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Le climat à découvert

 | 
Catherine Jeandel
, 
Rémy Mosseri

Première partie. Le système climatique

3. La Terre : planète dynamique

Catherine Jeandel

Texte intégral

1Pour les climatologues, la planète Terre est un gigantesque laboratoire de physique, de chimie et de biologie. On y rencontre en effet tous les états de la matière : liquide (pluie, fleuves, océans), gazeux (atmosphère), solide (continents et glace) et même plasma dans l’atmosphère terrestre extérieure (magnétosphère). La vie se développe essentiellement sur les continents et les océans, constituant ce que l’on nomme la biosphère*. L’eau est présente dans tous ces compartiments et sous ses 3 états (solide, liquide et glace), particularité due à la distance Terre-Soleil (cf. I-2).

Les différents compartiments

2Les océans sont, de loin, le plus gros des compartiments : profonds de 3,8 km en moyenne, ils contiennent 1,3 milliard de milliards de m3 d’eau et couvrent 71 % de la surface de la Terre (d’où son surnom de « planète bleue »). La circulation océanique joue un rôle majeur dans l’équilibre du climat (cf. I-5). Un courant comme le Gulf Stream représente 20 fois la somme des débits de tous les fleuves du monde réunis, soit 20 millions de tonnes d’eau par seconde… Pénétrer dans l’océan revient à changer de dimension tant les échelles sont immenses par rapport à ce que nous percevons dans notre milieu quotidien.

3La superficie totale des continents est de 148 647 000 km2, soit 29 % de la surface de la Terre. Avec 8 848 m d’altitude, l’Everest est le toit du monde, alors que la fosse sous-marine des Mariannes, profonde de 10 924 m et lieu de plongée de la croûte océanique sous la croûte continentale (subduction*), est le point le plus bas de la Terre. Les continents, qui jouent un rôle essentiel dans la détermination du climat (cf. I-6) n’ont pas toujours eu leur géométrie actuelle. À la fin de l’ère primaire, tous les continents actuels étaient regroupés en un seul, la Pangée* (Wegener, 1912), générant des conditions climatiques fort différentes d’aujourd’hui (cf. I-8).

4La glace continentale contient 98 % des eaux douces de la planète et est distribuée entre les inlandsis* du Groenland, de l’Antarctique et les glaciers continentaux (Islande, montagnes…). Le Groenland fait 2 400 kilomètres de long et 1 000 kilomètres de large et la glace peut y atteindre 3 000 mètres d’épaisseur. Avec une superficie de 14 000 000 km2, une épaisseur moyenne supérieure à 2 000 mètres et une altitude maximale de 4 000 mètres, l’Antarctique est le plus grand inlandsis du monde. Les variations de volume de glace sont une composante majeure du climat et du niveau des mers (cf. III-5, III-6).

5Enfin, l’atmosphère terrestre enveloppe continents, océans et glaces. C’est une enveloppe gazeuse composée de 78,08 % d’azote, 20,95 % d’oxygène, 0,93 % d’argon, 0,039 % de CO2 et des traces d’autres gaz. L’atmosphère permet et protège la vie sur Terre : elle absorbe le rayonnement ultra-violet, le CO2 est fixé par les plantes (et l’azote par certaines algues), l’oxygène est respiré par les animaux, la surface de la Terre est réchauffée par la rétention de chaleur (cf. I-4).

6Le climat de la Terre résulte des interactions entre tous ces compartiments, échanges permanents, à toutes les échelles de temps et d’espace et qui sont caractéristiques du Système Terre (cf. I-1, VI-1).

