Structure et bilan des gaz dans l'atmosphère. Composition de l'atmosphère Composition de l'atmosphère terrestre

N’existe-t-il vraiment rien qui puisse réguler la quantité de gaz à effet de serre dans l’atmosphère ? Bien sûr que c’est possible. L'oxygène fait parfaitement ce travail. Mais le problème est que la population de la planète augmente inexorablement, ce qui signifie que de plus en plus d’oxygène est consommé. Notre seul salut est la végétation, notamment les forêts. Ils absorbent l’excès de dioxyde de carbone et libèrent beaucoup plus d’oxygène que ce que les humains consomment.

Effet de serre et climat terrestre

Quand on parle des conséquences de l’effet de serre, on comprend son impact sur le climat de la Terre. Tout d’abord, c’est le réchauffement climatique. Beaucoup de gens assimilent les concepts d'« effet de serre » et de « réchauffement climatique », mais ils ne sont pas égaux, mais interdépendants : le premier est la cause du second.

Le réchauffement climatique est directement lié aux océans. Voici un exemple de deux relations de cause à effet.

1. La température moyenne de la planète augmente, le liquide commence à s'évaporer. Cela s'applique également à l'océan mondial : certains scientifiques craignent que dans quelques centaines d'années, il ne commence à « s'assécher ».
2. Dans le même temps, en raison des températures élevées, les glaciers et la banquise commenceront à fondre activement dans un avenir proche. Cela entraînera inévitablement une augmentation du niveau de la mer.

Nous observons déjà des inondations régulières dans les zones côtières, mais si le niveau de l’océan mondial augmente de manière significative, toutes les zones terrestres voisines seront inondées et les récoltes périront.

Impact sur la vie des gens

N'oubliez pas qu'une augmentation de la température moyenne de la Terre affectera nos vies. Les conséquences peuvent être très graves. De nombreuses régions de notre planète, déjà sujettes à la sécheresse, deviendront absolument non viables et les gens commenceront à migrer en masse vers d'autres régions. Cela conduira inévitablement à des problèmes socio-économiques et au déclenchement des troisième et quatrième guerres mondiales. Manque de nourriture, destruction des récoltes, voilà ce qui nous attend au siècle prochain.

Mais faut-il attendre ? Ou est-il encore possible de changer quelque chose ? L’humanité peut-elle réduire les méfaits de l’effet de serre ?

Des actions qui peuvent sauver la Terre

Aujourd’hui, tous les facteurs nocifs qui conduisent à l’accumulation de gaz à effet de serre sont connus et nous savons ce qu’il faut faire pour y mettre un terme. Ne pensez pas qu’une seule personne ne changera rien. Bien sûr, seule l’humanité entière peut obtenir cet effet, mais qui sait : peut-être qu’une centaine de personnes supplémentaires lisent un article similaire en ce moment ?

Conservation des forêts

Arrêter la déforestation. Les plantes sont notre salut ! En outre, il est nécessaire non seulement de préserver les forêts existantes, mais également d’en planter activement de nouvelles.

Tout le monde devrait comprendre ce problème.

La photosynthèse est si puissante qu’elle peut nous fournir d’énormes quantités d’oxygène. Ce sera suffisant pour la vie normale des personnes et l'élimination des gaz nocifs de l'atmosphère.

Utilisation de véhicules électriques

Refus d'utiliser des véhicules à carburant. Chaque voiture émet chaque année une énorme quantité de gaz à effet de serre, alors pourquoi ne pas faire un choix plus sain pour l’environnement ? Les scientifiques nous proposent déjà des voitures électriques, des voitures respectueuses de l'environnement et qui ne consomment pas de carburant. L’inconvénient d’une voiture « à carburant » est une autre étape vers l’élimination des gaz à effet de serre. Partout dans le monde, on tente d’accélérer cette transition, mais jusqu’à présent, les développements modernes de telles machines sont loin d’être parfaits. Même au Japon, où ces voitures sont les plus utilisées, elles ne sont pas prêtes à passer complètement à leur utilisation.

Alternative aux carburants hydrocarbures

Invention des énergies alternatives. L’humanité ne reste pas immobile, alors pourquoi sommes-nous obligés d’utiliser le charbon, le pétrole et le gaz ? La combustion de ces composants naturels entraîne une accumulation de gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Il est donc temps de passer à une forme d’énergie respectueuse de l’environnement.

Nous ne pouvons pas abandonner complètement tout ce qui émet des gaz nocifs. Mais nous pouvons contribuer à augmenter l’oxygène dans l’atmosphère. Non seulement un vrai homme devrait planter un arbre, mais tout le monde doit le faire !

L'atmosphère (du grec atmoc - vapeur et sphère - boule) est la coque gazeuse (air) de la Terre, tournant avec elle. La vie sur Terre est possible tant que l’atmosphère existe. Tous les organismes vivants utilisent l’air atmosphérique pour respirer ; l’atmosphère protège des effets nocifs des rayons cosmiques et des températures destructrices pour les organismes vivants, le « souffle » froid de l’espace.

L'air atmosphérique est un mélange de gaz qui composent l'atmosphère terrestre. L'air est inodore, transparent, sa densité est de 1,2928 g/l, sa solubilité dans l'eau est de 29,18 cm~/l et à l'état liquide, il acquiert une couleur bleuâtre. La vie humaine est impossible sans air, sans eau et sans nourriture, mais si une personne peut vivre sans nourriture pendant plusieurs semaines, sans eau - pendant plusieurs jours, la mort par suffocation survient après 4 à 5 minutes.

Les principaux composants de l’atmosphère sont : l’azote, l’oxygène, l’argon et le dioxyde de carbone. En plus de l'argon, d'autres gaz inertes sont contenus en faibles concentrations. L'air atmosphérique contient toujours de la vapeur d'eau (environ 3 à 4 %) et des particules solides - de la poussière.

L'atmosphère terrestre est divisée en une homosphère inférieure (jusqu'à 100 km) avec une composition homogène de l'air de surface et en une hémosphère supérieure avec une composition chimique hétérogène. L'une des propriétés importantes de l'atmosphère est la présence d'oxygène. Il n’y avait pas d’oxygène dans l’atmosphère primaire de la Terre. Son apparition et son accumulation sont associées à la propagation des plantes vertes et au processus de photosynthèse. Grâce à l'interaction chimique des substances avec l'oxygène, les organismes vivants reçoivent l'énergie nécessaire à leur vie.

À travers l'atmosphère, l'échange de substances entre la Terre et l'espace a lieu, tandis que la Terre reçoit de la poussière cosmique et des météorites et perd les gaz les plus légers - l'hydrogène et l'hélium. L'atmosphère est imprégnée d'un puissant rayonnement solaire, qui détermine le régime thermique de la surface de la planète, provoque la dissociation des molécules de gaz atmosphériques et l'ionisation des atomes. La vaste et mince haute atmosphère est principalement constituée d’ions.

Les propriétés physiques et l'état de l'atmosphère changent au fil du temps : au cours de la journée, des saisons, des années - et dans l'espace, en fonction de l'altitude au-dessus du niveau de la mer, de la latitude et de la distance à l'océan.

La structure de l'atmosphère

L'atmosphère, dont la masse totale est de 5,15 10" tonnes, s'étend vers le haut depuis la surface de la Terre jusqu'à environ 3 000 km. La composition chimique et les propriétés physiques de l'atmosphère changent avec l'altitude, elle est donc divisée en troposphère, stratosphère, mésosphère, ionosphère (thermosphère) et exosphère.

