Exemple d'argument causal annoté
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Jason West
De The Conversation
13 septembre 2019
Le climat expliqué : pourquoi le dioxyde de carbone a une influence si démesurée sur le climat de la Terre
(Remarque : Le titre présente l'article comme un argument causal, une démonstration de la façon dont le dioxyde de carbone affecte le climat.)
Climate Explained est une collaboration entre The Conversation, Stuff et le New Zealand Science Media Centre pour répondre à vos questions sur le changement climatique.
Question
J'ai entendu dire que le dioxyde de carbone constitue 0,04 % de l'atmosphère de la planète. Pas 0,4 % ou 4 %, mais 0,04 % ! Comment cela peut-il être si important dans le réchauffement climatique s'il s'agit d'un si faible pourcentage ?
On me demande souvent comment le dioxyde de carbone peut avoir un effet important sur le climat mondial alors que sa concentration est si faible, soit seulement 0,041 % de l'atmosphère de la Terre. Et les activités humaines ne sont responsables que de 32 % de ce montant. (Remarque : Jason West présente son article comme une réfutation à un contre-argument.)
J'étudie l'importance des gaz atmosphériques pour la pollution de l'air et le changement climatique. (Remarque : West confirme sa crédibilité en tant que chercheur sur le sujet.) La principale influence du dioxyde de carbone sur le climat est sa capacité à absorber la chaleur émise par la surface de notre planète, l'empêchant ainsi de s'échapper vers l'espace. (Remarque : West résume son argument causal en expliquant un mécanisme qui pourrait expliquer l'effet surprenant du CO2 sur la température.)
Les débuts de la science
Les scientifiques qui ont identifié pour la première fois l'importance du dioxyde de carbone pour le climat dans les années 1850 ont également été surpris par son influence. (Remarque : cette partie de l'histoire souligne la sympathie de West pour la surprise exprimée dans la question d'ouverture.) Travaillant séparément, John Tyndall en Angleterre et Eunice Foote aux États-Unis ont découvert que le dioxyde de carbone, la vapeur d'eau et le méthane absorbaient tous la chaleur, alors que les gaz plus abondants n'en absorbaient pas.
Les scientifiques avaient déjà calculé que la Terre était plus chaude d'environ 59 degrés Fahrenheit (33 degrés Celsius) qu'elle ne devrait l'être, compte tenu de la quantité de lumière solaire atteignant sa surface. La meilleure explication de cet écart est que l'atmosphère retient la chaleur pour réchauffer la planète.
Tyndall et Foote ont montré que l'azote et l'oxygène, qui représentent ensemble 99 % de l'atmosphère, n'avaient pratiquement aucune influence sur la température de la Terre car ils n'absorbaient pas la chaleur. (Remarque : West montre comment les scientifiques ont éliminé ce qui semblait être une cause probable de l'effet de réchauffement.) Ils ont plutôt découvert que les gaz présents à des concentrations beaucoup plus faibles étaient entièrement responsables du maintien des températures qui rendaient la Terre habitable, en piégeant la chaleur pour créer un effet de serre naturel.
Une couverture dans l'atmosphère
(Remarque : la comparaison de gaz piégeant la chaleur à une couverture aide les lecteurs à visualiser l'argument causal.)
La Terre reçoit constamment de l'énergie du soleil et la renvoie dans l'espace. Pour que la température de la planète reste constante, la chaleur nette qu'elle reçoit du soleil doit être équilibrée par la chaleur sortante qu'elle dégage. (Remarque : L'ouest donne un aperçu des facteurs qui influent sur la température de la Terre.)
Comme le soleil est chaud, il émet de l'énergie sous forme de rayonnement à ondes courtes, principalement dans les rayons ultraviolets et visibles. La Terre étant beaucoup plus froide, elle émet de la chaleur sous forme de rayonnement infrarouge, qui a des longueurs d'onde plus longues.
