Dioxyde de carbone

Le dioxyde de carbone (CO2) est le gaz à effet de serre le plus important. Les sources naturelles de CO2 atmosphérique comprennent le dégazage des volcans, la combustion et la décomposition naturelle de la matière organique, ainsi que la respiration par des organismes aérobies (utilisant de l’oxygène). Ces sources sont équilibrées, en moyenne, par un ensemble de processus physiques, chimiques ou biologiques, appelés « puits”, qui tendent à éliminer le CO2 de l’atmosphère. Les puits naturels importants comprennent la végétation terrestre, qui absorbe le CO2 lors de la photosynthèse.

A number of oceanic processes also act as carbon sinks. One such process, the « solubility pump,” involves the descent of surface seawater containing dissolved CO2. Un autre processus, la « pompe biologique”, implique l’absorption du CO2 dissous par la végétation marine et le phytoplancton (petits organismes photosynthétiques flottants) vivant dans l’océan supérieur ou par d’autres organismes marins qui utilisent le CO2 pour construire des squelettes et d’autres structures en carbonate de calcium (CaCO3). Lorsque ces organismes expirent et tombent au fond de l’océan, leur carbone est transporté vers le bas et finalement enterré en profondeur. Un équilibre à long terme entre ces sources naturelles et ces puits conduit au niveau de fond, ou naturel, de CO2 dans l’atmosphère.

En revanche, les activités humaines augmentent les niveaux de CO2 dans l’atmosphère principalement par la combustion de combustibles fossiles (principalement le pétrole et le charbon, et secondairement le gaz naturel, destinés au transport, au chauffage et à la production d’électricité) et par la production de ciment. D’autres sources anthropiques incluent le brûlage des forêts et le défrichement des terres. Les émissions anthropiques représentent actuellement le rejet annuel d’environ 7 gigatonnes (7 milliards de tonnes) de carbone dans l’atmosphère. Les émissions anthropiques sont égales à environ 3% des émissions totales de CO2 par les sources naturelles, et cette charge de carbone amplifiée des activités humaines dépasse de loin la capacité de compensation des puits naturels (peut-être jusqu’à 2-3 gigatonnes par an).

Le CO2 s’est ainsi accumulé dans l’atmosphère à un taux moyen de 1,4 partie par million (ppm) en volume par an entre 1959 et 2006 et d’environ 2,0 ppm par an entre 2006 et 2018. Dans l’ensemble, ce taux d’accumulation a été linéaire (c’est-à-dire uniforme dans le temps). Cependant, certains puits actuels, tels que les océans, pourraient devenir des sources à l’avenir. Cela peut conduire à une situation dans laquelle la concentration de CO2 atmosphérique augmente à un rythme exponentiel (c’est-à-dire à un taux d’augmentation qui augmente également avec le temps).

Le niveau de fond naturel de dioxyde de carbone varie sur des échelles de temps de millions d’années en raison de lents changements de dégazage dus à l’activité volcanique. Par exemple, il y a environ 100 millions d’années, au Crétacé, les concentrations de CO2 semblent avoir été plusieurs fois plus élevées qu’aujourd’hui (peut-être près de 2 000 ppm). Au cours des 700 000 dernières années, les concentrations de CO2 ont varié sur une plage beaucoup plus petite (entre environ 180 et 300 ppm) en association avec les mêmes effets orbitaux terrestres liés au va-et-vient des périodes glaciaires du Pléistocène. Au début du 21e siècle, les niveaux de CO2 atteignaient 384 ppm, soit environ 37% au-dessus du niveau de fond naturel d’environ 280 ppm qui existait au début de la Révolution industrielle. Les niveaux de CO2 dans l’atmosphère ont continué d’augmenter et, en 2018, ils avaient atteint 410 ppm. Selon les mesures des carottes de glace, ces niveaux seraient les plus élevés depuis au moins 800 000 ans et, selon d’autres sources de données, pourraient être les plus élevés depuis au moins 5 000 000 d’années.

Le forçage radiatif causé par le dioxyde de carbone varie de manière approximativement logarithmique avec la concentration de ce gaz dans l’atmosphère. La relation logarithmique résulte d’un effet de saturation dans lequel il devient de plus en plus difficile, à mesure que les concentrations de CO2 augmentent, pour des molécules de CO2 supplémentaires d’influencer davantage la « fenêtre infrarouge” (une certaine bande étroite de longueurs d’onde dans la région infrarouge qui n’est pas absorbée par les gaz atmosphériques). La relation logarithmique prédit que le potentiel de réchauffement de la surface augmentera à peu près de la même quantité pour chaque doublement de la concentration de CO2. Aux taux actuels d’utilisation des combustibles fossiles, un doublement des concentrations de CO2 par rapport aux niveaux préindustriels devrait avoir lieu d’ici le milieu du 21e siècle (lorsque les concentrations de CO2 devraient atteindre 560 ppm). Un doublement des concentrations de CO2 représenterait une augmentation d’environ 4 watts par mètre carré de forçage radiatif. Compte tenu des estimations typiques de la « sensibilité au climat » en l’absence de tout facteur de compensation, cette augmentation de l’énergie conduirait à un réchauffement de 2 à 5 ° C (3,6 à 9 ° F) au cours des périodes préindustrielles. Le forçage radiatif total par les émissions anthropiques de CO2 depuis le début de l’ère industrielle est d’environ 1,66 watts par mètre carré.