E8 Cycle mondial du carbone et gaz traces

Topique

Le cycle global du carbone décrit le mouvement du carbone entre quatre principaux réservoirs : l’atmosphère, qui contient environ 870 gigatonnes de carbone ; l’océan, qui en contient environ 38 000 gigatonnes ; la biosphère terrestre, qui en contient environ 2 600 gigatonnes ; et la lithosphère géologique, qui en contient plus de 60 millions de gigatonnes. Les perturbations anthropiques, avec des émissions actuelles avoisinant les 10 gigatonnes de carbone par an, perturbent ce cycle global du carbone et le déstabilisent par rapport à l’équilibre qu’il a maintenu durant l’Holocène, période des derniers millénaires durant laquelle le système climatique est resté relativement stable.

Le modèle dynamique de ce cycle global du carbone couple trois processus distincts : la chimie du dioxyde de carbone dissous dans l’océan, qui s’équilibre avec diverses formes de carbone inorganique dissous dans l’eau de mer ; la photosynthèse et la respiration dans les écosystèmes terrestres, qui absorbent et libèrent du dioxyde de carbone de l’atmosphère en fonction de la saison et de la quantité de végétation active ; L'oxydation du méthane dans l'atmosphère, qui le transforme progressivement en dioxyde de carbone, est un autre processus clé. Ces trois processus interdépendants déterminent la quantité de carbone qui circule entre l'atmosphère, l'océan et la biosphère terrestre à un instant donné.

Parmi toutes les perturbations anthropiques émises chaque année, la fraction atmosphérique mesure la proportion de ces émissions qui reste dans l'atmosphère au lieu d'être absorbée par un autre réservoir du cycle global du carbone : cette fraction est d'environ 44 %, ce qui signifie que les puits naturels du cycle global du carbone – l'océan et la biosphère terrestre – absorbent les 56 % restants des perturbations anthropiques annuelles. Cependant, la capacité de ces puits naturels à absorber cette même proportion de perturbations anthropiques peut atteindre ses limites : si les puits naturels du cycle global du carbone étaient saturés, une fraction atmosphérique supérieure aux 44 % actuels resterait en permanence dans l'atmosphère pour un même niveau d'émissions.

Deux boucles de rétroaction entre le carbone et le climat sont particulièrement cruciales pour le cycle global du carbone. Le premier exemple est celui du pergélisol, qui contient environ 1 700 gigatonnes de carbone accumulé : si le pergélisol dégèle, il libère du dioxyde de carbone et du méthane supplémentaires dans l’atmosphère. Ces gaz contribuent au réchauffement climatique, ce qui, à son tour, provoque la fonte de davantage de pergélisol, bouclant ainsi un cercle vertueux entre le carbone libéré par le pergélisol et le réchauffement climatique. Le second cercle de rétroaction entre le carbone et le climat se situe dans l’océan : l’acidification des océans, avec une baisse d’un dixième d’unité sur l’échelle d’acidité depuis l’ère préindustrielle, peut affaiblir la pompe biologique de carbone, mécanisme par lequel les organismes marins transfèrent le carbone organique de la surface vers le fond océanique. Si la pompe biologique de carbone s’affaiblit, l’océan absorbe moins de carbone de l’atmosphère qu’auparavant, laissant une fraction encore plus importante de carbone en suspension dans l’air. Le dégel du pergélisol et l'acidification des océans agissent tous deux dans le même sens : ils éloignent le cycle global du carbone de l'équilibre holocène initial, et ce, précisément en réduisant la capacité des puits naturels à absorber les perturbations anthropiques, au lieu de la maintenir intacte. Ainsi, le cycle global du carbone, qui décrit les mouvements de carbone entre l'atmosphère, l'océan, la biosphère terrestre et la lithosphère géologique, finit par réagir aux perturbations anthropiques non seulement par un transfert direct de carbone vers l'atmosphère, mais aussi par des rétroactions qui amplifient ce transfert au fil du temps.

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