Figure 2 : Le spectre électromagnétique est la gamme de tous les types de rayonnements électromagnétiques, c'est-à-dire de l'énergie qui se déplace et se répand au fur et à mesure. Le soleil étant beaucoup plus chaud que la Terre, il émet un rayonnement à un niveau d'énergie plus élevé, qui a une longueur d'onde plus courte. NASA
Le dioxyde de carbone et les autres gaz piégeurs de chaleur ont des structures moléculaires qui leur permettent d'absorber le rayonnement infrarouge. Les liaisons entre les atomes d'une molécule peuvent vibrer de certaines manières, comme la tonalité d'une corde de piano. Lorsque l'énergie d'un photon correspond à la fréquence de la molécule, il est absorbé et son énergie est transférée à la molécule. (Remarque : Cette section établit l'agence, explique comment le CO2 peut piéger la chaleur.)
Le dioxyde de carbone et les autres gaz piégeurs de chaleur ont au moins trois atomes et des fréquences qui correspondent au rayonnement infrarouge émis par la Terre. L'oxygène et l'azote, qui ne contiennent que deux atomes dans leurs molécules, n'absorbent pas le rayonnement infrarouge. (Remarque : West explique pourquoi deux autres causes possibles du réchauffement, l'oxygène et l'azote, ne retiennent pas la chaleur.)
La majeure partie du rayonnement solaire à ondes courtes traverse l'atmosphère sans être absorbée. Mais la majeure partie du rayonnement infrarouge sortant est absorbée par les gaz piégeurs de chaleur présents dans l'atmosphère. Ils peuvent ensuite libérer ou réémettre cette chaleur. Certains retournent à la surface de la Terre, la maintenant plus chaude qu'elle ne le serait autrement.
Figure 3 : La Terre reçoit l'énergie solaire du soleil (jaune) et renvoie de l'énergie vers l'espace en réfléchissant une partie de la lumière entrante et en rayonnant de la chaleur (rouge). Les gaz à effet de serre retiennent une partie de cette chaleur et la renvoient à la surface de la planète. NASA via Wikimedia. (Remarque : La figure 3, dont la bande rouge la plus à droite pointe vers la Terre, montre clairement que les gaz à effet de serre retiennent la chaleur.)
Recherche sur la transmission de chaleur
Pendant la guerre froide, l'absorption du rayonnement infrarouge par de nombreux gaz différents a été étudiée de manière approfondie. Les travaux ont été dirigés par l'armée de l'air américaine, qui développait des missiles à recherche de chaleur et devait comprendre comment détecter la chaleur traversant l'air.
Cette recherche a permis aux scientifiques de comprendre le climat et la composition atmosphérique de toutes les planètes du système solaire en observant leurs signatures infrarouges. Par exemple, Vénus se trouve à environ 870 °F (470 °C) car son atmosphère épaisse contient 96,5 % de dioxyde de carbone. (Remarque : La comparaison avec Vénus montre qu'une forte concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère est corrélée à une température élevée sur une autre planète.)
Il a également éclairé les prévisions météorologiques et les modèles climatiques, leur permettant de quantifier la quantité de rayonnement infrarouge retenue dans l'atmosphère et renvoyée à la surface de la Terre.
Les gens me demandent parfois pourquoi le dioxyde de carbone est important pour le climat, étant donné que la vapeur d'eau absorbe davantage le rayonnement infrarouge et que les deux gaz l'absorbent à plusieurs longueurs d'onde identiques. La raison en est que la haute atmosphère de la Terre contrôle le rayonnement qui s'échappe vers l'espace. La haute atmosphère est beaucoup moins dense et contient beaucoup moins de vapeur d'eau qu'à proximité du sol, ce qui signifie que l'ajout de dioxyde de carbone influence de manière significative la quantité de rayonnement infrarouge qui s'échappe vers l'espace. (Remarque : Dans ce paragraphe, West élimine un autre facteur possible du changement climatique, le piégeage de la vapeur d'eau.)
