par Rudo de Ruijter
Préliminaire
Ces dernières années les Nations Unies ont alerté l'opinion
publique sur les dangers du CO2. Cependant, nous entendons de plus en plus
souvent dire que le CO2 ne peut pas être le responsable du réchauffement
climatique global.
Alors, où est la vérité dans tout cela ?
Pour le savoir j'ai réuni tous les éléments dont on sait
qu'ils influencent le climat. Nous pouvons distinguer deux facteurs principaux
:
1° Les variations de distances entre la terre et le soleil et
les variations de l'axe de la terre. Ils sont le résultat de la trajectoire des
planètes autour du soleil. Ils peuvent être calculés avec précision, de même
que les variations de la radiation de soleil sur terre qui en résultent.
2° Les variations de l'activité solaire et leurs répercussions
sur les processus dans l'atmosphère. Ces changements sont beaucoup moins
faciles à prédire. Entre d'autres processus je décrirai la vaporisation et la
condensation. H2O, sous ses formes de vapeur, des gouttelettes et des cristaux
de glace a 25 fois plus d'impact sur le réchauffement
global que le CO2. L'histoire du CO2, et
en particulier le rôle joué par les Nations Unies en favorisant la panique pour
leCO2, est couverte dans la troisième partie : CO2, panique, affirmations et
fraude...
Introduction
Pour autant qu'on sache avec nos connaissances encore
limitées, la terre est la seule planète dans l'univers où la vie existe. Cette
vie a probablement commencé grâce aux acides aminés qui ont été libérés pendant
la frappe des météorites, quand la terre avait environ un milliard d'années. Et
parce que le rayonnement du soleil augmente avec le temps, dans deux milliards
d'années il fera tellement chaud sur terre, que la vie aura probablement
disparu. En attendant, faisons au mieux.
Les derniers milliards d'années ont été caractérisées par un
nombre de périodes glaciaires. C'étaient des périodes des dix à des centaines
de millions d'années, où des couches de glace de centaines de mètres
d'épaisseur ont couvert de grandes parties des continents. En outre, les
continents ont voyagé de la région du pôle sud aux positions que nous
connaissons maintenant. Dans la période
glaciaire la plus récente, il y a 18.000 ans, les couches glaciaires allaient
du pôle nord jusque sur le Canada, sur la Scandinavie et sur la moitié de la
Hollande. Les changements de climat ont toujours existé, certains sont
prévisibles, d'autres non.
Première partie : L'horloge de la terre et du soleil
La terre fait partie d'une horloge passionnante avec
plusieurs mouvements qui influencent la radiation. La distance entre la terre
et le soleil varie et l'axe de la terre bouge. En 1938, un astronome
serbe, Milutin
Milankovitch, a publié une explication.
La rotation de la
terre autour de son axe
La terre fait un tour complet autour de son axe en 24 heures.
Cela cause l'alternance du jour et de la nuit avec le réchauffement et le
refroidissement quotidien
L'orbite de la terre au tour du soleil
En un an la terre accomplit son orbite autour du soleil. En
raison de la position inclinée de l'axe de la terre, les deux hémisphères (du
nord et du sud) reçoivent tour à tour la plupart les rayons directs du
soleil.
Dans les pays qui utilisent la division européenne en quatre
saisons, l'année est divisée dans des saisons astronomiques par quatre points
sur l'orbite terrestre. Ces points, à leur tour, sont fixés par le voyage
apparent du soleil par le ciel au cours de l'année. Quand le soleil se lève
directement dans l'est et se couche directement dans l'ouest, il marque le
début du printemps (mars) et le début de l'automne (septembre). À ces points,
partout sur terre, le jour et la nuit ont une longueur égale. Le début du
printemps sur l'hémisphère nord est le début de l'automne sur l'hémisphère sud.
Nos antipodes font tout à l'envers.
Au point de l'orbite où le soleil de midi est au point le
plus haut qu'il puisse atteindre dans l'année, nous avons le début de l'été et
de la plus longue journée de l'année sur cet hémisphère. Au point de l'orbite
où le soleil de midi est au point le plus bas qu'il puisse atteindre au cours
de l'année, nous avons le dé but de l'hiver et le jour le plus court.
Sur l'hémisphère nord les saisons astronomiques commencent
: Printemps : environ 21 mars Été
: environ 21 juin Automne : environ 21 septembre Hiver : environ 21 décembre
Dans certains pays, comme l'Australie, le premier jour de ces
mois est considéré comme début de la nouvelle saison. Beaucoup de
météorologistes emploient cette même division. Cependant, dans la plupart des
pays du monde, les gens n'emploient pas ces quatre saisons. L'hiver ne vient
jamais aux tropiques. Dans la plupart des pays, les saisons s'accordent avec
des étapes de croissance végétative ou avec le début et la fin de la saison des
pluies. Les Japonais ont sept saisons.