La majeure partie de l'air dans l'atmosphère (jusqu'à 80 %) se trouve dans la couche inférieure du sol - la troposphère. L'épaisseur de la troposphère est en moyenne de 11 à 12 km : 8 à 10 km au-dessus des pôles, 16 à 18 km au-dessus de l'équateur. En s'éloignant de la surface de la Terre dans la troposphère, la température diminue de 6 "C par 1 km (Fig. 8). À une altitude de 18 à 20 km, la diminution douce de la température s'arrête, elle reste presque constante : - 60 ... - 70"C. Cette partie de l’atmosphère s’appelle la tropopause. La couche suivante - la stratosphère - occupe une hauteur de 20 à 50 km de la surface de la Terre. Le reste (20 %) de l'air y est concentré. Ici, la température augmente avec l'éloignement de la surface de la Terre de 1 à 2 "C pour 1 km et dans la stratopause à une altitude de 50 à 55 km, elle atteint 0" C. Plus loin, à une altitude de 55-80 km, se situe la mésosphère. En s'éloignant de la Terre, la température baisse de 2 à 3 "C par 1 km, et à une altitude de 80 km, en mésopause, elle atteint - 75... - 90 "C. La thermosphère et l'exosphère, occupant respectivement des altitudes de 80 à 1 000 et 1 000 à 2 000 km, sont les parties les plus raréfiées de l'atmosphère. Ici, on ne trouve que des molécules individuelles, des atomes et des ions de gaz, dont la densité est des millions de fois inférieure à celle de la surface de la Terre. Des traces de gaz ont été trouvées jusqu'à une altitude de 10 à 20 000 km.

L'épaisseur de la coque aérienne est relativement petite par rapport aux distances cosmiques : elle représente un quart du rayon de la Terre et un dix millième de la distance de la Terre au Soleil. La densité de l'atmosphère au niveau de la mer est de 0,001 g/cm~, soit mille fois inférieure à la densité de l'eau.

Il existe un échange constant de chaleur, d'humidité et de gaz entre l'atmosphère, la surface de la Terre et d'autres sphères de la Terre, qui, avec la circulation des masses d'air dans l'atmosphère, affecte les principaux processus de formation du climat. L’atmosphère protège les organismes vivants du puissant flux de rayonnement cosmique. Chaque seconde, un flux de rayons cosmiques frappe les couches supérieures de l'atmosphère : rayons gamma, rayons X, ultraviolets, visibles, infrarouges. S’ils atteignaient tous la surface de la Terre, ils détruiraient toute vie en quelques instants.

L'écran d'ozone a la valeur protectrice la plus importante. Elle est située dans la stratosphère à une altitude de 20 à 50 km de la surface terrestre. La quantité totale d'ozone (Oz) dans l'atmosphère est estimée à 3,3 milliards de tonnes. L'épaisseur de cette couche est relativement faible : au total elle est de 2 mm à l'équateur et de 4 mm aux pôles dans des conditions normales. La concentration maximale d'ozone - 8 parties par million de parties d'air - se situe à une altitude de 20 à 25 km.

L’objectif principal de l’écran d’ozone est qu’il protège les organismes vivants des rayons ultraviolets durs. Une partie de son énergie est dépensée pour la réaction : SO2 ↔ SỐ 3. L'écran d'ozone absorbe les rayons ultraviolets d'une longueur d'onde d'environ 290 nm ou moins, de sorte que les rayons ultraviolets, bénéfiques pour les animaux supérieurs et les humains et nocifs pour les micro-organismes, atteignent la surface de la Terre. La destruction de la couche d'ozone, constatée au début des années 1980, s'explique par l'utilisation de fréons dans les groupes frigorifiques et le rejet dans l'atmosphère des aérosols utilisés dans la vie quotidienne. Les émissions de fréon dans le monde atteignaient alors 1,4 million de tonnes par an, et la contribution des différents pays à la pollution de l'air par les fréons était de : 35 % - les États-Unis, 10 % chacun - le Japon et la Russie, 40 % - les pays de la CEE, 5 % - autres pays. Des mesures coordonnées ont permis de réduire les rejets de fréons dans l'atmosphère. Les vols d’avions supersoniques et d’engins spatiaux ont un impact dévastateur sur la couche d’ozone.

L'atmosphère protège la Terre de nombreuses météorites. Chaque seconde, jusqu'à 200 millions de météorites pénètrent dans l'atmosphère, visibles à l'œil nu, mais brûlent dans l'atmosphère. Les petites particules de poussière cosmique ralentissent leur mouvement dans l'atmosphère. Environ 10" de petites météorites tombent sur la Terre chaque jour. Cela entraîne une augmentation de la masse terrestre de 1 000 tonnes par an. L'atmosphère est un filtre calorifuge. Sans l'atmosphère, la différence de température sur Terre par jour atteindrait 200"C (de 100"C l'après-midi à - 100"C la nuit).

La composition relativement constante de l'air atmosphérique dans la troposphère est de la plus haute importance pour tous les organismes vivants. L'équilibre des gaz dans l'atmosphère est maintenu grâce aux processus constants de leur utilisation par les organismes vivants et de la libération de gaz dans l'atmosphère. L'azote est libéré lors de processus géologiques puissants (éruptions volcaniques, tremblements de terre) et lors de la décomposition des composés organiques. L'azote est éliminé de l'air en raison de l'activité des bactéries nodulaires.

Cependant, ces dernières années, l'équilibre de l'azote dans l'atmosphère a été modifié en raison des activités économiques humaines. La fixation de l'azote lors de la production d'engrais azotés a considérablement augmenté. On suppose que le volume de fixation industrielle de l’azote augmentera considérablement dans un avenir proche et dépassera son rejet dans l’atmosphère. La production d’engrais azotés devrait doubler tous les 6 ans. Cela répond aux besoins agricoles croissants en engrais azotés. Cependant, la question de la compensation de l’élimination de l’azote de l’air atmosphérique reste en suspens. Cependant, en raison de l’énorme quantité totale d’azote dans l’atmosphère, ce problème n’est pas aussi grave que celui de l’équilibre entre l’oxygène et le dioxyde de carbone.

Il y a environ 3,5 à 4 milliards d'années, la teneur en oxygène de l'atmosphère était 1 000 fois inférieure à celle d'aujourd'hui, car il n'y avait pas de principaux producteurs d'oxygène - les plantes vertes. Le rapport actuel entre l'oxygène et le dioxyde de carbone est maintenu par l'activité vitale des organismes vivants. Grâce à la photosynthèse, les plantes vertes consomment du dioxyde de carbone et libèrent de l’oxygène. Il est utilisé pour la respiration de tous les organismes vivants. Les processus naturels de consommation de CO3 et d'O2 et leur rejet dans l'atmosphère sont bien équilibrés.

Avec le développement de l’industrie et des transports, l’oxygène est utilisé dans les processus de combustion en quantités toujours croissantes. Par exemple, lors d’un vol transatlantique, un avion à réaction brûle 35 tonnes d’oxygène. Une voiture de tourisme consomme les besoins quotidiens en oxygène d'une personne tous les 1,5 mille kilomètres (en moyenne, une personne consomme 500 litres d'oxygène par jour, faisant passer 12 tonnes d'air dans les poumons). Selon les experts, la combustion de différents types de combustibles nécessite désormais de 10 à 25 % de l'oxygène produit par les plantes vertes. L'apport d'oxygène à l'atmosphère diminue en raison d'une réduction des superficies de forêts, de savanes, de steppes et d'une augmentation des zones désertiques, de la croissance des villes et des autoroutes de transport. Le nombre de producteurs d’oxygène parmi les plantes aquatiques diminue en raison de la pollution des rivières, des lacs, des mers et des océans. On estime qu’au cours des 150 à 180 prochaines années, la quantité d’oxygène dans l’atmosphère sera réduite d’un tiers par rapport à sa teneur actuelle.

L’utilisation des réserves d’oxygène augmente en même temps qu’une augmentation équivalente des rejets de dioxyde de carbone dans l’atmosphère. Selon l'ONU, au cours des 100 dernières années, la quantité de CO~ dans l'atmosphère terrestre a augmenté de 10 à 15 %. Si la tendance souhaitée se poursuit, la quantité de CO~ dans l’atmosphère pourrait augmenter de 25 % au cours du troisième millénaire, soit de 0,0324 à 0,04 % du volume d'air atmosphérique sec. Une légère augmentation du dioxyde de carbone dans l'atmosphère a un effet positif sur la productivité des plantes agricoles. Ainsi, lorsque l'air des serres est saturé de dioxyde de carbone, le rendement des légumes augmente en raison de l'intensification du processus de photosynthèse. Cependant, avec l’augmentation du COz dans l’atmosphère, des problèmes mondiaux complexes apparaissent, qui seront abordés ci-dessous.

