Plan. océanique du C. ! IV. La séquestration s. ! V. Le cycle du carbone perturbé et les prévisions. ! I. Un changement de la chimie de

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Dorothée Marier
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1 Plan! I. Un changement de la chimie de l!atmosphère sans précédent.! II. L!origine L du CO2 en excès! III. La séquestration s océanique du C! IV. La séquestration s continentale! V. Le cycle du carbone perturbé et les prévisions.! Que faire??????

2 D!ou vient ce CO 2?! La composition isotopique du carbone des arbres en 14 C ne cesse de baisser. Ceci est compatible avec un apport de carbone privé de 14 C, donc de C fossile.! Quelle est la quantité de C injectée e dans l!atmosphère par l!hommel

3 Les isotopes du carbone Ils démontrent l origine humaine du CO 2 # % $ " 13 C = [ # % $ 13 C 12 C 13 C 12 C & ( ' & ( ' echantillon stan dard )1].1000

4 Combustion des charbons, pétroles et gaz Quantité de C total injectée dans l atm : 230 GtC = 230 PgC. C est environ la moitié du stock de carbone dans l atmosphère

5 Emissions de CO2 d!origined énergétique en 1997! L!américain : 20,5 t! L!australien : 17 t! L!allemand : 11 t! Le russe : 7,8 t! Le français ais : 6,2 t! Le chinois : 2,6 t! La Chine est quand même m me responsable de 14 % des émissions

7 Déforestation! : 121 PgC de bois coupé/brul brulé Fabrication des ciments! 100 PgC environ! Quelle serait l!augmentation l de CO2 dans l!atmosphl atmosphère due à la déforestation, d aux ciments et à la combustion du carbone fossile?! Volume de l!atm : 3, km 3! Masse de l!atm : 5, kg! Volume molaire gaz parfait : 22,4 l/mol! Masse molaire du carbone 12 g/mol.

8 ! Le puit continental Puits de carbone! 550 PgC «"vivant vivant"»! 1500 PgC «"mort mort"» dans les sols! L!océan! 900 PgC en surface! 3 PgC biomasse marine! PgC dans l!ocl océan intermédiaire et profond! Les variations fines de la quantité d!oxygène dans l!atmosphère permettent de quantifier les flux atm- continents (O échangée) et atm-ocean (pas d!od échangé).

9 Le puit océanique! Deux réservoirs r océaniques : le C organique (3 PgC) ) et le stock inorganique (37100 PgC) ) pour l!essentiel l dans les eaux profondes.! Deux mécanismes m de pompage : la pompe biologique et la pompe à solubilité.! A l!él!état pré-anthropique, le système devrait être grossièrement rement en équilibre : sources équatoriales compensées es par des puits des hautes latitudes.

10 Solubilité! Loi de Henry et système carbonate. Capacité de tampon de l!aciditl acidité.. Régions R puits et régions r sources.! La dissolution du CO2 dans l!ocl océan acidifie l!ocl océan. 10 % d!augmentation d de CO2 atm conduit à une augmentation de 1% de HCO3 dans l!eau. l

11 La constante de Henry (K) baisse quand la température augmente. A 20 C, [H 2 CO 3 ] = ,41 = 10-3, ,41 = 10-4,84 mol/l Donc, indépendant du ph de la solution.

12 Invasion du tritium des bombes! Vitesses de 10 cm/s par endroit à 1 mm/s

13 Concentrations en C anthropique dans l!ocl océan.! A. intégration le long d!une colonne d!eau. d! B. Concentration en µmol/l dans un profil N-S de l!ocl océan Atlantique! C. Concentration en µmol/l dans un profil N-S de l!ocl océan Pacifique.

14 La circulation océanique : inertie de l!ocl océan

15 Explications de ces profils! L!océan Atlantique Nord ne représente que 15% de la surface de la Terre, mais stocke 23% du carbone anthropique. 60% du C anthropique (océanique) est dans l!ocl océan l!hémisphl misphère Sud.! Avec la profondeur: l!essentiel l du C anthropique est en surface car le mode de pénétration p est un échange avec l!atmosphl atmosphère. La pénétration est très s variable selon les zones océaniques. Une eau est d!autant d plus riche qu!elle a été exposée e longtemps et que son facteur de Revelle est bas (d PCO2/d DIC). Forte pénétrationp (60µmol/l) dans les océans subtropicaux, faible dans le North Pacific ou la concentration en DIC est moindre. 50% du C anthropogénique nique est au dessus de 400 m, la moyenne mondiale est 5 µmol/kg. La répartition du C anthropogénique nique suit la dynamique océanique. Seulement 7% du C anthropogénique nique se trouve à des profondeurs de plus de 1700 m.! Stockage total dans l!ocl océan= 250 PgC.

