GEO 3152 CHANGEMENTS CLIMATIQUES

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GEO 3152CHANGEMENTS CLIMATIQUES

• Module 06
• Les données indirectes
• et le fonctionnement du système climatique
• Professeur Pierre Richard D.Sc.

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En guise dintroduction au module 06
Recherche des causes de la variabilité
climatiqueà léchelle des siècle et des
millénaires,et mesure de son impact sur les
écosystèmes tropicaux
Proceedings of the National Academy of Science
(U.S.A.), 2007
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Une localisation stratégique
Des indicateurs multiples
Un lac principal Lago Verde Les grains de
pollenLes charbons microscopiquesLes
diatomées Une chronologie détaillée par
les téphras (volcans) par le 14C par
la préhistoire (maïs) Des sites voisins
datantaussi aussi du PÂG
Zone de convergence intertropicaleIntensité
variable des alizés Gradient est-ouest dhumidité
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PÂG
Agriculture
Plancton
Des indicateurs variés, qui varient
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Un Petit Âge Glaciaire mésoaméricain
Des correspondances évocatrices
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Selon Lozano-Garcia et al. (2007)
Lagriculture préhistorique est enregistrée par
le pollenLe plancton des lacs a réagi à
loccupation des terresLa végétation et le
plancton ont réagi au Petit Âge Glaciaire Les
phases de haut niveau lacustre correspondent
auxminimums de Spörer et de Maunder, dans
lactivité solaire Le milieu du PÂG est
caractérisé par une densité maximaledu couvert
forestier, entre les phases de haut niveaudeau
des lacs. La T hivernale sétait abaissée de 2C
(max) Lexpansion de la végétation tropicale
correspondrait à uneréduction de la durée de la
saison sèche, suite à une recrudescence du flux
dair méridional entraînant desP hivernales
accrues. Limportance des variations saisonnières
se manifeste.
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Le Soleil et lanalyse régionale
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OBJECTIFS DU MODULE
Prendre conscience des incertitudes des modèles
climatiques de type McCG
Examiner les leçons pouvant être tirées des
données indirectes touchant les éléments-clés du
système climatique
Examiner lhypothèse des variations solaires en
tant que forçage fin potentiel du système
climatique
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Quest-ce que le changement climatique ? (SICC,
2002 modifiée)
Cest un changement de climat, comparativement
au climat dune période servant de référence,
causé par
modifiant laction
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?
Nat. Geogr. Nov. 2004
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Conséquence dun réchauffement climatique
Nat. Geogr. Nov. 2004
et si la circulation thermohaline se modifiait ?
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Les éléments-clés du système climatique (SICC,
2002 modifiée)
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Choix (?) politiques
Conséquences atmosphériques
Conséquences climatiques
Conséquences géographiques
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Reconstitution (partielle) du Bilan du carbone
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Le climat terrestre, sans les humains
Contribution paléo à la compréhension du système
Rôle des GES sur le climat planétaire
Un test (via la modélisation)de lHypothèse de
la glaciation retardée
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Effets anthropiques sur la teneur en CH4 et en
CO2 de latmosphère
Les ?CH4 (et ?CO2) sont en phase avec les
variations astronomiques et les glaciations. Les
effets anthropiques sont traduits par la
différence entre les deux courbes 1) les
tendances observées, et 2) les tendances
naturelles estimées à partir des mesures pour des
interglaciaires antérieurs.
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Le stade isotopique 11, un interglaciaire, sert
danalogue au stade 1, soit lHolocène
Courbe rouge le CH4 et le CO2 de lHolocène
(stade 1)
Courbe bleue le CH4 et le CO2 naturels (stade 11)
Les réponses thermique et isotopique de GENESIS
2 En rouge gamme (mesurée) des réponses de
chaque signal
Antarctique Vostok
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Pour lannée 1980 GENESIS 2 génère une Terre plus
froide de 2 à 4Celsius
Hiver NE AduN 3 à 8Celsiusplus froid
Été NE AduN 1 à 2Celsiusplus froid
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Le couvert de neige estival dans lEst du Canada,
selon GENESIS 2
Les zones en grisé traduisent une plus grande
certitude par rapport à la variabilité interne
(naturelle) du modèle GENESIS 2. Dans un monde à
teneur réduite en GES, la neige est plus étendue
en juin et en septembre. La glace de mer est plus
étendue durant toute la saison estivale et
persiste jusquen août dans la Mer dHudson.
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Le transfert dénergie est réduit de 3,2W/m2, une
diminution de 3-4
Les zones denglaciation imminente sont
localisées là où les glaces wisconsiniennes sont
disparues en dernier.
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Ruddiman et al. (2005) concluent
Sans lHomme, la Terre devrait être 2C plus
froide, et au 1/3 du chemin vers une englaciation
de lhémisphère Nord.
Lhypothèse de la glaciation retardée est
confirmée par la modélisation, mais à une échelle
réduite seulement
des neiges devraient persister toute lannée dans
quelques régions de Baffin
elles devraient persister onze mois durant sur
les hautes terres du Labrador
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(No Transcript)
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Quand et commentles humainsont-ils initialement
modifiéle climat planétaire?