L'atmosphère est l'un des principaux facteurs météorologiques et climatiques. Le système de formation du climat comprend l’atmosphère, les océans, la surface terrestre, la cryosphère et la biosphère. La mobilité et les caractéristiques inertielles de ces composants sont différentes ; ils ont des temps de réaction différents aux perturbations externes des systèmes adjacents. Ainsi, pour l’atmosphère et la surface terrestre, le délai de réponse est de plusieurs semaines ou mois. L'atmosphère est associée à des processus de circulation d'humidité, de transfert de chaleur et d'activité cyclonique.

L'effet de serre dans l'atmosphère de notre planète est dû au fait que le flux d'énergie dans la gamme infrarouge du spectre, s'élevant de la surface de la Terre, est absorbé par les molécules de gaz atmosphériques et renvoyé dans différentes directions. en conséquence, la moitié de l'énergie absorbée par les molécules de gaz à effet de serre retourne à la surface de la Terre, provoquant son réchauffement Il est à noter que l'effet de serre est un phénomène atmosphérique naturel (Fig. 5). S'il n'y avait aucun effet de serre sur Terre, la température moyenne sur notre planète serait d'environ -21°C, mais grâce aux gaz à effet de serre, elle est de +14°C. Par conséquent, en théorie pure, l’activité humaine associée à la libération de gaz à effet de serre dans l’atmosphère terrestre devrait conduire à un réchauffement supplémentaire de la planète. Les principaux gaz à effet de serre, par ordre d'impact estimé sur le bilan thermique de la Terre, sont la vapeur d'eau (36 à 70 %), le dioxyde de carbone (9 à 26 %), le méthane (4 à 9 %), les halocarbures et l'oxyde nitrique.

Riz.

Les centrales électriques au charbon, les cheminées d’usines, les gaz d’échappement des voitures et d’autres sources de pollution d’origine humaine émettent chaque année environ 22 milliards de tonnes de dioxyde de carbone et d’autres gaz à effet de serre dans l’atmosphère. L’élevage de bétail, l’utilisation d’engrais, la combustion du charbon et d’autres sources produisent environ 250 millions de tonnes de méthane par an. Environ la moitié de tous les gaz à effet de serre émis par l’humanité restent dans l’atmosphère. Environ les trois quarts de toutes les émissions anthropiques de gaz à effet de serre au cours des 20 dernières années sont dues à l’utilisation du pétrole, du gaz naturel et du charbon (Figure 6). Une grande partie du reste est causée par des changements dans le paysage, principalement la déforestation.

Riz.

vapeur d'eau- le gaz à effet de serre le plus important aujourd'hui. Cependant, la vapeur d’eau est également impliquée dans de nombreux autres processus, ce qui rend son rôle très ambigu selon les conditions.

Tout d'abord, lors de l'évaporation de la surface de la Terre et de la condensation supplémentaire dans l'atmosphère, jusqu'à 40 % de toute la chaleur entrant dans l'atmosphère est transférée vers les couches inférieures de l'atmosphère (troposphère) en raison de la convection. Ainsi, lorsque la vapeur d’eau s’évapore, elle abaisse légèrement la température de surface. Mais la chaleur dégagée par la condensation dans l’atmosphère va la réchauffer, puis la surface de la Terre elle-même.

Mais après la condensation de la vapeur d'eau, des gouttelettes d'eau ou des cristaux de glace se forment, qui participent intensément aux processus de diffusion de la lumière solaire, réfléchissant une partie de l'énergie solaire vers l'espace. Les nuages, qui ne sont que des accumulations de ces gouttelettes et cristaux, augmentent la part de l'énergie solaire (albédo) réfléchie par l'atmosphère elle-même vers l'espace (et les précipitations des nuages ​​peuvent alors tomber sous forme de neige, augmentant l'albédo de la surface). ).

Cependant, la vapeur d’eau, même condensée en gouttelettes et en cristaux, présente toujours de puissantes bandes d’absorption dans la région infrarouge du spectre, ce qui signifie que le rôle de ces mêmes nuages ​​est loin d’être clair. Cette dualité est particulièrement visible dans les cas extrêmes suivants - lorsque le ciel est couvert de nuages ​​par temps d'été ensoleillé, la température de surface diminue, et si la même chose se produit une nuit d'hiver, alors, au contraire, elle augmente. Le résultat final est également influencé par la position des nuages ​​- à basse altitude, les nuages ​​épais réfléchissent beaucoup d'énergie solaire, et la balance peut dans ce cas être en faveur de l'effet anti-effet de serre, mais à haute altitude, de fins cirrus les nuages ​​transmettent beaucoup d'énergie solaire vers le bas, mais même les nuages ​​​​minces constituent des obstacles presque insurmontables au rayonnement infrarouge et, ici, nous pouvons parler de la prédominance de l'effet de serre.

Une autre caractéristique de la vapeur d'eau - une atmosphère humide contribue dans une certaine mesure à la liaison d'un autre gaz à effet de serre - le dioxyde de carbone, et à son transfert par les précipitations vers la surface de la Terre, où, à la suite de processus ultérieurs, il peut être consommé dans la formation de carbonates et de minéraux combustibles.

L'activité humaine a un effet direct très faible sur la teneur en vapeur d'eau de l'atmosphère - uniquement en raison de l'augmentation de la superficie des terres irriguées, des modifications de la superficie des marécages et du travail énergétique, qui est négligeable contre le fond d'évaporation de toute la surface de l'eau de la Terre et l'activité volcanique. Pour cette raison, on n’y prête souvent que peu d’attention lorsqu’on considère le problème de l’effet de serre.

Cependant, l’effet indirect sur la teneur en vapeur d’eau peut être très important, en raison des rétroactions entre la teneur en vapeur d’eau atmosphérique et le réchauffement provoqué par d’autres gaz à effet de serre, que nous allons maintenant considérer.

On sait qu’à mesure que la température augmente, l’évaporation de la vapeur d’eau augmente également et que tous les 10 °C, la teneur possible en vapeur d’eau dans l’air double presque. Par exemple, à 0 °C, la pression de vapeur saturée est d'environ 6 Mo, à +10 °C - 12 Mo et à +20 °C - 23 Mo.

On peut voir que la teneur en vapeur d'eau dépend fortement de la température, et lorsqu'elle diminue pour une raison quelconque, d'une part, l'effet de serre de la vapeur d'eau elle-même diminue (en raison de la diminution de la teneur), et d'autre part, la condensation de la vapeur d'eau se produit, ce qui, bien sûr, inhibe fortement la baisse de température due au dégagement de chaleur de condensation, mais après condensation, la réflexion de l'énergie solaire augmente, à la fois dans l'atmosphère elle-même (diffusion sur les gouttelettes et les cristaux de glace) et en surface (chutes de neige) , ce qui abaisse encore la température.

À mesure que la température augmente, la teneur en vapeur d'eau dans l'atmosphère augmente, son effet de serre augmente, ce qui intensifie l'augmentation initiale de la température. En principe, la nébulosité augmente également (plus de vapeur d'eau pénètre dans les zones relativement froides), mais extrêmement faiblement - selon I. Mokhov, environ 0,4% par degré de réchauffement, ce qui ne peut pas grandement affecter l'augmentation de la réflexion de l'énergie solaire.

Gaz carbonique- le deuxième contributeur actuel à l'effet de serre, ne gèle pas lorsque la température baisse et continue de créer un effet de serre même aux températures les plus basses possibles dans les conditions terrestres. C'est probablement précisément grâce à l'accumulation progressive de dioxyde de carbone dans l'atmosphère résultant de l'activité volcanique que la Terre a pu sortir de l'état de puissantes glaciations (lorsque même l'équateur était recouvert d'une épaisse couche de glace), dans lequel il est tombé au début et à la fin du Protérozoïque.

Le dioxyde de carbone est impliqué dans un puissant cycle du carbone dans le système lithosphère-hydrosphère-atmosphère, et les changements du climat terrestre sont principalement associés à des changements dans l'équilibre de son entrée et de son élimination de l'atmosphère.

