Cours Océan et Changement Climatique 2022 PDF

OCÉAN ET CHANGEMENT CLIMATIQUE Connaissance de l’Océan 2022 - Agence américaine d’observation océanique et atmosphérique (NOAA): 80 % des fonds océaniques ne sont pas encore explorés ni cartographiés Autrement dit, on ne connait véritablement qu’1/5e de l’Océan La principale raison du manque d'ob...

OCÉAN ET CHANGEMENT CLIMATIQUE Connaissance de l’Océan 2022 - Agence américaine d’observation océanique et atmosphérique (NOAA): 80 % des fonds océaniques ne sont pas encore explorés ni cartographiés Autrement dit, on ne connait véritablement qu’1/5e de l’Océan La principale raison du manque d'observations directes est technologique: l'eau liquide est un milieu très différent de l'air ou de l'espace et il est beaucoup plus dif cile pour les ondes électromagnétiques (lumière, radio…) de se diffuser à travers l’eau. L’échantillonnage étant encore de nos jours très limité dans l’espace et le temps, l’océanographe est souvent démuni pour comprendre le fonctionnement d’un système donné. L’OCÉANOGRAPHIE Océanographie géologique : L'étude des fonds et des marges de l’Océan Océanographie physique : L'étude des propriétés physiques de l'océan, des mouvements de la mer et de la variabilité de ces facteurs en relation avec l'atmosphère et le fond océanique Océanographie chimique : L’étude des éléments dissous dans l’eau de mer et des nombreux cycles chimiques de l’océan Océanographie biologique : L'étude de la manière dont les organismes affectent et sont affectés par la physique, la chimie et la géologie du système océanographique Composition globale de l’eau de mer : fi La biogéochimie marine s'intéresse aux éléments chimiques et aux composés chimiques dans l’océan. Quels processus modi ent leur concentration ? Quels contrôlent exercent-ils sur le vivant ? Les sujets d'étude comprennent: ▪ Les interactions entre composition chimique et circulation de l’eau (déplacement, mélange...) ▪ Les interactions entre composition chimique et activité biologique ▪ L’origine et l’évolution de l’eau de mer et des sédiments qui recouvrent le plancher océanique (archives des masses d’eau) Importance de la sédimentologie en océanographie: ▪ Les pollutions et la perturbation des cycles biogéochimiques ▪ Les interactions avec l’activité hydrothermale, l’atmosphère et le climat fi Comment? Les informations qu’apporte la place d’un élément chimique dans la classi cation périodique permet de prédire les grandes lignes du comportement des éléments Exemple: le Carbone Comment ? ✓ Décrire le cycle du traceur lui même, a n de pouvoir en retour dé nir son domaine d’application pour la comprehension de processus Exemple: le Carbone Les isotopes sont des atomes qui possèdent le même nombre d'électrons, et donc de protons pour rester neutre, mais un nombre différent de neutrons 12C, 13C, 14C = totalC La mesure de leurs ratios = information sur les processus chimiques, biologiques et géologiques La désintégration radioactive du carbone 14 obéit à une loi de décroissance exponentielle caractérisée par sa demi-vie Donc mesurer le rapport 14C/totalC permet de dater un échantillon d’eau (même principe qu’en archéologie) Mesurer le rapport 14C/totalC permet de dater un échantillon d’eau Quel intérêt ? Exemple: L’utilisation du ”traceur chronométrique”, le 14C a permis d’évaluer le taux de renouvellement total de l’Océan qui est estimé entre 1500-2000 ans dans sa con guration actuelle fi fi fi fi  Le Néodyme 143Nd, traceur des eaux océaniques profondes = Traceur émergent (en développement) Objectifs de l’utilisation de traceurs chimiques: 1. Comprendre le comportement et la repartition des éléments chimiques dans l’océan a n d’identi er a priori leurs propriétés de “traceurs” 2. Utiliser ces traceurs pour comprendre le fonctionnement chimique et biologique de l’Océan, Les connaissances ont signi cativement avancées avec notamment la technologie de la spectrométrie de masse, à partir des années 1970 Base des travaux qui ont permis: La description du « circulation thermohaline» et les changements de salinité, température et densité à l’échelle de l’océan LE CHANGEMENT CLIMATIQUE (CC) Flux global de CO2 lié aux combustibles fossiles, à la déforestation, à la culture et à la dégradation des sols = env. 12 GT C/an d’émission 12 Gt Carbone = 12 000 000 000 tonnes Carbone Pg = pétagrammes. fi fi fi La teneur en CO2 atmosphérique à Mauna Loa (Hawaii), extension avec des carottes de glace Ces 12 GT C/an -> cause de l’augmentation du CO2 atmosphérique Variabilité naturelle du CO2 dans l’atmosphère Carotte de glace, mesure de la composition isotopique δ18O -> permet de reconstruire / en dériver les valeures de pCO2 Cycles glaciaires / interglaciaires Concentrations en pCO2 élevées pendant les périodes interglaciaires: env. 280 ppm Concentrations en pCO2 faibles pendant les périodes glaciaires: env. 180 ppm -> Variabilité naturelle du CO2 atmosphère Nos jours ? Nettement au dessus de la variabilité naturelle Le CO2 atmosphérique est un gaz à effet de serre important pour le bilan radiatif de la Terre et dominant pour la perturbation atmosphérique Puits de carbone qui vont « vider » le CO2 atmosphérique: biosphère terrestre et Océan Le CO2 atmosphérique est bun gaz à effet de serre important