Les points de départ du printemps, de l'été, de l'automne et
de l'hiver ne divisent pas l'année dans quatre parts égales. Ceci a la cause
suivante. L'orbite autour du soleil n'est pas un cercle. Elle l'aurait été, si
la terre était la seule planète autour du soleil. Mais en raison des forces
d'attraction de, en particulier, Jupiter et Saturne, la trajectoire n'est pas
ronde, mais elliptique. (Dans les schémas la forme elliptique a été
considérablement exagérée!) Dans cette ellipse le soleil est à un foyer.
(L'autre foyer est vide.) Pendant une moitié de l'année la distance entre la
terre et le soleil diminue tout le temps, et pendant l'autre moitié de l'année elle augmente. Ces
demi-années ne coïncident pas avec les saisons.
Le jour où la terre est la plus proche du soleil c'est le 4
janvier. Ce point sur l'orbite s'appelle le périhélie (peri=près,
helion=soleil). Le 4 juillet la terre est au plus
loin du soleil. Ce point s'appelle l'aphélie. En l'an 2000, le 4 janvier, la
terre était à 147.102.782 kilomètres du soleil et le 4 juin à 152.102.294
kilomètres (=3.4% plus). En raison de cette différence l'irradiance
du soleil est 6.7 % plus intense le 3 janvier que le 4 juillet. (L'intensité
varie inversement avec le carré de la distance.). Sur l'hémisphère sud c'est l'été, lorsque la
terre vient le plus près du soleil le 3 janvier. Cela signifie une chaleur
supplémentaire, pendant les longues journées d'été.
Puisque la terre approche le soleil pendant une moitié
d'année et s'éloigne de celui-ci pendant d'autre moitié, la vitesse de la terre
sur l'orbite n'est pas constante. La vitesse augmente quand la terre s'approche
du soleil et diminue lorsqu'elle s'en éloigne.
Selon l'astronome Kepler : « La ligne entre une planète et le
soleil balaye des secteurs de surface égale pendant des intervalles égaux. »
Ceci signifie que sur la part de l'orbite, où la terre est la plus proche du
soleil, la vitesse est la plus haute. C'est pourquoi sur l'hémisphère nord la
période automnehiver est quelques jours plus courte que la période printemps-été.
Le point où la terre est la plus proche du soleil est
maintenant le 3 janvier. Cependant, ce point se déplace
presqu'imperceptiblement. Chaque 58 années c'est un
jour plus tard. (Donc le 4 janvier en 2069.) Ceci est provoqué par deux
mouvements: l'axe de la terre vacille et l'orbite se déplace autour du soleil.
Mais avant que nous passions à ces mouvements, jetons un coup d'œil sur
l'influence de la lune.
Le centre Bary
La trajectoire de la terre autour du soleil, mentionnée
ci-dessus, n'est pas une trajectoire elliptique pure. Ceci est provoqué par la
lune, qui tourne autour de la terre (en 27,3 jours). La terre et la lune
forment un genre d'unité sur leur trajectoire annuelle autour du soleil. Nous
disons que la lune tourne autour de la terre. Il est plus juste de dire, que
les deux tournent autour d'un point où elles se maintiennent en équilibre, le
centre Bary, leur point de gravité commun. Ce point
est situé quelque part entre le centre de la terre et le centre de la lune. Si
la terre et la lune avaient eu la même masse, ce point aurait été à mi-chemin.
Mais parce que la masse de la terre est 83,3 fois plus grande que celle de la
lune, ce point est beaucoup plus proche du centre de la terre, à 4671 kilomètres
de lui, c'est-à-dire de 1707 kilomètres audessous de
la surface de la terre. C'est la distance moyenne. La distance entre la terre
et la lune varie de 14% au cours d'un mois.
C'est le centre Bary de la lune et
de la terre, qui suit la trajectoire elliptique au tour du soleil. Puisque le
centre Bary est à l'intérieur de la terre, la terre
restera néanmoins toujours sur l'orbite, mais la plus grande partie de la terre
bougera d'un côté vers l'autre tous les 14 jours, comme un contrepoids de la
lune. A la pleine lune, lorsque le soleil, la terre et la lune sont plus ou
moins alignés, le centre de la terre est à environ 4600 km à l'intérieur de
l'orbite. A la nouvelle lune, il est à environ 4600 km à l'extérieur.
L'axe vacille et l'orbite se déplace
L'axe de la terre vacille. La prolongation de l'axe forme un
entonnoir en 25.800 ans. En ce moment l'axe pointe vers l'étoile polaire, en
12.000 ans vers Vega. En conséquence, les points où le pôle nord et le pôle sud
sont à distance égale du soleil (le début du printemps et de l'automne) se
déplacent le long de l'ellipse. En même temps, le plus long axe de l'ellipse
fait un tour de 360o en 112.000 ans, comme l'aiguille d'une montre avec le
soleil comme point central.