16 Bilan en PgC! Combustion des hydrocarbures : 244 PgC! Déforestation! Ciments! Total injecté : 380 PgC! Puit océanique : 120 PgC! Accumulation dans l!atmosphl atmosphère : 165 PgC

17 Plan! I. Un changement de la chimie de l!atmosphère sans précédent.! II. L!origine L du CO2 en excès! III. La séquestration s océanique du C! IV. La séquestration s continentale! V. Le cycle du carbone perturbé et les prévisions.! Que faire??????

18 ! Le puit continental Puits de carbone! 550 PgC «"vivant vivant"»! 1500 PgC «"mort mort"» dans les sols! Les variations fines de la quantité d!oxygène dans l!atmosphère permettent de quantifier les flux atm- continents (O échangée) et atm-ocean (pas d!od échangé).

19 Surfaces continentales Effet climatique physique + effet climatique chimique

20 Effet Physiques de la végétation sur le climat! Albédo : une forêt t est plus sombre qu!une une surface enneigée. e. Une foret de feuillus est plus claire qu!une une foret de résineux. r Par ex. le remplacement de la Toundra par la forêt réchauffe la planète. La disparition des forets tempérées es a augmenté l!albédo de la Terre.! Evaporation: A meme énergie lumineuse incidente, la végétation v favorise l!él!évaporation et donc la consommation d!éd!énergie (chaleur latente). Les forêts augmentent la rugosité de la planète et diminue l!effet l du vent.

21 Puit continental: effets chimiques La végétation échange des gaz avec l atmosphère -H 2 0, CO 2, les plus évidents, ce sont des gaz à effet de Serre -CH 4 : rizières -Oxydes d azote et isoprènes, diméthylsulfures qui conduisent à la formation d aérosols.

22 Forêt boréale : Terpènes (C 5 H 8 ) n SOA Forêt tropicale : isotoprène (C 5 H 8 ) n SOA Phytoplancton : DMS acide sulfurique Formation de brouillard les secondary organic aerosols et nucléation des nuages : effets climatiques.

24 Puit continental: CO 2 grâce à l!énérgie CO 2 + H 2 0 = (CH 2 O) n + O 2 rgie lumineuse et l!enzyme l enzyme RubisCo. CO 2 Matière organique

25 Flux de C dans les écosystèmes! PPN = PPB - R - L! Productivité nette = productivité brute - respiration - litière! Une forêt à l!état stationnaire est telle que PPN = 0

26 Le CO 2, un facteur limitant Plus de CO 2, plus de photosynthèse, mais effets de saturation

$réfractaire r (respiration$

27 La respiration des sols! litière = CO 2 + H 2 O + matière réfractaire r (respiration hétérotrophe)! Respiration des racines (respiration autotrophe)

Facteurs de contrôles de la respiration du sol! R a est fonction de la croissance de la plante! R h dépend de la croissance microbienne et donc des nutriments disponibles.

28 Facteurs de contrôles de la respiration du sol! R a est fonction de la croissance de la plante! R h dépend de la croissance microbienne et donc des nutriments disponibles.! Les deux sont fonctions de la quantité d!eau dans le sol, de la température, d!oud des rétro-contrr tro-contrôles climatiques.! Une augmentation de la T va donc accentuer la respiration des sols: feedback positif.! Raisonnement compliqué par l!existencel de différents pools de C organique dans le sol avec des temps de résidencer différents! Raisonnement compliqué aussi par l!augmentation de l!exportation l de C organique par érosion mécanique m due à l!installation de l!homme l (séquestration organique)

29 Biodiversité

30 Un domaine très s vierge et en demande de données de terrain Un apercu de la complexité + Fertilisation par les nitrates des pluies

31 Pompe biologique océanique Contenu en chlorophylle de l océan de surface

32 Pompe biologique! La séquestration s de CO2 par la biomasse marine représenterait 50 PgC/an. Avec une taille de 3 PgC,, ce réservoir r est extrêmement actif.! L!essentiel de cette matière organique serait décomposée e après s sa mort et reminéralis ralisée dans les eaux profondes (Bactéries).! La plupart de la production biologique primaire marine n!est n donc pas disponible pour la chaîne trophique.! La quantité de C organique qui serait enfouie dans les sédiments s marins serait finalement de 0.2 PgC/an, c!est c à dire très s peu.! La production océanique primaire est limitée e par la teneur en fer.

33 Bilan en PgC! Combustion des hydrocarbures + déforestation + ciments : 380! Accumulation dans l!atmosphl atmosphère :! Puit océanique : 120 " 380 PgC =120 PgC PgC + 95±50 50 PgC

34 Plan! I. Un changement de la chimie de l!atmosphère sans précédent.! II. L!origine L du CO2 en excès! III. La séquestration s océanique du C! IV. La séquestration s continentale! V. Le cycle du carbone perturbé et les prévisions.! Que faire??????

35 Bilan, l!homme l a modifié le cycle du carbone.

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