Les interactions océan-atmosphère

L’atmosphère et l’océan transportent approximativement la même quantité d’énergie. Selon les estimations, le transport océanique domine aux basses latitudes via le cycle de l’eau, tandis que le transport atmosphérique prend le relais jusqu’aux pôles.

Les vents sont donc responsables des courants océaniques de surface, ce qui induit un échange important de quantité de mouvement
entre les deux fluides. Un échange fondamental est l’échange d’eau, sous forme de vapeur dans le sens océan -> atmosphère ; sous forme de précipitations, suivies de ruissellement pour l’eau tombée sur les continents, dans le sens atmosphère -> océan. La vapeur d’eau va jouer un rôle essentiel pour le transport d’énergie thermique vers les hautes latitudes au sein de l’atmosphère.

La présence d’une surface océanique chaude (température > 27 °C) est la condition de formation de cyclones tropicaux. L’océan joue un rôle très important dans le cycle du carbone : Il absorbe actuellement environ 1/4 du dioxyde de carbone émis par l’homme. À noter que cette absorption, par l’acidification de l’eau qu’elle entraîne, peut avoir des conséquences importantes sur l’équilibre biologique de l’océan et sa biodiversité.

Le plancton émet des composés soufrés, qui passent dans l’atmosphère où ils seront oxydés en sulfates, eux-mêmes regroupés en aérosols qui joueront un rôle fondamental dans la condensation de la vapeur d’eau en nuages. Par sa grande capacité thermique et son inertie due aux temps de circulation et d’équilibration mis en jeu, l’océan va lisser les phénomènes à court terme et retarder les évolutions à plus long terme.

Les vents sont responsables des courants océaniques de surface.

La végétation absorbe l’eau pour sa croissance, et la rejette par évapotranspiration © PhotoDisc

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Pour en savoir plus

• Les Savanturiers n°4 : Nom de code CO₂

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VidéoQu'est-ce que l'effet d'albédo ?

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VidéoCycle du carbone

Le rôle de la biosphère continentale

La végétation est à plusieurs titres un acteur de la machine climatique. Une surface couverte de végétation absorbe beaucoup plus le rayonnement solaire qu’un sol nu. Selon le type de végétation et selon la saison, ce rôle radiatif sera plus ou moins marqué. La végétation joue aussi un rôle important dans le cycle de l’eau, qu’elle absorbe pour sa croissance, et qu’elle rejette par évapotranspiration. Il y a 6 000 ans, les populations sahariennes pratiquaient l’élevage et la pêche, comme le révèlent les gravures rupestres ; il a été montré que la pluviosité de cette période du Sahara vert aurait été impossible sans la présence locale de végétation.

Le cycle annuel fait de la végétation un consommateur de dioxyde de carbone en période active (photosynthèse) et un émetteur de dioxyde de carbone par respiration en période de repos végétatif. Actuellement, l’absorption de CO₂ l’emporte largement sur l’émission : la végétation constitue ce que les spécialistes appellent un puits de carbone.

Sous l’effet du réchauffement climatique, son rôle de puits de carbone pourrait être contrebalancé par la décomposition de la litière. En outre, sa capacité à absorber le CO₂ diminue dans des conditions climatiques chaudes et sèches, comme lors de la canicule de 2003 en Europe. La végétation pourrait donc devenir, au moins localement, une source de CO₂.

Enfin, la végétation joue également un rôle dans le cycle de l’azote, dont les oxydes sont des gaz à effet de serre (ou leurs précurseurs) et dans l’émission de divers composés réactifs et gaz à effet de serre.

Le rôle de la cryosphère

À l’état liquide, l’eau absorbe la quasi-totalité du rayonnement solaire incident. À l’état solide (neige, glace), elle devient un très bon réflecteur qui renvoie le rayonnement vers l’espace. En outre, la cristallisation de l’eau de mer s’accompagne de l’éjection d’une partie du sel qu’elle contient. La formation de la glace de mer est ainsi le processus essentiel responsable de la grande boucle de circulation thermohaline de l’océan.

Avec le réchauffement en cours, le pergélisol risque de fondre et de relarguer dans l’atmosphère de grandes quantités de méthane, un gaz à effet de serre puissant. Par ailleurs, les calottes de glace polaires risquent d’être déstabilisées, rejetant à la mer sous forme d’icebergs des quantités massives d’eau douce, qui pourraient altérer suffisamment la densité de l’eau pour apporter des perturbations importantes à la circulation thermohaline.

Le rôle de la lithosphère

Les constantes de temps de la lithosphère sont telles que ses variations n’ont pas d’effets importants sur le climat à l’échelle de temps humaine. À l’échelle des temps géologiques, en revanche, la lithosphère prend tout son rôle. Les mouvements des plaques tectoniques modifient la répartition continents/océans, si importante pour la circulation de l’atmosphère comme de l’océan. La formation des massifs montagneux modifie également la circulation atmosphérique, tandis que l’accumulation de neige aux hautes altitudes augmente fortement l’albédo de la surface.

L’accumulation ou la dégradation de grands manteaux rocheux (basaltes) entraîne une modification majeure de la composition atmosphérique et donc de l’effet de serre naturel. Ces divers effets ont permis à la Terre de connaître des épisodes où elle était complètement englacée (il y a 600 à 700 millions d’années, au néoprotérozoïque), sur son unique continent de l’époque, la Rodinia, mais aussi vraisemblablement sur tout l’océan.