La combinaison de ces deux mouvements fait, que le point sur
l'orbite avec la distance la plus courte au soleil (maintenant le 3 janvier) se
décale d'un jour en 58 années et fait un voyage complet autour du calendrier en
23.000 ans. Dans les mois avant et après le 3 janvier, sur l'hémisphère nord,
nous profitons un peu de l'intensité plus forte de l'irradiation du soleil.
Mais, parce que ce rayonnement supplémentaire se produit pendant les jours
d'hiver courts et l'hiver est également traversé plus rapidement, cet avantage
ne compense pas l'inconvénient des étés relativement longs avec moins de
rayonnement. Au total, pendant l'année, sur
l'hémisphère nord, nous avons moins de rayonnement. Mais, pour compenser
cela, dans 11.000 ans nos descendants auront des étés plus chauds et s'en
plaindront.
L'inclinaison de l'axe terrestre varie L'inclination de l'axe terrestre varie aussi.
En cycles de 41.000 ans, sa position va de 21.5o à 24.5o et vice versa.
Aujourd'hui elle est 23.5o et en cours vers une position plus raide. Plus la
position est raide, plus le rayonnement se maintient concentré sur l'équateur
au cours de l'année.
L'excentricité de l'orbite varie Finalement, la forme de l'ellipse varie en
413.000 ans d'un cercle à une ellipse et vice versa. Le plus long axe (la
distance entre le périhélie et l'aphélie) reste identique. Au moment où il
atteint sa forme la plus elliptique, les différences dans le rayonnement au
cours des années sont les plus grandes. Alors, au point avec la distance la
plus courte il y a de 23 % plus de rayonnement par rapport au point avec la
plus longue distance. (Comme dit précédemment, cette différence de rayonnement
est 6.7 % maintenant.) Puisque la plus longue distance ne change pas, l'orbite
de la terre, quand elle devient plus circulaire au cours de 206.500 ans,
devient plus grande. Le cycle d'une année ne change pas. Ainsi c'est la vitesse
moyenne de la terre qui devient plus grande lorsque l'orbite devient plus
circulaire. Et quand l'orbite est circulaire, il n'y a plus aucune différence
de distance qui cause des différences dans le rayonnement. La vitesse de la
terre sur son orbite ne varie pas et les saisons sont de longueur égale. Les scientifiques peuvent retrouver, en
particulier, les cycles plus longs, qui apparaissent par la combinaison de ces
mouvements, dans l'histoire des périodes glaciaires. Il est clair, qu'à long
terme ces mouvements ont une influence importante sur le climat. Selon le
professeur Tyson, en ce moment la terre avance depuis
20.000 ans dans une période de réchauffement de 50.000 ans.
Deuxième partie : L'activité du soleil Variations dans l'activité du soleil En 1843 Samuel Heinrich Schwabe
a découvert un cycle d'environ onze ans dans l'activité du soleil. Le nombre de
taches solaires est une indication de cette activité. Plus il y a de taches sur
sa surface, plus le soleil est active. Depuis 1978 l'activité est mesurée par
des satellites. Des quarante premières années de ces mesures nous savons,
notamment, que l'énergie moyenne au-dessus de l'atmosphère est de 1366 watts par
m2, et augmente et diminue de 0.5 watt au cours de ces onze années. L'observation des taches solaires a commencé
seulement après l'invention du télescope en 1605. En 1611, Galilée et d'autres
ont dessiné des cartes précises des taches solaires aux moments spécifiques.
Une observation quotidienne a commencé en 1849. En 1894 Edouard Maunder s'est étonné, que les cartes de l'ère de Galilée
avaient à peine des taches solaires, comparées à ses propres observations. Ce
n'est qu'en 1976 que le travail de Maunder est devenu
mieux connu. La conclusion a été tirée, qu'une diminution de l'activité solaire
avait provoqué la Petite Ère Glaciaire. C'est la période entre 1430 et 1850, où
une diminution des températures moyennes avait été notée. Entre 1600 et 1700
les températures moyennes étaient de 2 degrés au-dessous de la normale. Ce
n'est peut-être pas aussi froid que le nom Petite Ère Glaciaire suggère. Depuis 1979 l'histoire de l'activité solaire
peut être tracée en comptant les isotopes cosmogéniques,
comme le Carbone-14, le Béryllium-10 et le Chlorine-36. Ces isotopes sont
produits dans l'atmosphère, quand les rayonnements heurtent les molécules
atmosphériques. Le nombre produit varie avec l'activité solaire. En les comptant dans des sédiments, dans des noyaux de matériel
organique et dans la glace, les scientifiques arrivent à reconstruire
l'histoire de l'activité solaire. Aujourd'hui, les scientifiques ont une
reconstruction depuis 9.000 ans avant JC.