En raison de la solubilité relativement élevée du dioxyde de carbone dans l'eau, la teneur en dioxyde de carbone dans l'hydrosphère (principalement les océans) est désormais de 4x104 Gt (gigatonnes) de carbone (à partir de là, les données sur le CO2 en termes de carbone sont données), y compris les couches profondes (Putvinsky, 1998). L'atmosphère contient actuellement environ 7,5 x 102 Gt de carbone (Alekseev et al., 1999). La teneur en CO2 dans l'atmosphère n'était pas toujours faible - par exemple, à l'Archéen (il y a environ 3,5 milliards d'années), l'atmosphère était composée de près de 85 à 90 % de dioxyde de carbone, à une pression et une température nettement plus élevées (Sorokhtin, Ushakov, 1997). Cependant, l'apport de masses importantes d'eau à la surface de la Terre à la suite du dégazage de l'intérieur, ainsi que l'émergence de la vie, ont assuré la liaison de la quasi-totalité de l'atmosphère et d'une partie importante du dioxyde de carbone dissous dans l'eau sous forme de carbonates (environ 5,5 x 107 Gt de carbone sont stockées dans la lithosphère (rapport du GIEC, 2000)) . En outre, le dioxyde de carbone a commencé à être converti par les organismes vivants en diverses formes de minéraux combustibles. En outre, la séquestration d'une partie du dioxyde de carbone s'est également produite en raison de l'accumulation de biomasse, dont les réserves totales de carbone sont comparables à celles de l'atmosphère et, compte tenu du sol, elles sont plusieurs fois plus élevées.

Cependant, nous nous intéressons avant tout aux flux qui apportent du dioxyde de carbone à l’atmosphère et l’en extraient. La lithosphère fournit désormais un très petit flux de dioxyde de carbone entrant dans l'atmosphère, principalement en raison de l'activité volcanique – environ 0,1 Gt de carbone par an (Putvinsky, 1998). Des flux significativement importants sont observés dans l'océan (ainsi que les organismes qui y vivent) - l'atmosphère, et dans le biote terrestre - les systèmes atmosphériques. Environ 92 Gt de carbone pénètrent chaque année dans l’océan depuis l’atmosphère et 90 Gt retournent dans l’atmosphère (Putvinsky, 1998). Ainsi, l’océan élimine chaque année environ 2 Gt de carbone de l’atmosphère. Dans le même temps, au cours des processus de respiration et de décomposition des êtres vivants terrestres morts, environ 100 Gt de carbone par an pénètrent dans l'atmosphère. Au cours des processus de photosynthèse, la végétation terrestre élimine également environ 100 Gt de carbone de l'atmosphère (Putvinsky, 1998). Comme nous pouvons le constater, le mécanisme d’absorption et d’élimination du carbone de l’atmosphère est assez équilibré, fournissant des flux à peu près égaux. L'activité humaine moderne inclut dans ce mécanisme un flux supplémentaire toujours croissant de carbone dans l'atmosphère en raison de la combustion de combustibles fossiles (pétrole, gaz, charbon, etc.) - selon les données, par exemple, pour la période 1989-99, une moyenne d'environ 6,3 Gt par an. En outre, le flux de carbone dans l'atmosphère augmente en raison de la déforestation et du brûlage partiel des forêts - jusqu'à 1,7 Gt par an (rapport du GIEC, 2000), tandis que l'augmentation de la biomasse contribuant à l'absorption du CO2 n'est que d'environ 0,2 Gt par an. au lieu de presque 2 Gt par an. Même en tenant compte de la possibilité d'absorption d'environ 2 Gt de carbone supplémentaire par l'océan, il subsiste toujours un flux supplémentaire assez important (actuellement de l'ordre de 6 Gt par an), augmentant la teneur en dioxyde de carbone de l'atmosphère. De plus, l'absorption de dioxyde de carbone par l'océan pourrait diminuer dans un avenir proche, et même le processus inverse est possible : la libération de dioxyde de carbone par l'océan mondial. Cela est dû à une diminution de la solubilité du dioxyde de carbone avec l'augmentation de la température de l'eau - par exemple, lorsque la température de l'eau augmente de seulement 5 à 10 ° C, le coefficient de solubilité du dioxyde de carbone diminue d'environ 1,4 à 1,2.

Ainsi, le flux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère provoqué par les activités économiques n'est pas important par rapport à certains flux naturels, mais sa non-compensation conduit à l'accumulation progressive de CO2 dans l'atmosphère, ce qui détruit l'équilibre des entrées et sorties de CO2 qui s'est développé au fil du temps. des milliards d'années d'évolution de la Terre et de la vie qui y vit.

De nombreux faits du passé géologique et historique indiquent un lien entre le changement climatique et les fluctuations des gaz à effet de serre. Il y a 4 à 3,5 milliards d’années, la luminosité du Soleil était environ 30 % inférieure à celle d’aujourd’hui. Cependant, même sous les rayons du jeune et « pâle » Soleil, la vie s’est développée sur Terre et des roches sédimentaires se sont formées : au moins sur une partie de la surface terrestre, la température était supérieure au point de congélation de l’eau. Certains scientifiques suggèrent qu'à cette époque, l'atmosphère terrestre contenait 1 000 fois plus d'axes gaz carbonique qu'aujourd'hui, et cela a compensé le manque d'énergie solaire, puisqu'une plus grande partie de la chaleur émise par la Terre est restée dans l'atmosphère. L’effet de serre croissant pourrait être l’une des raisons du climat exceptionnellement chaud plus tard dans l’ère mésozoïque (l’âge des dinosaures). Selon une analyse de restes fossiles, la Terre à cette époque était de 10 à 15 degrés plus chaude qu'elle ne l'est aujourd'hui. Il convient de noter qu'il y a 100 millions d'années et avant, les continents occupaient une position différente de celle de notre époque et que la circulation océanique était également différente, de sorte que le transfert de chaleur des tropiques vers les régions polaires pourrait être plus important. Cependant, les calculs d'Eric J. Barron, aujourd'hui à l'Université de Pennsylvanie, et d'autres chercheurs indiquent que la géographie paléocontinentale pourrait n'être responsable que de la moitié du réchauffement mésozoïque. Le reste du réchauffement peut facilement s’expliquer par la hausse des niveaux de dioxyde de carbone. Cette hypothèse a été avancée pour la première fois par les scientifiques soviétiques A. B. Ronov de l'Institut hydrologique d'État et M. I. Budyko de l'Observatoire géophysique principal. Les calculs soutenant cette proposition ont été effectués par Eric Barron et Starley L. Thompson du Centre national de recherche atmosphérique (NCAR). À partir d'un modèle géochimique développé par Robert A. Berner et Antonio C. Lasaga de l'Université de Yale et feu Robert. Les champs de l'État du Texas se sont transformés en désert après une sécheresse qui a duré un certain temps en 1983. Ce tableau, comme le montrent les calculs utilisant des modèles informatiques, peut être observé dans de nombreux endroits si, en raison du réchauffement climatique, l'humidité du sol diminue dans le centre régions des continents, où est concentrée la production céréalière.

M. Garrels de l'Université de Floride du Sud, il s'ensuit que du dioxyde de carbone pourrait être libéré lors d'une activité volcanique exceptionnellement forte sur les dorsales médio-océaniques, où la montée du magma forme un nouveau fond océanique. Des preuves directes d’un lien au cours des glaciations entre les gaz à effet de serre atmosphériques et le climat peuvent être « extraites » des bulles d’air incluses dans la glace de l’Antarctique, qui se sont formées dans l’Antiquité à la suite du compactage des chutes de neige. Une équipe de chercheurs dirigée par Claude Laurieux du Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de Grenoble a étudié une colonne de glace de 2 000 m de long (correspondant à une période de 160 000 ans) obtenue par des chercheurs soviétiques de la station Vostok en Antarctique. L'analyse en laboratoire des gaz contenus dans cette colonne de glace a montré que dans l'atmosphère ancienne, les concentrations de dioxyde de carbone et de méthane variaient de concert et, plus important encore, « au fil du temps » avec les changements de la température locale moyenne (elle était déterminée par le rapport des concentrations d'isotopes d'hydrogène dans les molécules d'eau ). Au cours de la dernière période interglaciaire, qui a duré 10 000 ans, et pendant la période interglaciaire qui l'a précédée (il y a 130 000 ans), qui a également duré 10 000 ans, la température moyenne dans cette zone était de 10 degrés plus élevée que pendant les glaciations. (En général, la Terre était 5 degrés plus chaude pendant ces périodes.) Durant ces mêmes périodes, l'atmosphère contenait 25 % plus de dioxyde de carbone et 100 070 fois plus de méthane que pendant les glaciations. On ne sait pas clairement si les changements dans les gaz à effet de serre en sont la cause et le changement climatique la conséquence, ou vice versa. Très probablement, les glaciations ont été causées par des changements dans l'orbite terrestre et par la dynamique particulière de l'avancée et du retrait des glaciers ; cependant, ces fluctuations climatiques peuvent avoir été amplifiées par des changements dans le biote et des fluctuations de la circulation océanique qui influencent la teneur en gaz à effet de serre de l'atmosphère. Des données encore plus détaillées sur les fluctuations des gaz à effet de serre et le changement climatique sont disponibles pour les 100 dernières années, au cours desquelles les concentrations de dioxyde de carbone ont encore augmenté de 25 % et celles de méthane de 100 %. Le « record » de température mondiale moyenne au cours des 100 dernières années a été examiné par deux équipes de chercheurs, dirigées par James E. Hansen de l'Institut Goddard d'études spatiales de la National Aeronautics and Space Administration, et T. M. L. Wigley de la Division climatique de l'Université de l'Est. Angleterre.