• Par William F. Ruddiman
• Scientific American, mars 2005

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(No Transcript)
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Lhumanitéet le climat

• On pense généralement que les gaz à effet de
  serre dorigine anthropique ont perturbé le
  délicat équilibre du climat seulement depuis
  lère industrielle, 200 ans.
• Or, de tels GES additionnels furent émis dans
  latmosphère depuis les tout débuts de
  lagriculture, à la suite des déforestations et
  des irrigations.
• En conséquence, la Terre fut maintenue plus
  chaude quelle laurait été sans les activités
  humaines.
• Ces activités ont peut-être même eu pour effet de
  contrarier linstauration de la prochaine Ère
  Glaciaire.

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• La radiation solaire estivale de lHémisphère
  Nord est maximale tous les 22 000 ans, en raison
  de la proximité du soleil. 11 000 ans plus tard,
  cest linverse, le soleil étant plus loin de la
  Terre.
• De tels changements orbitaux paraissent, via la
  RSi, commander la production des GES (méthane et
  CO2) par le biais de la végétation.

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Radiation
CH4
!
Méthane
Radiation solaire(Watts par m2)
Méthane dans la carotte de glace de Vostok (ppm)
Milliers dannées avant lActuel

• La concentration du méthane dans latmosphère est
  en phase presque parfaite avec la radiation
  solaire incidente dans lHémisphère Nord. La
  température accrue aurait induit plus de
  production de CH4 dans les terres humides
  tourbières, marais et marécages.

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CO2
!
Dioxyde de carbone(parties par million)
Milliers dannées avant lActuel

• La concentration du CO2 dans latmosphère se
  modifie en réponse aux glaciations, résultat
  dautres changements orbitaux cycliques laxe de
  rotation de la Terre (41 000 ans) et la forme de
  lorbite terrestre (100  000 ans), en plus de la
  précession.