Le rayonnement dont
nous avons parlé jusqu'ici, c'est le rayonnement du soleil sur l'atmosphère
terrestre. Ce rayonnement, en fait, peut être considéré comme nom collectif
pour l'énergie qui se déplace dans différentes longueurs d'onde. Plus le point
d'origine est chaud, plus le rayonnement est concentré dans des longueurs
d'onde plus courtes. Plus le point d'origine est froid, plus le rayonnement est
concentré dans des longueurs d'onde plus longues. Le soleil émet la plupart de son rayonnement
dans les longueurs d'onde autour de la lumière visible (0.38 - 0.75 micromètre)
avec un pic dans la partie vert-jaune. Cependant, le spectre entier des
longueurs d'onde est beaucoup plus grand que le graphique du pic de rayonnement
suggère. De courts à longs, nous pouvons les grouper dans les rayons gamma (y),
les rayons Röntgen (x), les rayons ultra-violets (UV), la lumière visible,
l'infrarouge, les micro-ondes, et les ondes radio. En particulier les ondes
très courtes de moins de 320 nanomètres (0.000320 millimètre) sont dangereuses.
C'est-à-dire, une partie des rayons UV, et tous les rayons X et Y.
Des molécules qui se divisent
Ces ondes extrêmement courtes ont tellement l'énergie, que lorsqu'elles
sont absorbées par des molécules d'oxygène (O2), ces dernières éclatent en deux
atomes (O). Dans le haut de
l'atmosphère, au-dessus de 200 kilomètres, il y a tellement de rayonnement
d’on- des extrêmement courtes, que des molécules entières de l'oxygène peuvent
à peine être trouvées. Ici le
rayonnement fait ioniser les atomes d'oxygène isolés. L'atome absorbe ce
rayonnement et émet alors un ou plusieurs électrons.
L'augmentation de l'énergie cinétique est mesurée comme
augmentation de la température.
En s'approchant de la terre, de plus en plus d'ions positifs
et négatifs se rencontrent et forment de nouveau des molécules d'oxygène. À
chaque collision du rayonnement dangereux est absorbé. Par la concentration
plus élevée des atomes et des molécules plus près de la terre, ce processus se
répète de plus en plus vite, jusqu'à ce que, à environ 80 kilomètres au-dessus
de la surface, le rayonnement avec les longueurs d'onde les plus courtes ait
presque disparu. L'ozone Puis, il reste encore des ondes très
courtes, en particulier dans la partie ultra-violette, par exemple entre 220 et
330 nanomètres, qui ont encore suffisamment d'énergie pour frapper des
molécules de l'oxygène en deux. Les molécules de l'oxygène (O2) sont alors
divisées en deux atomes d'oxygène (O). Quand ces atomes libres se heurtent
contre des molécules d'oxygène, ils forment une nouvelle molécule, l'ozone
(O3). L'ozone est très instable et dès qu'un autre atome d'oxygène libre s'y
heurte, il ne forme pas O4, mais deux molécules d'oxygène (O2) normales. Ainsi,
l'ozone est décomposé aussi facilement qu'il est créé.
La formation de l'ozone a lieu, en particulier, audessous d'une altitude de 80 kilomètres. Entre 20 et 30
kilomètres d'altitude la densité de l'air est assez grande pour y trouver une
plus grande concentration d'ozone. Nous l'appelons la couche d'ozone. Ne vous
faites pas trop d'illusions : la concentration moyenne de l'ozone dans
l'atmosphère est seulement 3 molécules sur 1 million de molécules d'air et dans
la couche d'ozone c'est 9 molécules sur 1 million. Néanmoins, si vous superposez toutes les
molécules d'ozone dans l'atmosphère, vous obtenez une couche de quelques
millimètres d'épaisseur. Cela est juste assez pour nous protéger contre les
rayons UV avec des longueurs d'onde entre 240 et 320 nanomètres. Sur les rayons
avec des longueurs d'onde entre 290 et 320 nanomètres nous savons qu'ils
causent le cancer de peau. L'importance
de la couche d'ozone est publiquement connue seulement depuis 1971, en relation
avec un projet pour construire une flotte d'avions supersoniques. Ils voleraient
beaucoup plus près de la couche d'ozone, où la résistance de l'air est
inférieure. Selon des scientifiques l'émission de l'hydroxyde (OH-) causerait
la destruction de la couche d'ozone. En 1974 on a découvert l'influence des
chlorofluorocarbones (CFC). Au siècle dernier ils ont été employés de plus en
plus massivement dans les réfrigérateurs, les climatiseurs, les vaporisateurs
sous pression et le nettoyage industriel. Il s'est avéré que le CFC se
décompose par le rayonnement UV. De ceci surgissent des atomes de chlore, qui
sont les catalyseurs puissants. Un simple atome de chlore peut détruire des
dizaines de milliers de molécules d'ozone l'une après l'autre. Le projet pour les avions supersoniques a été
arrêté et des CFC ont été interdits. Cette interdiction a seulement commencé en
1987. En raison des intérêts des industries elle n'est entré en vigueur que
très lentement. Quelques produits de remplacement se sont avérés nocifs pour
l'ozone aussi. De nos jours l'interdiction a toujours beaucoup d'exceptions.
