Points de basculement climatiques – trop risqué pour parier contre


Les politiciens, les économistes et même certains spécialistes des sciences naturelles ont eu tendance à supposer que les points critiques dans le système terrestre – comme la perte de la forêt amazonienne ou de la calotte glaciaire de l'Antarctique occidental – sont peu probables et mal compris. Cependant, il est de plus en plus évident que ces événements pourraient être plus probables que prévu, avoir des impacts importants et être interconnectés entre différents systèmes biophysiques, engageant potentiellement le monde dans des changements irréversibles à long terme.

Nous résumons ici les preuves relatives à la menace de dépassement des points de basculement, identifions les lacunes dans les connaissances et suggérons comment les combler. Nous explorons les effets de ces changements à grande échelle, leur rapidité d'exécution et leur contrôle éventuel.

À notre avis, la prise en compte des points de basculement aide à définir que nous sommes dans une urgence climatique et renforce les appels de cette année à une action climatique urgente – des écoliers aux scientifiques, aux villes et aux pays.

Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) a introduit l'idée de points de basculement il y a deux décennies. A cette époque, ces «discontinuités à grande échelle» dans le système climatique n’étaient considérées comme probables que si le réchauffement de la planète dépassait 5 ° C de plus que les niveaux préindustriels. Informations résumées dans les deux derniers rapports spéciaux du GIEC (publiés en 2018 et en septembre de cette année), suggère que les points de basculement pourraient être dépassés même entre 1 et 2 ° C de réchauffement (voir ‘Trop proche pour plus de confort’).

Source: GIEC

Si les engagements pris au niveau national en matière de réduction des émissions de gaz à effet de serre sont mis en œuvre – et c’est un grand "si" -, ils risquent d’entraîner un réchauffement de la planète d’au moins 3 ° C. Ceci malgré l'objectif de l'accord de Paris de 2015 de limiter le réchauffement à bien en dessous de 2 ° C. Certains économistes, en supposant que les points de basculement climatiques ont une très faible probabilité (même s'ils seraient catastrophiques), ont suggéré que le réchauffement à 3 ° C était optimal du point de vue des coûts et des avantages. Cependant, si les points de basculement semblent plus probables, la recommandation «politique optimale» de modèles économiques simples climat-économie s'aligne sur ceux du récent rapport du GIEC. En d'autres termes, le réchauffement doit être limité à 1,5 ° C. Cela nécessite une intervention d'urgence.

Effondrement de la glace

Nous pensons que plusieurs points de basculement de la cryosphère sont dangereusement proches, mais la réduction des émissions de gaz à effet de serre pourrait tout de même ralentir l'accumulation inévitable d'impacts et nous aider à nous adapter.

Des recherches menées au cours des dix dernières années ont montré que l’embranchement de l’Antarctique occidental dans la mer d’Amundsen était peut-être passé à un point critique: la «ligne d’échouement» où se rencontrent la glace, l’océan et le substrat rocheux se retire de façon irréversible. Une étude modèle montre que, lorsque ce secteur s’effondrerait, il pourrait déstabiliser le reste de la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental, comme des dominos renversés, ce qui entraînerait une élévation du niveau de la mer d’environ 3 mètres sur plusieurs millénaires. Les preuves paléo montrent qu'un tel effondrement généralisé de la calotte glaciaire de l'Antarctique occidental s'est produit à plusieurs reprises dans le passé.

Les dernières données montrent qu'une partie de la calotte glaciaire de l'Antarctique oriental – le bassin de Wilkes – pourrait être tout aussi instable. Les travaux de modélisation suggèrent qu'il pourrait ajouter 3 à 4 m de plus au niveau de la mer sur des échelles de temps supérieures à un siècle.

La calotte glaciaire du Groenland fond à un rythme accéléré. Il pourrait ajouter 7 m de plus au niveau de la mer pendant des milliers d’années s’il dépasse un certain seuil. Au-delà, au fur et à mesure que l'altitude de la couche de glace baisse, celle-ci fond plus loin, exposant la surface à un air toujours plus chaud. Des modèles suggèrent que la calotte glaciaire du Groenland pourrait être condamnée à un réchauffement de 1,5 ° C, ce qui pourrait arriver dès 2030.

Ainsi, nous avons peut-être déjà engagé les générations futures à vivre avec une élévation du niveau de la mer d'environ 10 m sur des milliers d'années.. Mais ce délai est toujours sous notre contrôle. Le taux de fusion dépend de l'ampleur du réchauffement au-dessus du point de basculement. À 1,5 ° C, le déploiement pourrait prendre 10 000 ans; au-dessus de 2 ° C, cela pourrait prendre moins de 1000 ans. Les chercheurs ont besoin de plus de données d’observation pour établir si les inlandsis atteignent un point critique, ainsi que de meilleurs modèles limités par les données passées et actuelles afin de déterminer quand et à quel rythme les inlandsis pourraient s’effondrer.

Quoi que ces données montrent, il faut prendre des mesures pour ralentir la montée du niveau de la mer. Cela facilitera l’adaptation, y compris la réinstallation éventuelle de grands centres de population peu élevés.