La rétention de chaleur par l'atmosphère est la principale composante du bilan énergétique de la Terre (Fig. 8). Environ 30 % de l'énergie provenant du Soleil est réfléchie (à gauche) par les nuages, les particules ou la surface de la Terre ; les 70 % restants sont absorbés. L'énergie absorbée est réémise dans l'infrarouge par la surface de la planète.

Riz.

Ces scientifiques ont utilisé des mesures provenant de stations météorologiques réparties sur tous les continents (l'équipe de la Division Climat a également inclus dans l'analyse des mesures en mer). Dans le même temps, les deux groupes ont adopté des méthodes différentes pour analyser les observations et prendre en compte les « distorsions » liées, par exemple, au fait que certaines stations météorologiques « se sont déplacées » vers un autre endroit en cent ans, et que certaines situées dans des villes ont donné des données qui ont été « contaminées » par l'influence de la chaleur générée par les entreprises industrielles ou accumulée pendant la journée par les bâtiments et les trottoirs. Ce dernier effet, conduisant à l’émergence d’îlots de chaleur, est très sensible dans les pays développés, comme les États-Unis. Cependant, même si la correction calculée pour les États-Unis (dérivée par Thomas R. Carl du National Climatic Data Center d'Asheville, Caroline du Nord et P. D. Jones de l'Université d'East Anglia) est étendue à toutes les données du globe, en les deux entrées, il restera "<реальное» потепление величиной 0,5 О С, относящееся к последним 100 годам. В согласии с общей тенденцией 1980-е годы остаются самым теплым десятилетием, а 1988, 1987 и 1981 гг. - наиболее теплыми годами (в порядке перечисления). Можно ли считать это «сигналом» парникового потепления? Казалось бы, можно, однако в действительности факты не столь однозначны. Возьмем для примера такое обстоятельство: вместо неуклонного потепления, какое можно ожидать от парникового эффекта, быстрое повышение температуры, происходившее до конца второй мировой войны, сменилось небольшим похолоданием, продлившимся до середины 1970-х годов, за которым последовал второй период быстрого потепления, продолжающийся по сей день. Какой характер примет изменение температуры в ближайшее время? Чтобы дать такой прогноз, необходимо ответить на три вопроса. Какое количество диоксида углерода и других парниковых газов будет выброшено в атмосферу? Насколько при этом возрастет концентрация этих газов в атмосфере? Какой климатический эффект вызовет это повышение концентрации, если будут действовать естественные и антропогенные факторы, которые могут ослаблять или усиливать климатические изменения? Прогноз выбросов - нелегкая задача для исследователей, занимающихся анализом человеческой деятельности. Какое количество диоксида углерода попадет в атмосферу, зависит главным образом от того, сколько ископаемого топлива будет сожжено и сколько лесов вырублено (последний фактор ответствен за половину прироста парниковых газов с 1800 г. и за 20070прироста в наше время). И тот и другой фактор зависят в свою очередь от множества причин. Так, на потреблении ископаемого топлива сказываются рост населения, переход к альтернативным источникам энергии и меры по экономии энергии, а также состояние мировой экономики. Прогнозы в основном сводятся к тому, что потребление ископаемого топлива на земном шаре в целом будет увеличиваться примерно с той же скоростью, что и сегодня намного медленнее, чем до энергетического кризиса 1970-х годов. В результате эмиссия (поступление в атмосферу) диоксида углерода в ближайшие несколько десятилетий, будет увеличиваться на 0,5-2070 в год. Другие парниковые газы, такие как ХФУ, оксиды азота и тропосферный озон, могут вносить в потепление климата почти столь же большой вклад, что и диоксид углерода, хотя в атмосферу их попадает значительно меньше: объясняется это тем, что они более эффективно поглощают солнечную радиацию. Предсказать, какова будет эмиссия этих газов - задача еще более трудная. Так, например, не вполне ясно происхождение некоторых газов, в частности метана; величина выбросов других газов, таких как ХФУ или озон, будет зависеть от того, какие изменения в технологии и политике произойдут в ближайшем будущем.

Échange de carbone entre l’atmosphère et différents « réservoirs » sur Terre (Fig. 9). Chaque chiffre indique, en milliards de tonnes, l'entrée ou la sortie de carbone (sous forme de dioxyde) par an ou son stock dans le réservoir. Ces cycles naturels, l'un sur terre et l'autre sur l'océan, éliminent autant de dioxyde de carbone de l'atmosphère qu'ils en ajoutent, mais les activités humaines telles que la déforestation et la combustion de combustibles fossiles entraînent une baisse des niveaux de carbone dans l'atmosphère qui augmentent chaque année de 3 milliards. tonnes. Données tirées des travaux de Bert Bohlin de l'Université de Stockholm

Figure 9

Supposons que nous ayons une prévision raisonnable de l’évolution des émissions de dioxyde de carbone. Quels changements dans ce cas se produiront avec la concentration de ce gaz dans l'atmosphère ? Le dioxyde de carbone atmosphérique est « consommé » par les plantes, ainsi que par l’océan, où il est utilisé dans des processus chimiques et biologiques. À mesure que la concentration de dioxyde de carbone atmosphérique change, le taux de « consommation » de ce gaz changera probablement. En d’autres termes, les processus qui provoquent des modifications de la teneur en dioxyde de carbone atmosphérique doivent inclure une rétroaction. Le dioxyde de carbone est la « matière première » de la photosynthèse chez les plantes, donc sa consommation par les plantes augmentera probablement à mesure qu'il s'accumule dans l'atmosphère, ce qui ralentira cette accumulation. De même, étant donné que la teneur en dioxyde de carbone des eaux de surface des océans est à peu près en équilibre avec sa teneur dans l’atmosphère, l’augmentation de l’absorption de dioxyde de carbone par l’eau des océans ralentira son accumulation dans l’atmosphère. Il se peut cependant que l’accumulation de dioxyde de carbone et d’autres gaz à effet de serre dans l’atmosphère déclenche des mécanismes de rétroaction positive qui accroissent l’effet climatique. Ainsi, un changement climatique rapide pourrait conduire à la disparition de certaines forêts et d’autres écosystèmes, ce qui affaiblirait la capacité de la biosphère à absorber le dioxyde de carbone. De plus, le réchauffement pourrait entraîner une libération rapide du carbone stocké dans la matière organique morte du sol. Ce carbone, qui représente deux fois la quantité présente dans l’atmosphère, est continuellement converti en dioxyde de carbone et en méthane par les bactéries du sol. Le réchauffement pourrait accélérer leur fonctionnement, entraînant une augmentation des émissions de dioxyde de carbone (provenant des sols secs) et de méthane (provenant des rizières, des décharges et des zones humides). Une grande quantité de méthane est également stockée dans les sédiments du plateau continental et sous la couche de pergélisol de l'Arctique sous forme de clathrates - des réseaux moléculaires constitués de molécules de méthane et d'eau. Le réchauffement des eaux du plateau continental et le dégel du pergélisol peuvent entraîner leur libération. de méthane. Malgré ces incertitudes, de nombreux chercheurs pensent que l'absorption du dioxyde de carbone par les plantes et l'océan ralentira l'accumulation de ce gaz dans l'atmosphère - au moins dans les 50 à 100 prochaines années, indiquent les estimations typiques basées sur les taux d'émission actuels. celle de la quantité totale de dioxyde de carbone entrant dans l’atmosphère, environ la moitié y restera. Il s’ensuit que les concentrations de dioxyde de carbone doubleront, passant de 1 900 niveaux (à 600 ppm) entre 2030 et 2080 environ. Cependant, d’autres gaz à effet de serre s’accumuleront probablement plus rapidement dans l’atmosphère.