Depuis 1956 des mesures de la concentration d'ozone ont été faites à partir de
la terre en Antarctique. Depuis le milieu des années 60 des observations
continues sont faites en plusieurs endroits autour du monde. Depuis 1978 elles
ont également faites par satellite.
L'ozone semble être rare au-dessus de l'Antarctique. Ici en 1981 un trou
temporaire est apparu, un secteur avec une concentration d'ozone fortement
réduite. Ce phénomène se répète tous les ans entre août et décembre. Trois ans
après, le petit trou était devenu de la taille du continent antarctique
entier.
Depuis 1985 des publications paraissent à ce sujet, qui
reçoivent une attention mondiale. En 1998 le trou avait grandi jusque deux fois
la taille de l'Antarctique. En 2008, après quelques hauts et bas, la taille
était redevenue comme celle de 1998. Entre 1970 et 1995 la concentration du
chlore dans l'atmosphère a triplé. Depuis, elle s'est stabilisée à ce
niveau. Selon des scientifiques de l'Inspection
Antarctique Britannique (British Antarctic Survey),
le trou apparaît au-dessus de l'Antarctique en raison du fait qu'ici, pendant
la nuit polaire, les températures dans la stratosphère (c'est-à-dire, entre 10
et 80 kilomètres d'altitude) descendent à -80o
Celsius. À ces températures les cristaux de glace accélèrent les réactions
chimiques. Lors de certaines éruptions
volcaniques des cendres très fines sont poussées jusqu'à 20 kilomètres
d'altitude, comme à celles de l'EL Chichòn au Mexique
en 1982 et du Pinatubo sur les Philippines en 1991. Ces cendres reflètent une
partie du rayonnement solaire entrant, mais elles sont également réchauffées
par le rayonnement d'ondes longues, venant aussi bien de la surface de la
terre, comme de l'atmosphère et comme du soleil. Ceci mène à un réchauffement
de la stratosphère (+ 4o C). Les CFC réagissent chimiquement avec les cendres
sulfureuses, accélérant la décomposition de l'ozone. Au bout de quelques années
les cendres ont disparu de la stratosphère. C'est pourquoi l'influence de
telles éruptions volcaniques est considérée comme provisoire.
Pour ce qui est du chlore et d'autres composants chimiques,
cela prendra un bon moment, avant qu'ils aient disparu de la stratosphère. A
cette altitude il n'y a pas de pluie qui les ramènerait à la surface terrestre. Le trou dans la couche d'ozone couvre
maintenant régulièrement l'Australie et la Nouvelle Zélande. Ici nous trouvons
le pourcentage du cancer de peau le plus élevé dans le monde. Au-dessus du
reste du monde, l'épaisseur de la couche d'ozone varie. L'Europe aussi, a
souvent un rayonnement UV dangereux. À la télé Belge, dans les prévisions
météorologiques, ils avertissent quand le rayonnement UV est élevé. Par contre,
aux Pays Bas ils n'avertissent pratiquement jamais. Au milieu des années
quatre-vingt-dix, un jour je leur ai demandé pourquoi. Confidentiellement ils
m'ont indiqué qu'ils n'avaient pas le droit. Apparemment il y a des intérêts
plus importants que la santé publique.
Peut-être il est utile d'insister sur le fait, que l'ozone ne
concerne que la protection contre une partie minuscule du spectre de
rayonnement électromagnétique. Tous les ans, nous produisons des millions de
tonnes de produits chimiques et la plupart d'entre eux mènent à un changement
de la composition de notre atmosphère. Sans cesse de nouveaux produits
chimiques sont inventés. Les intérêts commerciaux sont élevés et, de nos jours,
la plupart des scientifiques sont payés par des entreprises. Déjà depuis 40
ans, on n'entend plus beaucoup parler des dangers des produits chimiques dans
l'atmosphère.
Radiation qui n'atteint pas la surface D'après des mesures réalisées d'une part par des
satellites, d'une part depuis la surface de la terre, il s'avère que des parts
importantes du spectre de rayonnement sont arrêtées par notre atmosphère.
