permafrost sous-marin.  La disparition des glaces qui est déjà visible, avec l’augmentation des tempêtes dans la région, permet le passage du méthane libéré dans l’atmosphère. Les glaces ont diminué d’épaisseur d’1,1 m depuis les années 1930. Environ 10% de la surface de la mer est libre de glace en hiver.

Le dégel du permafrost libère le méthane contenu dans les glaces. Dans les fonds marins ce gaz existe aussi sous forme de clathrate de méthane, qui reste stable à basse température et à la pression due à la profondeur. L’évaporation du méthane augmente l’effet de serre que nous subissons actuellement, le dégel du permafrost recèle un grand danger.

Panaches de bulles de méthane

Cinq expéditions scientifiques russes ont examiné deux régions peu connues du plateau sous-marin Est-Sibérien entre 2011 et 2013.

 

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Carte d’une partie de la mer de Sibérie indiquant les zones d’observation de Natalia Shakova. (a) La zone P1 est située à la marge de la plate-forme continentale, la zone P2 proche du rivage est moins profonde et a été récemment submergée. (b) détail de la zone P2.

Les scientifiques ont observé l’état du permafrost sur le bord extérieur du plateau, à une profondeur de plus de 50 mètres (P1), au Nord-Ouest des Nouvelles îles Sibériennes.  Des très nombreux panaches de bulles de méthane s’échappent du fond marin, en « champs » de bulles entre 10 et  250 mètres de diamètre environ, incluant jusqu’à 700 jets.  L’absence de tapis bactériens au fond fait penser que le méthane est tout de suite dégagé vers la surface. Il ne semble pas se dissoudre dans l’eau, ce qui aurait permis à des bactéries méthanotrophes de s’en nourrir. Un nouvel appareil hydro-acoustique a été inventé pour compter les bulles, ce qui a permis de mesurer le dégagement de méthane.  Dans les régions peu profondes, 67-72% de bulles arrivent à la surface.  Les auteurs estiment que cette zone seule émet 7 Tg (teragrammes) de méthane par année. Les bulles étaient aussi collectées pour l’analyse de la composition (env 70% méthane), et filmées.

En 2013, déjà, la scientifique russe Natalia Shakova alertait sur l’accroissement des émissions de méthane de la mer de Sibérie. Elle estimait que 50 Gt de méthane pourraient être libérées en 3 à 100 ans. Elle estimait que le dégagement de méthane atteindra 15 teragrammes par année dans 15 ans , mais ses dernières observations de 7 Tg de dégagement de P1 laissent penser que le dégagement total de la plateforme Est-sibérienne pourrait déjà être supérieur. Elle décrit une zone à émissions intenses, mais d’autres parties de la plateforme émettent aussi du méthane. Elle craint que les émissions intenses de cette zone ne s’étendent à tout le plateau, mais il n’est pas certain qu’elles soient uniformes. La proportion de gaz qui passe dans l’atmosphère varie suivant la présence de la glace et la situation est aggravée par le dégel de la mer de Sibérie depuis quelques dizaines d’années.

Aujourd’hui, environ 10% de la surface du plateau Est-sibérien est libre de glace. C’est une surface plus grande que tout le permafrost sibérien terrestre.

L’absence de glace permet le passage de méthane dans l’atmosphère. Le gaz qui s’échappe du fond se dissout dans l’eau et, au bout d’un à trois ans, est dégradé par oxydation ou passe dans l’air.  Le méthane peut aussi être consommé et éliminé par une archée méthanotrophe marine ou des bactéries méthanotrophes terrestres. Cela permet d’étudier des solutions biotechnologiques, où les bactéries et les archées seraient utilisées pour dégrader le méthane.

Cependant, le gaz qui s’échappe en bulles dans des régions peu profondes arrive directement à la surface, et les tempêtes, qui perturbent la stratification de l’eau, favorisent encore la libération du méthane. Chaque année, plus de méthane s’évapore de la mer de Sibérie (Shakova 2015).

Le permafrost terrestre se réchauffe aussi et commence à dégeler. Là, le danger paraît moindre, car la terre dégelée semble libérer plutôt du gaz carbonique, alors que les terres inondées, fond marin ou lac, émettent du méthane. Cependant, il semble que plusieurs trous se soient formés ces dernières années suite des explosions de grandes quantités de gaz souterrain. Le sous-sol Sibérien pourrait receler d’importantes quantités de méthane.

Le dégagement de 50 gigatonnes de méthane aggraverait l’effet de serre et accélérerait le réchauffement de la planète à 2 degrés de 15 à 35 ans. Il augmenterait les impacts tels les vagues de chaleur, les inondations, la montée du niveau de la mer, les dégâts à l’agriculture et à la santé humaine. Il pourrait coûter 60 trillions de dollars à l’économie mondiale. Le réchauffement porte aussi le risque de feux de forêts. Lorsque les arbres brûlent, le carbone qui constitue leurs troncs se dégage sous forme de gaz carbonique. Les feux de forêts causent aussi une aggravation de l’effet de serre et une accélération du réchauffement.

A moins de mesures drastiques, nous allons vivre des changements climatiques d’envergure. Toutes les régions du monde seront balayées par des catastrophes et des climats variables, auxquels il faudra constamment s’adapter. Les émissions de méthane et les feux de forêt mènent à une augmentation de l’effet de serre. L’arrêt de la circulation océanique causera des hivers plus froids en Europe, mais des maxima de température plus élevés en Afrique, ce qui peut rendre la vie dans cette zone impossible. Il stabiliserait peut-être un peu les températures arctiques. Une fonte de glaces importante causerait l’inondation des mégapoles côtières et des tempêtes très fortes, mais pourrait limiter le réchauffement de l’atmosphère pour quelques centaines d’années.

 

Dorota Retelska

Références :

 

M.A. Srokosz et H.L. Bryden. Science 348(6241):1255575, 2015

 

Ice melt, sea level rise and superstorms: evidence from paleoclimate data, climate modeling, and modern observations that 2 °C global warming is highly dangerous – Hansen, M. Sato, P. Hearty, R. Ruedy, M. Kelley, V. Masson-Delmotte, G. Russell, G. Tselioudis, J. Cao, E. Rignot, I. Velicogna, E. Kandiano, K. von Schuckmann, P. Kharecha, A. N. Legrande, M. Bauer, and K.-W. Lo. Atmos. Chem. Phys. Discuss., 15, 20059-20179, 2015

 

OCEAN CIRCULATION. Observing the Atlantic Meridional Overturning Circulation yields a decade of inevitable surprises. M.A. Srokosz et H.L. Bryden. Science 348(6241):1255575, 2015

 

The East Siberian Arctic Shelf : towards further assessment of permafrost – related methane fluxes and role of sea ice :  Natalia Shakhova, Igor Semiletov, Valentin Sergienko, Leopold Lobkovsky, Vladimir Yusupov, Anatoly Salyuk, Alexander Salomatin, Denis Chernykh, Denis Kosmach, Gleb Panteleev, Dmitry Nicolsky, Vladimir Samarkin, Samantha Joye, Alexander Charkin, Oleg Dudarev, Alexander Meluzov, Orjan Gustafsson Philosophical Transactions A, 7 September 2015 vol373 p2052 (2015).

 

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