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(No Transcript)
30
Tendance observée
Tendance observée
Méthane (ppb)
Dioxyde de carbone (ppm)
Tendance naturelle
Tendance naturelle
CO2
CH4
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La culture du riz en terrasses a débuté il y a
2000 ans environ... mais la riziculture par
inondation des terres, le long des rivières du
sud de la Chine, était déjà largement
pratiquéeil y a 5000 ans. Les émissions
anthropiques de CH4 sont très anciennes.
Photo prise dans la province de Guizhou, en Chine.
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Épidémies et chutes du CO2
90 des Amérindiens furent exterminés par la
vérole et autres maladies européennes
Les Grandes Pestes du Moyen-Âge ont tué 25 à 40
des populations européennes
Tendance à long termede la déforestation
Dioxyde de carbone (parties par million)
Carottedeglace 1
Carottedeglace 2
25 à 40 des Européens moururent durant les
fléaux de lère romaine
Année
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Épidémies et chutes du CO2
Ruddiman suggère ici que les inversions dans la
tendance à laugmentation de la teneur en CO2 de
latmosphère aient été causées par des épidémies
affectant les populations humaines.
De telles épidémies, dévastatrices, ont entraîné
une baisse dans les activités humaines, une
diminution de lagriculture et du déboisement.
La végétation sest alors développée les friches
se sont accrues et les forêts se sont étendues,
entraînant une chute du CO2 par la fixation du C
dans la biomasse végétale.La tendance fut ainsi
inversée, affectant le climat.
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Lhumanité et le climat
Températuresau-delà de lagamme duPléistocène
Après lépuisement de lénergie fossile
De nos jours
Tendance réalisée
Seuil de
Températuresinterglaciaires les pluschaudes
Effet de serre desource anthropique
Glaciation
Début de la prochaine glaciation en labsence
dactivité humaine
Agriculture Industrialisation Activités futures
Tendance naturelle des températures
Températuresglaciaires les plus froides
Avant nos jours
Avant nos jours
Le Présent
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Selon Ruddiman (2003, 2005)
Lère des GES dorigine anthropique date dil y a
8000 ans, pas de lÈre industrielle
La relative stabilité climatique durant
lHolocène est due aux activités humaines
Les GES et la déforestation sont deux
éléments-clés du système climatique
Les modèles climatique (MCGcA-Ostat.) simulent
assez bien le système-climat
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Ruddiman nous met aussi en garde
Les résultats scientifiques sont souvent utilisés
à des fins opposées
Les sceptiques du Réchauffement planétaire
peuvent voir dans cette glaciation retardée un
effet bénéfique à long terme pour lhumanité
Les autres peuvent conclure que si une humanité
relativement primitive a pu modifier autant le
climat, alors quen sera-t-il avec les énormes
taux modernes daccroissement des GES ?
Une connaissance la plus poussée possible du
système climatique terrestre est essentielle
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Le soleil et les lacs
Contribution paléo à la compréhension du système
Changements climatiques et populations humaines
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Chronologie des ?NL dans des lacs du Jura sur le
Plateau suisse et dans les Alpes
8200 BP
Hauts niveaux deau
Nombre de datations 14C par tranche de 50 ans (26
lacs)
Bas niveaux deau
15 phases de HNL sont identifiées
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Comparaison avec diverses données indirectes
Froid
Chaud
Polar Circulation Index
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Comparaison avec la fréquences des peuples
lacustres
41
Selon Michel Magny (2004)
15 phases de ?NL sont identifiables Elles
traduisent linstabilité climatique Il y a des
télé-connexions entre les cycles dans
latmosphère, locéan et la cryosphère Le ?14C
traduit le ? de lactivité solaire Locéan
amplifie les ? de lirradiance Les prochains
siècles connaîtront une irradiance accrue,
amplifiant le réchauffement climatique
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Le soleil et les tourbières
Contribution paléo à la compréhension du système
43
(No Transcript)
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Selon Blaauw et al. (2004)
Le passage à des phases humides, enregistrées par
la végétation des tourbières, correspond
étroitement à des augmentations dans la courbe du
?14C
Les phases humides correspondant à un
fléchissement de lactivité solaire, ces données
(et dautres) montrent que la variabilité
climatique est déterminée, au moins en partie,
par les changements dans lirradiance solaire
(?Irradiance).
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Effets du forçage radiatif solaire sur la
température planétaire moyenne
1) En bleu, le forçage radiatif dû au seul cycle
des taches solaires. 2) La réponse en termes de
changements de la température est beaucoup plus
élevée dans lensemble (rouge) que pour les
taches solaires seules (bleu). Le forçage
radiatif solaire est responsable de variations de
la température de lordre du dixième de degré
Celsius, en plus ou en moins (MAGICC). Pour les
climatologues physiciens, cest trop peu.
Foukal et al., 2004
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Le soleil et le climat
LÉnergie irradiée par le soleil est modulée par
les rayons cosmiques et par le champ magnétique
terrestre, en plus dêtre modifiée par
latmosphère.
On la vu, les ?NL du Jura (Magny) et les ?Hydro
des tourbières (van Geel) sont en phase avec les
changements de lactivité solaire (?14C).
Foukal a toutefois montré que les ?T ?W/m2 sont
trop faibles.
Correspondance OUI Causalité? Quel serait le
mécanisme?
Van Geel et al., 1999. QSR, 18 331-338.
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Circulation atmosphérique selon deux états de
lactivité solaire
Soleil actif forte irradiance Rayons cosmiques
faibles Faible production de 14C Forte production
dUV Forte production dO3 Moins de nuages
Soleil à irradiance faible Rayons cosmiques
forts Forte production de 14C Faible production
dUV Faible production dO3 Plus de nuages Plus
de pluies
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Des correspondances nombreuses
Les périodes de production élevée de 14C et de
10Be, pouvant résulter dune activité solaire
réduite, correspondent aussi à dautres
événements dont les suivants (Plunkett
Swindles, 2006)
Le Dryas récent LOscillation du Pré-Boréal Les
oscillations froides à 10 300 et à 8200 cal.
BP Le Petit Âge Glaciaire outre lévénement
humide/froid de 2800 cal. BP (850 cal. BC)
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Mais des divergences spatiales
Plunkett Swindles (2006) ont montré quune
tourbière dIrlande a plutôt enregistré une
période sèche, vers 2,8 ka BP, et quune période
humide correspondant aussi avec un maximum de
?14C est survenue plus tard, vers 2,7 ka BP.
Les auteurs expliquent ce décalage temporel par
la position marginale de lIrlande vs le
continent. Les réponses climatiques au forçage
solaire peuvent être diachrones en raison des
nuages et des interactions océan-atmosphère.
Doù limportance de chronologies exactes.
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Et des combinaisons de processus
Plunkett Swindles (2006) font aussi intervenir
la modification de la circulation thermohaline
qui a entraîné un refroidissement dans
lAtlantique Nord.
Les auteurs expliquent le décalage temporel de la
réponse climatique au forçage solaire en Irlande
par le temps de réaction de locéan aux apports
deau douce accrus, dus aux pluies accrues
survenues 100 ans plus tôt (2,8 ka BP).
Doù limportance de chronologies exactes pour
comparer plusieurs sites, continentaux ou non.
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Le soleil et le climat
LÉnergie irradiée par le soleil est modulée par
les rayons cosmiques et par le champ magnétique
terrestre, en plus dêtre modifiée par
latmosphère.
Correspondance OUI Causalité? Le mécanisme
serait assuré principalement par les nuages, la
vapeur deau étant le principal vecteur de
lénergie, et le principal gas à effet de serre
(GES) naturel. Les nuages agiraient comme
amplificateurs des ? Irradiance (W/m2).
Van Geel et al., 1999. QSR, 18 331-338.
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OBJECTIFS ATTEINTS!
Examiner les leçons pouvant être tirées des
données indirectes touchant les éléments-clés du
système climatique
Examiner lhypothèse des variations solaires en
tant que forçage fin potentiel du système
climatique
Prendre conscience des incertitudes des
simulations par les modèles
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FIN
MERCI POUR VOTRE PARTICIPATION
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LA SUITE LE 28 octobre 2008
Avec le professeur Bhawan Singh
LA PARTICIPATION SERA AUSSITRÈS APPRÉCIÉE!