Cycle du carbone et gaz à effet de serre

Comment le carbone circule entre l'atmosphère, l'océan, les terres et les roches, et comment les émissions humaines de dioxyde de carbone et d'autres gaz s'accumulent pour provoquer le réchauffement.

Definition

Le cycle du carbone est l'ensemble des échanges qui déplacent le carbone entre l'atmosphère, l'océan, la biosphère terrestre, les sols et les roches, et les gaz à effet de serre sont les constituants atmosphériques, principalement le dioxyde de carbone, le méthane et l'oxyde nitreux, dont ce cycle régule les concentrations.

Scope

Ce sujet couvre le cycle global du carbone et le budget des gaz à effet de serre. Il aborde les échanges naturels de carbone entre l'atmosphère, l'océan et la biosphère terrestre sur des échelles de temps allant de quelques années à des millénaires, le cycle géologique de l'altération et du volcanisme, l'absorption des émissions humaines par les puits océaniques et terrestres, et l'augmentation résultante du dioxyde de carbone, du méthane et de l'oxyde nitreux atmosphériques, ainsi que le concept de budget carbone restant pour limiter le réchauffement.

Core questions

• Comment le carbone circule-t-il entre l'atmosphère, l'océan, les terres et les roches ?
• Quelle fraction des émissions humaines reste dans l'atmosphère ?
• Comment les puits de carbone océaniques et terrestres réagissent-ils au réchauffement ?
• Quelle quantité de carbone peut encore être émise dans les limites d'un réchauffement donné ?

Key theories

Fraction atmosphérique et puits de carbone

Seule environ la moitié des émissions humaines de carbone reste dans l'atmosphère car l'océan et la biosphère terrestre absorbent le reste, et la manière dont ces puits évoluent sous l'effet du réchauffement détermine les concentrations futures.

Rétroactions du cycle du carbone

Le réchauffement peut affaiblir l'absorption du carbone et libérer du carbone des sols, du pergélisol et de la végétation, une rétroaction qui laisse davantage de carbone émis dans l'atmosphère et amplifie le réchauffement.

Mechanisms

Le carbone circule rapidement entre l'atmosphère, l'océan de surface et la végétation par la photosynthèse, la respiration et les échanges air-mer, et lentement par le mélange océanique, la sédimentation, l'altération et le volcanisme. Les émissions humaines ajoutent du carbone plus rapidement que le lent processus d'élimination géologique ne peut agir, de sorte que les concentrations augmentent ; l'océan et les terres absorbent actuellement environ la moitié, mais le réchauffement et les conditions changeantes peuvent affaiblir ces puits, augmentant ainsi la fraction atmosphérique.

Clinical relevance

Étant donné que les émissions cumulées de carbone déterminent en grande partie le pic de réchauffement, la compréhension du cycle du carbone permet de définir le budget carbone restant compatible avec les objectifs de température et le rôle de l'élimination naturelle et artificielle du carbone.

Evidence & guidelines

Le sixième rapport d'évaluation du GIEC constate une relation quasi linéaire entre les émissions cumulées de carbone et le réchauffement climatique et quantifie les budgets carbone restants pour limiter le réchauffement à des niveaux spécifiés.

History

Les mesures continues de Keeling, débutées en 1958, ont révélé pour la première fois l'augmentation constante du dioxyde de carbone atmosphérique, et les décennies suivantes d'études océaniques et terrestres, synthétisées dans le budget carbone mondial annuel, ont quantifié les puits et établi le lien entre les émissions cumulées et le réchauffement.

Debates

Force future des puits de carbone terrestres et océaniques

La durée pendant laquelle les puits naturels continueront d'absorber environ la moitié des émissions, et si le réchauffement les affaiblira fortement, constitue une incertitude majeure dans la projection des concentrations futures.

Key figures

• Charles David Keeling
• Pierre Friedlingstein
• Wallace Broecker
• Corinne Le Quere

Seminal works

• keeling1960
• friedlingstein2022

Frequently asked questions

Où va le dioxyde de carbone que nous émettons ?

Environ la moitié reste dans l'atmosphère, tandis que l'océan et la végétation terrestre absorbent chacun environ un quart, bien que ces puits puissent s'affaiblir à mesure que le climat se réchauffe.

Qu'est-ce qu'un budget carbone ?

C'est la quantité totale de dioxyde de carbone qui peut encore être émise tout en maintenant le réchauffement en dessous d'une limite choisie, basée sur le lien quasi linéaire entre les émissions cumulées et la température.