Longueurs d'onde stoppées par l'atmosphère. 1 m = 1.000
millimètre = 1.000.000 micromètre = 1.000.000.000 nanomètre
Ceci garde également beaucoup de chaleur en dehors. En
particulier à des centaines de kilomètres d'altitude, où les ondes extrêmement
courtes se heurtent aux molécules et atomes, les températures peuvent atteindre
1500o Celsius. Plus près de la surface, il y a des couches d'air avec beaucoup
moins d'activité, comme entre 11 et 20 kilomètres d'altitude, où la température
est le plus souvent -40o Celsius.
Les 10 kilomètres inférieurs (33.000 pieds) La majeure partie de l'air est concentrée en
dessous de 10 kilomètres d'altitude; c'est la troposphère. Ici nous trouvons
nos conditions atmosphériques bien connues avec du vent, des nuages et de la
précipitation. La marque de 10 kilomètres est simplement une moyenne
approximative. La troposphère se lève à environ 17 kilomètres dans les
tropiques, et à environ 7 kilomètres ou moins aux pôles. Des nuages cirrus se
trouvent souvent au-dessus de 10 kilomètres et le dessus des cumulonimbus peut
atteindre une altitude de 20 kilomètres ou même plus. Régulièrement plus de la moitié de la terre
est couvert par des nuages. Les nuages reflètent une partie du rayonnement,
absorbent une partie et laissent passer une partie. En règle générale, plus un
nuage est épais, plus il reflète.
En théorie les nuages ne devraient pouvoir absorber que 20%
du rayonnement entrant. Dans la pratique, il s'avère que cela peut être le
double. La différence vient des particules de poussière minuscules dans les
nuages. Les nuages absorbent à la fois
la radiation des ondes courtes et longues du soleil et la radiation des ondes
longues de la terre. Cette énergie radiante est transformée en énergie
cinétique et résulte dans une augmentation de la température du nuage. À leur
tour, les nuages émettent de l'énergie en grandes ondes.
De toute la radiation qui atteint la troposphère, environ la
moitié atteint la surface terrestre. Selon le type de surface, plus ou moins de
cette radiation est reflétée. Sur la neige fraîche c'est 90 %, sur l'eau cela
varie de 8 à 100 % selon que le soleil est droit audessus
ou près de l'horizon. Le sable sec du désert reflète environ 37 %, alors que la
forêt tropicale ne reflète que13%. L'asphalte reflète le moins: environ 4 %. En
moyenne environ 30 % de toute la radiation sur la surface terrestre serait
reflétée.
Pas toute la radiation reflétée ne disparaît dans l'espace.
Ici aussi, des gouttelettes d'eau, de la vapeur d'eau et d'autres molécules
absorbent une partie de cette radiation et la transforment en chaleur. La plus
grande partie de la chaleur serait produite dans le ciel. Les nuages ont
normalement un effet modérateur sur la production de chaleur, en raison de la
réflexion. Ils ont également un effet modérateur sur le transfert de chaleur
vers l'espace. Quand il est nuageux la nuit, la surface terrestre perd moins de
chaleur.
Radiation moyenne: 340 Watt/m2
Ci-dessus j'ai mentionné que la radiation au-dessus de
l'atmosphère est 1366 kilowatts par mètre carré. Ceci est mesuré dans la
section transversale du faisceau. Sur la surface, cette radiation est
distribuée sur une sphère.
La formule pour calculer la surface de la section est Pi*r2.
La formule pour la surface d'une sphère est 4* Pi*r2. Ainsi, l'énergie qui
vient par la section transversale du faisceau est distribuée, au cours de 24
heures, sur une surface qui est quatre fois aussi grande. Cela veut dire, que
la radiation moyenne qui peut atteindre la surface lest ¼ de 1366 kW/m2. Le
plus souvent ceci est arrondi à 340 kW/m2.
Bien que ces 1366 kW/m2 soient souvent mentionnés comme une
constante, ce nombre varie avec la distance entre la terre et le soleil et avec
l'activité solaire. Nous avons également vu, que par exemple
La quantité de radiation maximale par jour varie avec la
longueur du jour et la position entre l'équateur et les pôles. Dans le graphique vous pouvez voir, qu'au
pôle nord, autour du 21 juin, plus de rayonnement frappe la surface en 24
heures qu'à l'équateur.
Rayonnement diffus ou « squattering Par des gouttelettes d'eau, les cristaux de
glace, le pollen, la poussière, la fumée et d'autres particules, une partie du
rayonnement est diffusée. La quantité de diffusion dépend de la distance que le
faisceau voyage par l'atmosphère et la quantité de poussière, de particules et
de gouttelettes d'eau dans le ciel. Ainsi, le rayonnement total qui atteint un
endroit particulier consiste en partie de rayonnement direct (avec la formation
d'ombres), et en partie de rayonnement diffus.
L'albédo
[Illustration Wiki-commons] L'albédo (littéralement « blancheur ")
est le degré auquel une surface reflète la lumière du soleil. Plus une surface
est blanche et polie, plus elle reflète. La neige et la glace reflètent presque
toute la lumière, et c'est pourquoi il ne fait pas chaud facilement aux pôles.