Les niveaux de dioxyde de carbone augmentent et diminuent dans le monde entier et changent selon les saisons en fonction de la croissance et de la décomposition des plantes
Observation de l'effet de serre
Avez-vous déjà remarqué que les déserts sont souvent plus froids la nuit que les forêts, même si leurs températures moyennes sont les mêmes ? S'il n'y a pas beaucoup de vapeur d'eau dans l'atmosphère au-dessus des déserts, le rayonnement qu'ils dégagent s'échappe facilement dans l'espace. Dans les régions plus humides, le rayonnement provenant de la surface est piégé par la vapeur d'eau présente dans l'air. De même, les nuits nuageuses ont tendance à être plus chaudes que les nuits claires car il y a plus de vapeur d'eau.
L'influence du dioxyde de carbone se reflète dans les changements climatiques passés. Les carottes de glace des derniers millions d'années ont montré que les concentrations de dioxyde de carbone étaient élevées pendant les périodes chaudes, soit environ 0,028 %. Pendant les périodes glaciaires, alors que la Terre faisait environ 7 à 13 °F (4 à 7 °C) de moins qu'au XXe siècle, le dioxyde de carbone ne représentait qu'environ 0,018 % de l'atmosphère. (Remarque : West fournit d'autres preuves de l'histoire de la Terre pour montrer une corrélation entre une concentration élevée de dioxyde de carbone et des températures plus élevées.)
Même si la vapeur d'eau joue un rôle plus important dans l'effet de serre naturel, les variations du dioxyde de carbone ont entraîné des changements de température dans le passé. En revanche, les niveaux de vapeur d'eau dans l'atmosphère réagissent à la température. À mesure que la Terre se réchauffe, son atmosphère peut contenir plus de vapeur d'eau, ce qui amplifie le réchauffement initial selon un processus appelé « retour de vapeur d'eau ». (Remarque : West décrit une boucle de rétroaction ou un cercle vicieux où le réchauffement entraîne un réchauffement accru.) Les variations du dioxyde de carbone ont donc joué un rôle déterminant dans les changements climatiques passés.
Petit changement, grands effets
Il n'est pas surprenant qu'une petite quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère puisse avoir un effet important. Nous prenons des pilules qui ne représentent qu'une infime fraction de notre masse corporelle et nous nous attendons à ce qu'elles nous affectent. (Remarque : West soutient son affirmation causale en faisant une comparaison avec quelque chose de plus familier, les pilules.)
Aujourd'hui, le niveau de dioxyde de carbone est plus élevé que jamais dans l'histoire de l'humanité. Les scientifiques s'accordent généralement à dire que la température moyenne de la surface de la Terre a déjà augmenté d'environ 2 °F (1 °C) depuis les années 1880, et que l'augmentation du dioxyde de carbone et d'autres gaz piégeant la chaleur causée par l'homme est extrêmement susceptible d'en être la cause. (Remarque : West indique une corrélation entre le CO2 et la température. À cet égard, il s'appuie sur des experts pour étayer l'idée de causalité.)
Si aucune mesure n'est prise pour contrôler les émissions, le dioxyde de carbone pourrait atteindre 0,1 % de l'atmosphère d'ici 2100, soit plus du triple du niveau d'avant la révolution industrielle. Ce changement serait plus rapide que les transitions du passé de la Terre qui ont eu d'énormes conséquences. Si rien n'est fait, ce petit bout d'atmosphère causera de gros problèmes. (Remarque : West se termine par une brève prédiction. Il compare l'augmentation potentielle du dioxyde de carbone aux changements passés pour laisser entendre que les conséquences des changements climatiques provoqués par l'homme seront plus dramatiques que par le passé.)
Attribution
Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons CC BY-ND 4.0. Les annotations sont d'Anna Mills et sont sous licence CC BY-NC 4.0.