Une autre impulsion clé pour limiter le réchauffement à 1,5 ° C est que d'autres points de basculement pourraient être déclenchés à de faibles niveaux de réchauffement planétaire. Les derniers modèles du GIEC ont projeté une série de changements brusques entre 1,5 ° C et 2 ° C, dont plusieurs font intervenir de la glace de mer. Ces glaces se réduisent déjà rapidement dans l'Arctique, ce qui indique que, avec un réchauffement de 2 ° C, la région a une chance de 10 à 35% de devenir en grande partie libre de glace en été.

Frontières de la biosphère

Les changements climatiques et d’autres activités humaines risquent de provoquer des points de basculement de la biosphère au sein d’un éventail d’écosystèmes et d’échelles (voir «Sonner l’alarme»).

Source: T. M. Lenton et al.

Les vagues de chaleur dans les océans ont entraîné un blanchissement massif des coraux et la perte de la moitié des coraux d’eaux peu profondes de la grande barrière de corail australienne. 99% des coraux tropicaux sont projetés à perdre si la température moyenne mondiale augmente de 2 ° C, en raison des interactions entre réchauffement, acidification des océans et pollution. Cela représenterait une perte profonde de la biodiversité marine et des moyens de subsistance humains.

En plus de saper notre système de soutien de la vie, les points de basculement de la biosphère peuvent déclencher un rejet brutal de carbone dans l'atmosphère. Cela peut amplifier le changement climatique et réduire les budgets d'émissions restants.

La déforestation et le changement climatique déstabilisent l’Amazonie – la plus grande forêt tropicale du monde, qui abrite une espèce sur dix. Les estimations du point de basculement de l'Amazone varient de 40% de déforestation à 20% de perte de couvert forestier.. Environ 17% ont été perdus depuis 1970. Le taux de déforestation varie avec les changements de politique. Trouver le point de basculement nécessite des modèles qui intègrent la déforestation et le changement climatique et qui intègrent les réactions au feu et au climat en tant que mécanismes de basculement en interaction à toutes les échelles.

Avec le réchauffement de l'Arctique au moins deux fois plus rapidement que la moyenne mondiale, la forêt boréale subarctique est de plus en plus vulnérable. Déjà, le réchauffement a provoqué des perturbations à grande échelle causées par des insectes et une augmentation des incendies qui ont entraîné le dépérissement des forêts boréales nord-américaines, transformant potentiellement certaines régions d'un puits de carbone en une source de carbone.. Le pergélisol à travers l'Arctique commence à dégeler de manière irréversible et à libérer du dioxyde de carbone et du méthane, un gaz à effet de serre environ 30 fois plus puissant que le CO2 sur une période de 100 ans.

Les chercheurs doivent améliorer leur compréhension des changements observés dans les principaux écosystèmes, ainsi que des futurs points de basculement. Stocks de carbone existants et rejets potentiels de CO2 et le méthane doit être mieux quantifié.

Le budget d’émission restant dans le monde pour 50% des chances de rester à moins de 1,5 ° C du réchauffement est d’environ 500 gigatonnes (Gt) de CO2. Les émissions de pergélisol pourraient prendre environ 20% (100 Gt de CO2) hors de ce budgetsans compter le méthane du pergélisol profond ou des hydrates sous-marins. Si les forêts sont proches des points de basculement, le dépérissement d’Amazon pourrait libérer une quantité supplémentaire de 90 Gt de CO.2 forêts boréales et 110 Gt CO supplémentaires2. Avec total de CO2 toujours à plus de 40 Gt par an, le budget restant pourrait être déjà pratiquement effacé.

Coraux blanchis sur un récif près de l'île de Moorea en Polynésie française, dans le Pacifique Sud.Crédit: Alexis Rosenfeld / Getty

Cascade mondiale

À notre avis, l’urgence la plus évidente serait que nous nous approchions d’une cascade mondiale de points de basculement qui conduiraient à un nouvel état de climat «plus chaud et moins habitable».. Des interactions pourraient avoir lieu par le biais de la circulation océanique et atmosphérique ou par des réactions qui augmentent les niveaux de gaz à effet de serre et la température globale. Alternativement, de forts retours en nuage pourraient provoquer un point de basculement global.,.

Nous soutenons que les effets en cascade pourraient être courants. Recherche l'année dernière analysé 30 types de changement de régime couvrant le climat physique et les systèmes écologiques, de l'effondrement de la calotte glaciaire de l'Antarctique occidental au passage de la forêt tropicale à la savane. Cela indique que le dépassement des points de basculement dans un système peut augmenter le risque de les franchir dans d'autres. Ces liens ont été trouvés pour 45% des interactions possibles.