De cette façon, la calotte glaciaire sur le Groenland existe depuis plus de
12.000 ans.
L'albédo de la plupart des surfaces varie avec les longueurs
d'onde. C'est pourquoi elles ont de la couleur (les longueurs d'onde de la
lumière réfléchie), quand elles réfléchissent la lumière visible. Bien que nous
ne puissions pas le voir, cela se produit également avec les rayons
infrarouges. Le mot albédo est
également employé pour la réflexion moyenne d'un objet. Parfois il est exprimé
en pourcentage comparé à une surface avec une réflexion idéale (albédo
géométrique) et d'autres fois comme pourcentage comparé au rayonnement entrant
(albédo capté). Selon Kaufmann la terre a un albédo géométrique de 39 %. Selon
de Pater & Lissauer l'albédo géométrique est 36.7
% et l'albédo capté 29 %. Cette
réflexion dépend fortement de la nébulosité et peut varier jusqu'à 5% au cours
d'une journée. L'albédo joue un grand
rôle dans des théories de changements climatiques d'aujourd'hui, j'y reviendrai
dans « CO2, panique, affirmations et fraude... »
Absorption et émission
Le rayonnement qui reste réchauffe finalement la surface terrestre
(terre et mer). Trois quarts de la surface se composent de mers ou sont
humides. Et de toute l'énergie, absorbée par l'atmosphère, 68% est absorbé par
l'eau dans une de ses phases (glace, eau liquide, vapeur d'eau.). L'eau est une excellente substance pour
l'absorption de chaleur. Quand le soleil est droit au-dessus de la surface,
l'eau de mer reflète seulement 2%. Pour réchauffer 1 gramme de l'eau d'un degré
Celsius 1 calorie (Joule 4,1813 Joule) de chaleur est exigée. C'est plusieurs
fois plus que pour d'autres substances. Par exemple cinq fois autant que pour
le sable, le béton, l'asphalte, le verre ou le granit. Pour l'exprimer
autrement, pour réchauffer de 1o, l'eau absorbe beaucoup plus de chaleur qu'une
autre substance. Par ailleurs, la
plupart des eaux sont très transparentes et les faisceaux peuvent pénétrer
profondément. De l'eau extrêmement claire, comme « le Courant Noir » près du
Japon, laisse pénétrer encore 10% de la lumière du soleil à une profondeur de
90 mètres. Au contraire, les mers dans des régions côtières sont souvent
agitées et peuvent arrêter la lumière en moins de deux mètres. Dans ce cas, la
lumière du soleil est transformée en chaleur très près de la surface.
Le courant de Kuroshio, en japonais kuroshio
(黒潮?, « courant noir »), anciennement
orthographié kuroshiwo, est le second plus grand
courant marin au monde, après le Gulf Stream. Il débute dans l'ouest de l'océan
Pacifique au large de la côte orientale de Taïwan et se dirige vers les eaux au
nord-est du Japon où il fusionne avec la dérive orientale du courant du
Pacifique nord. Il a un rôle analogue à celui du Gulf Stream dans l'océan
Atlantique, transportant des eaux chaudes tropicales vers le Nord et les régions
polaires. Son nom fait allusion à la couleur bleu sombre de ses eaux. Il est
aussi appelé courant du Japon (日本海流, Nihon kairyū?). La
branche du courant dans la mer du Japon est appelée courant de Tsushima (対馬海流, Tsushima kairyū?)
du nom du détroit de Tsushima. Les eaux chaudes du courant de Kuroshio
permettent l'existence des récifs coralliens du Japon, les récifs de corail les
plus septentrionaux au monde.
Toutes les substances ont leur propre spectre d'absorption.
Ce sont les longueurs d'onde qu'elles peuvent absorber. Les rayons qui n'ont
pas la longueur d'onde appropriée passent à côté ou à travers ces substances
(comme les ondes radio passent à travers nous). Le rayonnement absorbé est
transformé en vibrations, qui peuvent être mesurées comme une augmentation de
la température. Chaque substance émet de la chaleur. La quantité de chaleur
émise (par unité de temps et unité de surface) dépend de la température et
augmente avec la 4ème puissance de la température, quand vous l'exprimez en
degrés Kelvin. (0o Kelvin = -273,15o Celsius.) Cela veut dire, par exemple,
qu'une surface à 30o Celsius émet 42% plus de chaleur qu'à 0o Celsius.
L'émission a lieu dans la gamme infrarouge. Comme règle général on peut dire,
que plus la température est basse, plus la longueur
d'onde est longue.