Gaz à effet de serre

Les gaz à effet de serre sont des gaz dont on pense qu’ils sont à l’origine de l’effet de serre mondial.

Les principaux gaz à effet de serre, par ordre d'impact estimé sur le bilan thermique de la Terre, sont la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone, le méthane, l'ozone, les halocarbures et l'oxyde nitreux.

vapeur d'eau

La vapeur d’eau est le principal gaz à effet de serre naturel, responsable de plus de 60 % de l’effet. L'impact anthropique direct sur cette source est insignifiant. Dans le même temps, une augmentation de la température de la Terre provoquée par d'autres facteurs augmente l'évaporation et la concentration totale de vapeur d'eau dans l'atmosphère à une humidité relative presque constante, ce qui à son tour augmente l'effet de serre. Ainsi, des réactions positives se produisent.

Méthane

Il y a 55 millions d’années, une gigantesque éruption de méthane accumulé sous les fonds marins a réchauffé la Terre de 7 degrés Celsius.

La même chose peut se produire maintenant – cette hypothèse a été confirmée par des chercheurs de la NASA. À l’aide de simulations informatiques de climats anciens, ils ont tenté de mieux comprendre le rôle du méthane dans le changement climatique. Actuellement, la plupart des recherches sur l’effet de serre se concentrent sur le rôle du dioxyde de carbone dans cet effet, même si le potentiel du méthane à retenir la chaleur dans l’atmosphère est 20 fois supérieur à celui du dioxyde de carbone.

Divers appareils électroménagers fonctionnant au gaz contribuent à l’augmentation des niveaux de méthane dans l’atmosphère.

Au cours des 200 dernières années, la quantité de méthane dans l'atmosphère a plus que doublé en raison de la décomposition de la matière organique dans les marécages et les plaines humides, ainsi que des fuites d'objets artificiels tels que les gazoducs, les mines de charbon, de l'irrigation accrue et des dégagements gazeux des bétail. Mais il existe une autre source de méthane : la matière organique en décomposition dans les sédiments océaniques, conservée gelée sous le fond marin.

Généralement, les basses températures et les hautes pressions maintiennent le méthane sous l’océan dans un état stable, mais cela n’a pas toujours été le cas. Lors des périodes de réchauffement climatique, comme le maximum thermique de la fin du Paléocène, survenu il y a 55 millions d'années et qui a duré 100 000 ans, le mouvement des plaques lithosphériques, notamment dans le sous-continent indien, a entraîné une baisse de pression sur les fonds marins et pourrait provoquer un dégagement important de méthane. À mesure que l’atmosphère et les océans commencent à se réchauffer, les émissions de méthane pourraient augmenter. Certains scientifiques pensent que le réchauffement climatique actuel pourrait conduire au même scénario – si l’océan se réchauffait de manière significative.

Lorsque le méthane pénètre dans l’atmosphère, il réagit avec les molécules d’oxygène et d’hydrogène pour créer du dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau, chacun pouvant provoquer l’effet de serre. Selon les prévisions précédentes, tout le méthane émis se transformera en dioxyde de carbone et en eau d’ici 10 ans environ. Si cela est vrai, l’augmentation des concentrations de dioxyde de carbone sera la principale cause du réchauffement de la planète. Cependant, les tentatives visant à confirmer le raisonnement avec des références au passé ont échoué : aucune trace d'une augmentation de la concentration de dioxyde de carbone il y a 55 millions d'années n'a été trouvée.

Les modèles utilisés dans la nouvelle étude ont montré que lorsque le niveau de méthane dans l'atmosphère augmente fortement, la teneur en oxygène et en hydrogène réagissant avec le méthane diminue (jusqu'à ce que la réaction s'arrête) et le méthane restant reste dans l'air pendant des centaines de années, devenant elle-même une cause du réchauffement climatique. Et ces centaines d’années suffisent à réchauffer l’atmosphère, à faire fondre les glaces des océans et à modifier tout le système climatique.

Les principales sources anthropiques de méthane sont la fermentation digestive du bétail, la riziculture et la combustion de la biomasse (y compris la déforestation). Des études récentes ont montré qu'une augmentation rapide des concentrations de méthane dans l'atmosphère s'est produite au cours du premier millénaire après JC (vraisemblablement en raison de l'expansion de la production agricole et animale et du brûlage des forêts). Entre 1000 et 1700, les concentrations de méthane ont chuté de 40 %, mais ont recommencé à augmenter au cours des derniers siècles (vraisemblablement en raison de l'expansion des terres arables et des pâturages et du brûlage des forêts, de l'utilisation du bois pour le chauffage, de l'augmentation du nombre de têtes de bétail). , eaux usées et culture du riz) . Une certaine contribution à l'approvisionnement en méthane provient des fuites lors du développement des gisements de charbon et de gaz naturel, ainsi que de l'émission de méthane dans le cadre du biogaz généré dans les décharges.

Gaz carbonique

Les sources de dioxyde de carbone dans l'atmosphère terrestre sont les émissions volcaniques, l'activité vitale des organismes et l'activité humaine. Les sources anthropiques comprennent la combustion de combustibles fossiles, la combustion de biomasse (y compris la déforestation) et certains processus industriels (par exemple, la production de ciment). Les principaux consommateurs de dioxyde de carbone sont les plantes. Normalement, la biocénose absorbe à peu près la même quantité de dioxyde de carbone qu’elle en produit (y compris par la décomposition de la biomasse).

L'influence du dioxyde de carbone sur l'intensité de l'effet de serre.

Il reste encore beaucoup à apprendre sur le cycle du carbone et sur le rôle des océans du monde en tant que vaste réservoir de dioxyde de carbone. Comme mentionné ci-dessus, chaque année, l'humanité ajoute 7 milliards de tonnes de carbone sous forme de CO 2 aux 750 milliards de tonnes existantes. Mais seulement la moitié environ de nos émissions – 3 milliards de tonnes – restent dans l’air. Cela peut s'expliquer par le fait que la majeure partie du CO 2 est utilisée par les plantes terrestres et marines, enfouie dans les sédiments marins, absorbée par l'eau de mer ou autrement absorbée. Sur cette grande partie du CO 2 (environ 4 milliards de tonnes), l'océan absorbe chaque année environ deux milliards de tonnes de dioxyde de carbone atmosphérique.

Tout cela augmente le nombre de questions sans réponse : comment exactement l'eau de mer interagit-elle avec l'air atmosphérique en absorbant le CO 2 ? Quelle quantité supplémentaire de carbone les mers peuvent-elles absorber, et quel niveau de réchauffement climatique pourrait affecter leur capacité ? Quelle est la capacité des océans à absorber et à stocker la chaleur emprisonnée par le changement climatique ?

Le rôle des nuages ​​et des particules en suspension dans les courants d’air appelés aérosols n’est pas facile à prendre en compte lors de la construction d’un modèle climatique. Les nuages ​​ombragent la surface de la Terre, entraînant un refroidissement, mais en fonction de leur hauteur, de leur densité et d'autres conditions, ils peuvent également piéger la chaleur réfléchie par la surface de la Terre, augmentant ainsi l'intensité de l'effet de serre. L’effet des aérosols est également intéressant. Certains d’entre eux modifient la vapeur d’eau et la condensent en petites gouttelettes qui forment des nuages. Ces nuages ​​sont très denses et obscurcissent la surface de la Terre pendant des semaines. Autrement dit, ils bloquent la lumière du soleil jusqu'à ce qu'ils tombent avec les précipitations.

L’effet combiné peut être énorme : l’éruption du mont Pinatuba aux Philippines en 1991 a libéré un volume colossal de sulfates dans la stratosphère, provoquant une baisse des températures mondiales qui a duré deux ans.