pour le bilan radiatif de la Terre et dominant pour la perturbation atmosphérique Variabilité naturelle du CO2 dans l’atmosphère Accumulation des émissions anthropiques dans l’atmosphère Absorption des emissions en partie par la l’océan et par la biosphère terrestre  Pompe physique du CO2 : Le ux net F dépend du gradient de pression de CO2 entre l’atmosphère et l’Océan Dépend de la solubilité qui dépend de la température (+ la température augmente, moins la solubilité est importante -> problème du CC) Vitesse k de transfert du CO2 vers l’Océan qui dépend de l’état de surface de l’océan, notamment la vitesse du vent fl Les réservoirs de carbone (en Gt/an) : Le phytoplancton : Phyto: terme qui provient du grec « phutón » = plante organisme photosynthétique (utilise l’énergie du soleil pour produire du carbone) Plancton: terme qui provient du grec « Plagktós » signi ant « errant » tous les organismes aquatiques dérivant au gré des courants Produit 50% de la production primaire de la planète (= matière organique) Très dépendants des paramètres physico-chimiques de l’eau (T, salinité, nutriments…) De très petite taille (μm), visible quand il « bloom » Le phytoplankton à la base du réseau trophique océanique fi Facteurs de regulation de la production primaire / phytoplancton : Variation de production du phytoplancton : Chlorophylle = proxy du phytoplancton « moyen » = 1 caractère Biais important : un seul paramètre descriptif, ce qui engendre entre 10 -33 GtC d’incertidudes dans les modèles climatiques Comment évolue la production primaire dans l’Ocean - quantité? Expansion de la surface des déserts Augmentation de + 15% de déserts de production dans l’océan depuis 1998 (historique des données satellites), en xant une valeur de concentration de 0,07 mg/m3 comme « désert » 40 % de l’absorption de CO2 atmosphérique d’origine anthropique par l’Océan se produit dans l’océan Austral (Gruber et al., 2019)) = absorbe 2/3 de la chaleur d’origine anthropique Les nutriments : Autour de l’Equateur / régions tropicales : faibles concentrations (défavorable à la production primaire) - > car peu de strati cation physique de la colonne d’eau, et donc peu de mélange d’eau injectant des eaux profondes riches en nutriments en surface Aux pôles: fortes concentrations (favorable) Variation de diversité du phytoplankton =nombre d’espèces fi fi  Diversité plus grande dans les zones tropicales Diversité plus faible près des pôles: moins d’espèces mais plus spécialisées pour résister aux conditions plus dif ciles et plus variables, et souvent de plus grande taille Prédiction de changement de diversité Projection de modèles contraints climatiquement: Augmentation de la diversité aux hautes latitudes, en particulier en Arctique qui se réchauffe plus vite Pourquoi les espèces migrent-elles ? Boréalisation de l’Arctique en réponse au CC : Prédiction de changement du potential de pêche : Evolution du potentiel de pêche (2081-2100 par rapport à 1986-2005) Baisse du potentiel de pêche surtout dans les zones tropicales / une augmentation dans les hautes latitudes de l’hémisphère nord fi Le puit océanique suit les émissions de CO2 : Importante hétérogénéité: Maxima en Atlantique Nord et autour de la zone australe Lié à la diffusion et à la circulation des masses d’eau (circulation circum Séquestration du CO2 dans l’océan intérieur : Accumulation totale de CO2 anthropique atmosphérique en 1994 depuis la révolution industrielle (Sabine et al. 2004) – 1e carte 118 ± 19 Gt C dans l’océan (en 2 siècles) ~ 30% des rejets atmosphériques Accumulation totale de CO2 anthropique de 1994 à 2017 (Gruber et al. 2019) – 2e carte 34 ± 4 Gt C dans l’océan (en 13 ans) Mise en évidence de disparités entre régions Séquestration +: Atlantique Sud/ sud Indien Séquestration -: Atlantique Nord Accumulation du CO2 d’origine anthropique dans l’océan intérieur : Evolution des concentrations de CO2 anthropique dans l’océan Austral Doublement du CO2 anthropique dans les eaux modales (100-1500 m) en 25 ans Augmentation des concentrations dans les eaux profondes Prévision: baisse de l’absorption du CO2 anthropique dans l’océan Austral Nouvelles projections d’anomalies de températures pour le prochain rapport du GIEC, avec une série de nouveaux scenarii (SSP) Pour calculer les concentrations en CO2 dans l’atmosphère il faut tenir comptes de l’absorption par la biosphère terrestre et surtout par l’océan La circulation océanique globale thermohalineou AMOC : La circulation océanique globale (thermohaline) : Projection (en fonction des scenarios du GIEC) de ralentissement de la circulatio globale et donc de formation d’eaux profondes de 30 à 50 % Quel serait l’impact de ces changements de circulation sur le cycle ducarbone ? Que nous apprennent les évènements passés ? Paléoclimat: temperatures atmosphériques passées Groenland - sur les derniers 60 000 ans / reconstruction des températures de l’air à partir de la composition isotopique en oxygène Observations marquantes: variations abruptes de température durant la dernière période glacière. Successions de refroidissements et de réchauffements d’une amplitude d’environ 8°C en quelques décennies = les chutes de températures les plus abruptes sont « les évènements de Heinrich » (ex H4 il y a 40 000 ans)