À notre avis, des exemples commencent à être observés. Par exemple, la perte de glace de mer dans l'Arctique amplifie le réchauffement régional, tandis que le réchauffement dans l'Arctique et la fonte du Groenland entraînent un afflux d'eau douce dans l'Atlantique Nord. Cela aurait pu contribuer à un ralentissement de 15% depuis le milieu du XXe siècle de la circulation de renversement méridional de l’Atlantique (AMOC), un élément clé du transport global de chaleur et de sel par l’océan. La fonte rapide de la calotte glaciaire du Groenland et le ralentissement de l’AMOC pourraient déstabiliser la mousson ouest-africaine, provoquant une sécheresse dans la région du Sahel en Afrique. Un ralentissement de l’AMOC pourrait également assécher l’Amazone, perturber la mousson est-asiatique et provoquer une accumulation de chaleur dans l’océan Austral, ce qui pourrait accélérer la perte de glace de l’Antarctique.

Les paléo-enregistrements montrent des basculements globaux, tels que l’entrée dans les cycles glaciaires il ya 2,6 millions d’années et leur changement d’amplitude et de fréquence il ya environ un million d’années, que les modèles ne peuvent que simuler. Les basculements régionaux se sont produits à plusieurs reprises au cours de la dernière période glaciaire et à la fin de celle-ci, il y a entre 80 000 et 10 000 ans (événements Dansgaard – Oeschger et Heinrich). Bien que cela ne soit pas directement applicable à la période interglaciaire actuelle, il souligne que le système terrestre a été instable à travers plusieurs échelles de temps auparavant, sous un forçage relativement faible causé par des changements de son orbite terrestre. Maintenant, nous forçons fortement le système, avec le CO atmosphérique2 la concentration et la température globale augmentent à des vitesses d'un ordre de grandeur supérieur à celles observées lors de la dernière déglaciation.

CO atmosphérique2 est déjà à son plus bas niveau d’il ya environ quatre millions d’années, à l’époque du Pliocène. Il se rapproche rapidement des niveaux observés pour la dernière fois il y a 50 millions d'années – à l'Éocène – lorsque la température montait jusqu'à 14 ° C par rapport à l'époque préindustrielle. Il est difficile pour les modèles climatiques de simuler de tels états de la Terre "en serre". Une explication possible est qu’il manque un point de basculement essentiel dans les modèles: un modèle de résolution de nuages ​​publié cette année suggère que la fragmentation brutale du nuage stratocumulus dépassant environ 1 200 parties par million de CO2 aurait pu entraîner environ 8 ° C de réchauffement climatique.

Certains des premiers résultats des derniers modèles climatiques – publiés pour le sixième rapport d'évaluation du GIEC – à paraître en 2021 – indiquent une sensibilité climatique beaucoup plus grande (définie comme la réponse en température au doublement du CO atmosphérique2) que dans les modèles précédents. De nombreux autres résultats sont en attente et une enquête plus approfondie est nécessaire, mais pour nous, ces résultats préliminaires suggèrent qu'un point de basculement global est possible.

Pour résoudre ces problèmes, nous avons besoin de modèles qui capturent une suite plus riche de couplages et de rétroactions dans le système Terre, et nous avons besoin de plus de données – actuelles et passées – et de meilleures façons de les utiliser. L’amélioration de la capacité des modèles à capturer les changements climatiques brusques et passés et les états climatiques «bruts» connus devrait accroître la confiance en leur capacité à les prévoir.

Certains scientifiques s'opposent au fait que la possibilité d'un basculement global reste hautement spéculative. Nous sommes d'avis que, compte tenu de son impact considérable et de son caractère irréversible, toute évaluation de risque grave doit prendre en compte les éléments de preuve, même si notre compréhension peut encore être limitée. Penser du côté du danger n'est pas une option responsable.

Si des cascades dommageables peuvent se produire et qu'un point de basculement global ne peut être exclu, il s'agit d'une menace existentielle pour la civilisation. Aucune analyse coûts-avantages économiques ne nous aidera. Nous devons changer notre approche du problème climatique.

agir maintenant

À notre avis, les preuves tirées uniquement des points de basculement suggèrent que nous sommes dans un état d’urgence planétaire: le risque et l’urgence de la situation sont graves (voir ‘Urgence: faites le calcul’).

Urgence: faites le calcul

Nous définissons l'urgence (E) comme le produit du risque et de l'urgence. Risque (R) est définie par les assureurs comme une probabilité (p) multiplié par le dommage (). Urgence (U) est défini dans les situations d'urgence comme le temps de réaction à une alerte (τ) divisé par le temps d'intervention restant pour éviter un mauvais résultat (T). Ainsi:

E = R × U = p × D × τ / T

La situation est une urgence si le risque et l’urgence sont élevés. Si le temps de réaction est plus long que le temps d'intervention restant (τ/T> 1), nous avons perdu le contrôle.

Nous pensons que le temps d’intervention restant pour éviter les renversements aurait déjà pu être ramené à zéro, alors que le temps de réaction pour atteindre les émissions nettes nettes est au mieux de 30 ans. Par conséquent, nous avons peut-être déjà perdu le contrôle de savoir si un basculement se produit. Une grâce qui sauve, c'est que le taux d'accumulation des dommages causés par le basculement – et donc le risque encouru – pourrait encore être sous notre contrôle dans une certaine mesure.

La stabilité et la résilience de notre planète sont en péril. L'action internationale – pas seulement les mots – doit en tenir compte.

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