Ainsi, notre propre pollution, principalement causée par la combustion de charbon et de pétrole contenant du soufre, pourrait temporairement compenser les effets du réchauffement climatique. Les experts estiment que les aérosols ont réduit le réchauffement de 20 % au cours du 20e siècle. De manière générale, les températures ont augmenté depuis les années 1940, mais ont baissé depuis 1970. L’effet aérosol pourrait contribuer à expliquer le refroidissement anormal survenu au milieu du siècle dernier.

En 2006, les émissions de dioxyde de carbone dans l'atmosphère s'élevaient à 24 milliards de tonnes. Un groupe de chercheurs très actif s’oppose à l’idée selon laquelle l’activité humaine serait l’une des causes du réchauffement climatique. Selon elle, l’essentiel réside dans les processus naturels de changement climatique et d’augmentation de l’activité solaire. Mais selon Klaus Hasselmann, directeur du Centre climatologique allemand de Hambourg, seuls 5 % peuvent être expliqués par des causes naturelles, et les 95 % restants sont dus à des facteurs anthropiques provoqués par l'activité humaine.

Certains scientifiques ne relient pas non plus l'augmentation du CO 2 à l'augmentation de la température. Les sceptiques affirment que si la hausse des températures doit être imputée à l’augmentation des émissions de CO 2 , les températures doivent avoir augmenté pendant le boom économique d’après-guerre, lorsque les combustibles fossiles étaient brûlés en quantités énormes. Cependant, Jerry Mallman, directeur du Laboratoire de dynamique des fluides géophysiques, a calculé que l'utilisation accrue de charbon et de pétrole augmentait rapidement la teneur en soufre de l'atmosphère, provoquant un refroidissement. Après 1970, l'effet thermique des longs cycles de vie du CO 2 et du méthane a supprimé les aérosols en décomposition rapide, provoquant une augmentation des températures. Ainsi, on peut conclure que l’influence du dioxyde de carbone sur l’intensité de l’effet de serre est énorme et indéniable.

Toutefois, l’augmentation de l’effet de serre pourrait ne pas être catastrophique. En effet, les températures élevées peuvent être les bienvenues là où elles sont assez rares. Depuis 1900, le réchauffement le plus important a été observé entre 40 et 70° de latitude nord, y compris en Russie, en Europe et dans la partie nord des États-Unis, où les émissions industrielles de gaz à effet de serre ont commencé le plus tôt. La majeure partie du réchauffement se produit la nuit, principalement en raison de l’augmentation de la couverture nuageuse, qui emprisonne la chaleur sortante. En conséquence, la saison des semailles a été prolongée d’une semaine.

De plus, l’effet de serre pourrait être une bonne nouvelle pour certains agriculteurs. Des concentrations élevées de CO 2 peuvent avoir un effet positif sur les plantes, car celles-ci utilisent le dioxyde de carbone pendant la photosynthèse et le transforment en tissus vivants. Par conséquent, plus de plantes signifient plus d’absorption du CO 2 de l’atmosphère, ralentissant ainsi le réchauffement climatique.

Ce phénomène a été étudié par des spécialistes américains. Ils ont décidé de créer un modèle du monde avec le double de la quantité de CO 2 dans l'air. Pour ce faire, ils ont utilisé une forêt de pins vieille de quatorze ans située dans le nord de la Californie. Le gaz était pompé à travers des tuyaux installés parmi les arbres. La photosynthèse a augmenté de 50 à 60 %. Mais l’effet est vite devenu inverse. Les arbres étouffants ne pouvaient pas supporter de tels volumes de dioxyde de carbone. L'avantage dans le processus de photosynthèse a été perdu. Ceci est un autre exemple de la façon dont la manipulation humaine conduit à des résultats inattendus.

Mais ces petits aspects positifs de l’effet de serre ne peuvent être comparés aux aspects négatifs. Prenons, par exemple, l'expérience d'une forêt de pins, où le volume de CO 2 a doublé et où, d'ici la fin de ce siècle, la concentration de CO 2 devrait quadrupler. On peut imaginer à quel point les conséquences pourraient être catastrophiques pour les plantes. Et cela, à son tour, augmentera le volume de CO 2, car moins il y a de plantes, plus la concentration de CO 2 est élevée.

Conséquences de l'effet de serre

gaz à effet de serre climat

À mesure que les températures augmentent, l’évaporation de l’eau des océans, des lacs, des rivières, etc. va augmenter. Étant donné que l’air plus chaud peut contenir plus de vapeur d’eau, cela crée un puissant effet de rétroaction : plus il fait chaud, plus la teneur en vapeur d’eau dans l’air est élevée, ce qui augmente l’effet de serre.

L'activité humaine a peu d'effet sur la quantité de vapeur d'eau présente dans l'atmosphère. Mais nous émettons d’autres gaz à effet de serre, ce qui rend l’effet de serre de plus en plus intense. Les scientifiques estiment que l'augmentation des émissions de CO2, principalement dues à la combustion de combustibles fossiles, explique au moins 60 % du réchauffement de la Terre depuis 1850. La concentration de dioxyde de carbone dans l’atmosphère augmente d’environ 0,3 % par an et est désormais d’environ 30 % supérieure à ce qu’elle était avant la révolution industrielle. Si nous exprimons cela en termes absolus, l’humanité ajoute chaque année environ 7 milliards de tonnes. Bien qu'il s'agisse d'une petite partie par rapport à la quantité totale de dioxyde de carbone dans l'atmosphère - 750 milliards de tonnes, et encore plus petite par rapport à la quantité de CO 2 contenue dans l'océan mondial - environ 35 000 milliards de tonnes, cela reste très significatif. Raison : les processus naturels sont en équilibre, un tel volume de CO 2 pénètre dans l'atmosphère, qui en est éliminé. Et l’activité humaine ne fait qu’ajouter du CO 2.

L'atmosphère est l'enveloppe d'air de la Terre. S'étendant jusqu'à 3000 km de la surface de la Terre. Ses traces peuvent être retracées jusqu'à des altitudes allant jusqu'à 10 000 km. A. a une densité inégale 50 5 ses masses sont concentrées jusqu'à 5 km, 75% - jusqu'à 10 km, 90% - jusqu'à 16 km.

L'atmosphère est constituée d'air, un mélange mécanique de plusieurs gaz.

Azote(78%) dans l'atmosphère joue le rôle de diluant de l'oxygène, régulant le taux d'oxydation et, par conséquent, la vitesse et l'intensité des processus biologiques. L'azote est le principal élément de l'atmosphère terrestre, qui échange en permanence avec la matière vivante de la biosphère, et les éléments constitutifs de cette dernière sont des composés azotés (acides aminés, purines, etc.). L'azote est extrait de l'atmosphère par des voies inorganiques et biochimiques, bien qu'elles soient étroitement liées. L'extraction inorganique est associée à la formation de ses composés N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3. On les retrouve dans les précipitations et se forment dans l'atmosphère sous l'influence de décharges électriques lors d'orages ou de réactions photochimiques sous l'influence du rayonnement solaire.

La fixation biologique de l'azote est réalisée par certaines bactéries en symbiose avec les plantes supérieures des sols. L’azote est également fixé par certains micro-organismes planctoniques et algues du milieu marin. En termes quantitatifs, la fixation biologique de l'azote dépasse sa fixation inorganique. L’échange de tout l’azote présent dans l’atmosphère se produit sur environ 10 millions d’années. L'azote se trouve dans les gaz d'origine volcanique et dans les roches ignées. Lorsque divers échantillons de roches cristallines et de météorites sont chauffés, de l'azote est libéré sous forme de molécules N 2 et NH 3. Cependant, la principale forme de présence d’azote, tant sur Terre que sur les planètes telluriques, est moléculaire. L'ammoniac, pénétrant dans la haute atmosphère, s'oxyde rapidement, libérant de l'azote. Dans les roches sédimentaires, il est enfoui avec la matière organique et se retrouve en quantités accrues dans les dépôts bitumineux. Lors du métamorphisme régional de ces roches, l'azote est libéré sous diverses formes dans l'atmosphère terrestre.

Cycle géochimique de l'azote (

Oxygène(21 %) est utilisé par les organismes vivants pour la respiration et fait partie de la matière organique (protéines, graisses, glucides). Ozone O3. retarde le rayonnement ultraviolet destructeur de vies émis par le Soleil.

