III. LA COMPLEXITÉ DU CLIMAT
Trois grands cycles influent principalement sur le climat. Le cycle de l'eau, celui du carbone et celui de l'azote.
A. LE CYCLE DE L'EAU
« La Terre est sans conteste le joyau du système solaire. Lorsqu'on l'admire depuis l'espace, petite bulle douce et bleue flottant dans l'infini, son nom semble bien mal choisi : la surface de notre planète est en effet recouverte aux trois-quarts par l'océan. »
Serge BRUNIER (5 ( * ))
La planète bleue , la planète qui porte de l'eau liquide à sa surface, c'est la Terre. A ce titre, elle est unique dans le système solaire.
Chaque jour, l'essentiel de la vapeur d'eau s'évapore dans les régions tropicales puis cette masse d'air humide est transportée vers les latitudes plus hautes et subit une série de condensations du fait du refroidissement de l'air.
Ces condensations produisent des pluies puis de la neige en se rapprochant des pôles.
Par ailleurs, les sources et les volcans constituent les deux autres lieux essentiels du cycle de l'eau.
Pour reprendre l'image employée par Jacques LABEYRIE (6 ( * )) , trois installations d'épuration d'eau fonctionnent en parallèle sur la Terre : les sources, les volcans (traitement de l'eau à haute température) et les mers (évaporateur à basse température).
Les hommes, les animaux et les plantes ont besoin, un besoin vital, que le cycle de l'eau, en eux et autour d'eux, s'accomplisse indéfiniment.
Pour la survie d' un homme des contrées tempérées, 500 litres d'eau par an sont indispensables tandis qu'un homme vivant dans un climat désertique aurait besoin de 2.000, voire de 3.000 litres par an.
Par comparaison, les plants nécessaires pour produire un kilo de grains de maïs absorbent plus de 300 litres d'eau en six mois.
Mais, ce cycle de l'eau dépend étroitement de la température car les réactions chimiques vitales ne se produisent qu'au-dessus de 8 ° à 10 ° pour la plupart des espèces végétales et jusqu'à 45 ° environ, même si certaines espèces supportent jusqu'à - 70 ° et + 250 °.
Pour les espèces animales , les migrations auxquelles elles se livrent illustrent la préoccupation de conserver des conditions climatiques aussi optimales que possible.
B. LE CYCLE DU CARBONE
En complément du cycle de l'eau, intervient le cycle du carbone.
Élément essentiel à la vie , le carbone constitue l'ossature des molécules organiques de tous les organismes vivants .
Il est aussi présent dans les roches calcaires et dans l'air.
Pour situer l'importance respective des différentes localisation du carbone, il peut être noté que vingt millions de milliards de tonnes de carbone se trouvent dans les sédiments calcaires (30.000 fois plus que dans l'atmosphère), que l'océan renferme aussi du carbone, sous forme d'ions bicarbonates dissous dans l'eau (60 fois plus que dans l'atmosphère), que la biosphère contient de la matière organique qui, avec ses résidus dans les sols et dans les océans représente cinq fois plus de carbone que la quantité présente dans l'atmosphère. Enfin, le gaz carbonique représente 0,03% de l'air.
Des échanges de carbone ont lieu entre ces divers réservoirs, accomplissant le cycle du carbone. Ce sont les suivants :
• Biosphère continentale photosynthèse atmosphère (les plantes absorbent et rejettent du gaz carbonique) ;
• Océan atmosphère (le gaz carbonique de l'atmosphère réagit avec l'eau froide et se transforme en bicarbonate, lequel, des dizaines, des centaines ou des milliers d'années plus tard se décompose sous l'effet de l'eau chaude et dégage du gaz carbonique dans l'atmosphère. C'est la présence de gaz carbonique dissous dans l'eau, augmentée du rayonnement solaire, qui permet la prolifération d'algues microscopiques à la surface des océans : le phytoplancton. Ce dernier est absorbé par le zooplancton qui nourrit les poissons.
La chaîne de la vie comprend toujours le carbone (cellules de phytoplancton puis tissu des autres organismes vivants puis déchet organique).
Mais ce carbone n'est pas seulement absorbé, il est aussi rejeté dans l'air (respiration des algues, des poissons, oxydation des déchets).
Seulement 10 % de l'ensemble de ce carbone (pelotes fécales, tissus morts, déchets) coulent dans les océans, mais près de 9 % se dissolvent avant d'atteindre le fond. C'est donc seulement 1 % du carbone présent dans les océans qui se trouve piégé pour des millions d'années.
Chaque élément du cycle du carbone dépend des autres éléments. Ainsi, le phytoplancton se nourrit de sels provenant des profondeurs océaniques et remontés à la surface par la circulation océanique.
Sans cette remontée, le phytoplancton ne pourrait perdurer.
Deux autres phénomènes participent au cycle du carbone : les éruptions volcaniques , qui injectent dans l'atmosphère du gaz carbonique résultant des dépôts sédimentaires du fond des océans (carbonates libérant du gaz carbonique sous l'effet de la chaleur) et l'érosion des roches (la pluie dissout les carbonates et aluminosilicates des roches et transporte les ions carbonates vers l'océan à travers les rivières et les fleuves).
De la sorte, le volcanisme assure le renouvellement du gaz carbonique dans l'air, tandis que l'érosion joue le même rôle pour l'océan.
Il est supposé que, il y a plus de quatre milliards d'années, une très forte activité volcanique avait produit une épaisse couche de gaz carbonique. Un très fort effet de serre avait alors empêché l'eau de l'océan de geler, ce qui aurait dû se produire compte tenu d'un rayonnement solaire inférieur d'environ 30 % à ce qu'il est actuellement.
La vie et la photosynthèse sont alors apparues dans l'océan et, au cours de centaines de millions d'années, le gaz carbonique de l'atmosphère a été remplacé par de l'oxygène qui, au terme d'un milliard d'années, a constitué 21 % de l'atmosphère permettant la formation de la couche d'ozone , il y a 400 millions d'années, protégeant la vie à la surface des continents contre le rayonnement ultraviolet solaire.
* (5) « Voyage dans le système solaire », Bordas, 2000.
* (6) « L'homme et le climat », Denoël, 1985, 1993, 348 pages.