Échanges entre les compartiments

7Pour illustrer ce que nous appelons les « échanges », prenons l’exemple de l’océan. Avec l’atmosphère, il échange des gaz en particulier le CO2 et l’oxygène, mais aussi de la chaleur qu’il emmagasine aux tropiques pour la restituer aux hautes latitudes. Quand l’oxygène met 8 jours à s’équilibrer en surface de la mer, le CO2 met 3 semaines. Pour ces gaz, il n’y a pas que pénétration de l’air vers l’eau. Par exemple, un réchauffement des eaux induit un dégazage de CO2 (cf. II-12). Avec les continents, l’océan échange essentiellement de la matière. Par le biais de l’érosion, les fleuves et les vents apportent à l’océan des substances chimiques. Celles-ci sont soit minérales, soit organiques. Les premières sont produites par l’érosion des roches qui constituent les montagnes et plaines (calcaire, basalte, granite…) ; les secondes sont les produits de la dégradation des végétaux et animaux constituant la biosphère (feuilles mortes, humus…). Les transports peuvent se faire sous forme solide, comme par exemple les sables et vases déversés par les fleuves ou les poussières transportées par les vents, ou sous forme dissoute. On dit d’un élément chimique qu’il est dissous lorsqu’il a été solubilisé par le fluide porteur, comme par exemple le sucre dans le café. La plupart du temps, on ne peut pas « voir » les éléments dissous dans l’eau des fleuves. Ainsi, les rivières apportent à la mer du calcium et de la silice, mais aussi de l’aluminium, du fer, du chrome… et malheureusement aussi des contaminants comme les xénobiotiques*. Sont regroupés sous ce terme les composés organiques issus des seules activités humaines, comme les médicaments par exemple. Tous les éléments et composés chimiques naturels et artificiels (contaminants chimiques, organiques mais aussi radioéléments) transitent « un jour » par l’océan. Cependant, l’océan « rend » aussi de la matière aux continents. Par le biais de la sédimentation, les éléments chimiques vont disparaître à leur tour du milieu marin. En effet, les particules que l’on trouve en mer sont soit apportées par les fleuves et les vents (particules lithogéniques), soit générées par la vie (particules biogéniques) à partir d’éléments dissous : les micro-algues et animaux marins génèrent de la matière solide. Celle-ci chute dans la colonne d’eau et sédimente, de même que le matériel apporté par les vents et les fleuves. Le rythme de sédimentation est très rapide près des côtes (pouvant dépasser le m/an) et très lent au large (moins du mm/an). Ces sédiments sont la « voie de sortie » des éléments chimiques du milieu marin. Une partie de ces sédiments accumulés au cours du temps va, grâce à la tectonique des plaques, se déplacer lentement vers les « fosses » océaniques où ils vont plonger et être enfouis dans les profondeurs de la Terre par le mécanisme de la subduction*. Ils en ressortiront par la genèse de chaînes de montagne et/ou l’activité volcanique. Ce cycle simplifié « géodynamique » illustre clairement que les échanges entre continents et océans se font parfois en des lieux très éloignés et avec d’immenses écarts de temps (avant de plonger dans la fosse des Mariannes, un sédiment peut avoir transité 160 millions d’années).

8Les différents milieux en présence sont donc le siège d’échanges permanents (figure), qui finissent par les modifier : l’érosion, grande consommatrice de CO2, gomme progressivement les reliefs (cf. II-14, II-13), les fleuves alimentent la mer en matière et éléments, la biosphère renouvelle l’oxygène de l’atmosphère tout en piégeant son CO2, le volume de glace augmente ou diminue et avec lui, le volume de l’océan diminue lorsque la Terre s’englace, ou augmente au contraire dans les périodes chaudes… Ces flux échangés en permanence, dans lesquels les écosystèmes jouent un rôle prépondérant, ont conduit à l’émergence de l’hypothèse de Gaia par J. Lovelock, qui voit la Terre comme une entité vivante avec des vaisseaux (les fleuves), un poumon (la biosphère) etc. Bien que ce concept soit controversé, il n’est pas inintéressant du point de vue métaphorique. Quoi qu’il en soit, les recherches sur le climat s’attachent à étudier toutes les interactions existant au sein du « Système Terre » : les caractériser est une des conditions de base de la qualité des modèles de climat.

Illustration du Système Terre, avec ses différents compartiments et les flux principaux qu’ils échangent entre eux, l’ensemble jouant un rôle majeur dans le contrôle du climat

Table des illustrations

Légende Illustration du Système Terre, avec ses différents compartiments et les flux principaux qu’ils échangent entre eux, l’ensemble jouant un rôle majeur dans le contrôle du climat
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Fichier image/, 507k

Auteur

Océanographe géochimiste, Directrice de Recherche au CNRS, ancienne Présidente du Conseil Scientifique du département Planète-Univers du CNRS, LEGOS, Toulouse.
catherine.jeandel@legos.obs-mip.fr

© CNRS Éditions, 2011

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