L'oxygène est le deuxième gaz le plus répandu dans l'atmosphère et joue un rôle extrêmement important dans de nombreux processus de la biosphère. La forme dominante de son existence est O 2. Dans les couches supérieures de l'atmosphère, sous l'influence du rayonnement ultraviolet, une dissociation des molécules d'oxygène se produit, et à une altitude d'environ 200 km, le rapport oxygène atomique/moléculaire (O : O 2) devient égal à 10. Lorsque ces les formes d'oxygène interagissent dans l'atmosphère (à une altitude de 20-30 km), une ceinture d'ozone (écran d'ozone). L'ozone (O 3) est nécessaire aux organismes vivants, bloquant la majeure partie du rayonnement ultraviolet du Soleil, qui leur est nocif.

Dans les premiers stades du développement de la Terre, l'oxygène libre est apparu en très petites quantités à la suite de la photodissociation du dioxyde de carbone et des molécules d'eau dans les couches supérieures de l'atmosphère. Cependant, ces petites quantités étaient rapidement consommées par l’oxydation d’autres gaz. Avec l’apparition d’organismes photosynthétiques autotrophes dans l’océan, la situation a considérablement changé. La quantité d’oxygène libre dans l’atmosphère a commencé à augmenter progressivement, oxydant activement de nombreux composants de la biosphère. Ainsi, les premières portions d'oxygène libre ont contribué principalement à la transition des formes ferreuses du fer en formes oxydes et des sulfures en sulfates.

Finalement, la quantité d'oxygène libre dans l'atmosphère terrestre a atteint une certaine masse et s'est équilibrée de telle manière que la quantité produite est devenue égale à la quantité absorbée. Une teneur relativement constante en oxygène libre s’est établie dans l’atmosphère.

Cycle géochimique de l'oxygène (VIRGINIE. Vronsky, G.V. Voïtkevitch)

Gaz carbonique, entre dans la formation de matière vivante et, avec la vapeur d’eau, crée ce que l’on appelle « l’effet de serre ».

Carbone (dioxyde de carbone) - la majeure partie dans l'atmosphère se trouve sous forme de CO 2 et beaucoup moins sous forme de CH 4. L'importance de l'histoire géochimique du carbone dans la biosphère est extrêmement grande, puisqu'il fait partie de tous les organismes vivants. Au sein des organismes vivants, les formes réduites de carbone prédominent, et dans l'environnement de la biosphère, les formes oxydées prédominent. Ainsi s'établit l'échange chimique du cycle de vie : CO 2 ↔ matière vivante.

La source primaire de dioxyde de carbone dans la biosphère est l'activité volcanique associée au dégazage séculaire du manteau et des horizons inférieurs de la croûte terrestre. Une partie de ce dioxyde de carbone provient de la décomposition thermique des calcaires anciens dans diverses zones métamorphiques. La migration du CO 2 dans la biosphère se produit de deux manières.

La première méthode s'exprime par l'absorption du CO 2 lors de la photosynthèse avec formation de substances organiques et enfouissement ultérieur dans des conditions réductrices favorables dans la lithosphère sous forme de tourbe, de charbon, de pétrole et de schiste bitumineux. Selon la deuxième méthode, la migration du carbone conduit à la création d'un système carbonaté dans l'hydrosphère, où le CO 2 se transforme en H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. Ensuite, avec la participation du calcium (moins souvent du magnésium et du fer), les carbonates se déposent via des voies biogéniques et abiogéniques. D'épaisses couches de calcaire et de dolomite apparaissent. Selon A.B. Ronov, le rapport entre le carbone organique (Corg) et le carbone carboné (Ccarb) dans l'histoire de la biosphère était de 1:4.

Parallèlement au cycle mondial du carbone, il existe également un certain nombre de petits cycles du carbone. Ainsi, sur terre, les plantes vertes absorbent le CO 2 pour le processus de photosynthèse pendant la journée et la nuit, elles le rejettent dans l'atmosphère. Avec la mort des organismes vivants à la surface de la Terre, une oxydation des substances organiques se produit (avec la participation de micro-organismes) avec libération de CO 2 dans l'atmosphère. Au cours des dernières décennies, une place particulière dans le cycle du carbone a été occupée par la combustion massive de combustibles fossiles et l'augmentation de leur teneur dans l'atmosphère moderne.

Cycle du carbone dans l'enveloppe géographique (d'après F. Ramad, 1981)

Argon- le troisième gaz atmosphérique le plus répandu, ce qui le distingue nettement des autres gaz inertes extrêmement peu répandus. Cependant, l'argon dans son histoire géologique partage le sort de ces gaz, qui se caractérisent par deux caractéristiques :

1. l'irréversibilité de leur accumulation dans l'atmosphère ;
2. lien étroit avec la désintégration radioactive de certains isotopes instables.

Les gaz inertes se situent en dehors du cycle de la plupart des éléments cycliques de la biosphère terrestre.

Tous les gaz inertes peuvent être divisés en gaz primaires et radiogéniques. Les principaux incluent ceux qui ont été capturés par la Terre pendant la période de sa formation. Ils sont extrêmement rares. La partie primaire de l'argon est représentée principalement par les isotopes 36 Ar et 38 Ar, tandis que l'argon atmosphérique est entièrement constitué de l'isotope 40 Ar (99,6 %), qui est sans aucun doute radiogénique. Dans les roches contenant du potassium, l'accumulation d'argon radiogénique s'est produite et continue de se produire en raison de la désintégration du potassium-40 par capture d'électrons : 40 K + e → 40 Ar.

Par conséquent, la teneur en argon des roches est déterminée par leur âge et la quantité de potassium. Dans cette mesure, la concentration d'hélium dans les roches est fonction de leur âge et de leur teneur en thorium et en uranium. L'argon et l'hélium sont libérés dans l'atmosphère depuis les entrailles de la terre lors des éruptions volcaniques, à travers les fissures de la croûte terrestre sous forme de jets de gaz, ainsi que lors de l'altération des roches. Selon les calculs effectués par P. Dimon et J. Culp, l'hélium et l'argon de l'ère moderne s'accumulent dans la croûte terrestre et pénètrent dans l'atmosphère en quantités relativement faibles. Le taux d'entrée de ces gaz radiogéniques est si faible qu'au cours de l'histoire géologique de la Terre, il n'a pas été possible d'assurer leur teneur observée dans l'atmosphère moderne. Par conséquent, il reste à supposer que la majeure partie de l'argon présent dans l'atmosphère provenait de l'intérieur de la Terre dès les premiers stades de son développement, et qu'une bien moindre quantité a été ajoutée par la suite au cours du processus de volcanisme et lors de l'altération des roches contenant du potassium. .

Ainsi, au cours des temps géologiques, l’hélium et l’argon ont connu des processus de migration différents. Il y a très peu d'hélium dans l'atmosphère (environ 5 * 10 -4 %), et la « respiration d'hélium » de la Terre était plus légère, car elle, en tant que gaz le plus léger, s'est évaporée dans l'espace. Et la « respiration de l’argon » était lourde et l’argon restait dans les limites de notre planète. La plupart des gaz rares primordiaux, tels que le néon et le xénon, étaient associés au néon primordial capturé par la Terre lors de sa formation, ainsi qu'à la libération lors du dégazage du manteau dans l'atmosphère. L’ensemble des données sur la géochimie des gaz rares indique que l’atmosphère primaire de la Terre est apparue dès les premiers stades de son développement.

L'atmosphère contient vapeur d'eau Et eauà l'état liquide et solide. L'eau présente dans l'atmosphère est un important accumulateur de chaleur.

Les couches inférieures de l'atmosphère contiennent une grande quantité de poussières et d'aérosols minéraux et technogènes, de produits de combustion, de sels, de spores et de pollen, etc.

Jusqu'à une altitude de 100-120 km, du fait du mélange complet de l'air, la composition de l'atmosphère est homogène. Le rapport entre l'azote et l'oxygène est constant. Au-dessus, les gaz inertes, l'hydrogène, etc. prédominent. Dans les couches inférieures de l'atmosphère se trouve la vapeur d'eau. Avec l'éloignement de la terre, son contenu diminue. Plus le rapport des gaz change, par exemple, à une altitude de 200 à 800 km, l'oxygène prédomine sur l'azote de 10 à 100 fois.