Transport de chaleur
La majorité de la chaleur est produite où le soleil est droit au-dessus
de la surface. C'est donc toujours quelque part entre les latitudes 23,5o nord
et 23,5o sud. Par des courants d'air et d'eau beaucoup de cette chaleur est
répartie sur la terre. Selon l'Institut Max Planck 50% de ce transfert de
chaleur se fait par des courants dans les océans. Selon UCAR, un établissement
aux USA, la plus grande partie serait transportée par l'air. Sur l'hémisphère
nord 78 % du transfert se ferait via l'air sur l'hémisphère sud 92 %. Le
montant total de la chaleur transportée est comparable à la production de cinq
millions de centrales électriques de 1000 mégawatts chacune.
Circulations d'air Le
principe du déplacement de l'air est basé sur le fait, que l'air, quand il
devient plus chaud, augmente en volume et devient ainsi plus léger. À la
surface de la terre nous mesurons alors une plus basse pression. Lorsque de
l'air plus frais arrive d'ailleurs, il arrive le long de la surface et l'air
plus léger se lèvera. Plus haut cet air montant est comprimé. Il s'écoulera
pardessus de l'air moins chaud.
Dans un schéma idéalisé souvent montré, il y a trois zones
sur chaque hémisphère. Le long de la surface, on trouve des courants d'air de
30 degrés vers l'équateur et également de 30 degrés vers 60 degrés. Un autre
courant va des pôles vers 60 degrés. Dans le haut de la troposphère l'air
retourne à la latitude d'où il est venu. Pendant que l'air court d'une latitude
vers l'autre, la terre tourne en dessous. Pour un observateur au sol le vent
semble dévier. Ceci s'appelle l'effet de Coriolis.
Ceci est juste un vieux modèle théorique qui pourrait type de
surface. Bien entendu, la réalité est tout autre. Il y a des collines et des
montagnes qui dévient les vents. Il y a des différences dans le réchauffement
de la surface, des déserts, des forêts et des villes. Il y a de nombreux vents,
qui se produisent dans convenir pour un globe joliment poli et avec un même des
circonstances spécifiques, comme le Chinook dans les Montagnes Rocheuses, le Zonda dans les Andes argentins, le Gibli
en Libye, le Mistral et la Tramontane dans les sud de la France, et le toujours
mystérieux EL Niño dans le Pacifique.
Aujourd'hui nous avons des images satellites et des
ordinateurs alimentés avec des données des stations météorologiques autour du
monde. À partir des conditions atmosphériques passées nous pouvons calculer des
moyennes et établir des modèles beaucoup plus réalistes.
Vaporisation et condensation
Les courants d'air sont non seulement des transporteurs de la chaleur,
mais également de toute l'eau douce, qui permet la vie sur terre. L'eau douce
naît au-dessus des océans et des mers, quand l'eau se vaporise, laissant
derrière la majeure partie du sel. La
vaporisation est le processus dans lequel l'eau change en gaz de la vapeur
d'eau. Au niveau de la mer 1 litre d'eau devient plus de 1.300 litres de vapeur
d'eau. Ainsi, un volume supplémentaire survient. La vapeur d'eau est plus
légère que l'air. De l'air mélangé au vapeur d'eau se lève au contact avec de
l'air sec. Plus l'air est chaud, plus il peut contenir du vapeur d'eau. À 0o
Celsius c'est moins de 1 %, à 22o c'est 2 % et à 30o le pourcentage grimpe
jusqu'à 3 %. Dans les forêts tropicales
il peut grimper jusqu'à 10 %. Plus l'air est propre, plus ce pourcentage peut
grimper. La raison de ceci est que, pour
condenser, la vapeur d'eau est très sensible à la présence de petites
particules dans l'atmosphère pour se fixer dessus. Plus l'air est sale, plus la
vapeur d'eau peut condenser facilement. (Dans la région industrielle du Ruhr en Allemagne, vous avez
les meilleures chances pour avoir de la pluie les jeudis, vendredis et samedis.
Le dimanche l'air est de nouveau propre, et c'est bon pour « schönes Wetter ».) Lors de la condensation le volume
supplémentaire disparaît. Quand les nuages se forment, et la vapeur d'eau mute
en gouttelettes et en cristaux de glace minuscules, de grands courants d'air se
développent vers la base du nuage. Dans
l'atmosphère l'eau existe dans toutes ses phases: comme vapeur d'eau invisible,
comme gouttelettes et comme cristaux de glace. Dans l'air, le plus souvent, ces
phases existent l'une à côté de l'autre et l'eau va continuellement d'une phase
à l'autre. Une gouttelette minuscule n'existe généralement que quelques
minutes, avant de retourner en vapeur d'eau.
Les transitions de glace en liquide et de liquide en vapeur demandent de
l'énergie pour aller d'une structure plus solide vers une structure plus lâche.
Ces transitions demandent beaucoup plus d'énergie que pour le réchauffement
ordinaire. 1 gramme de glace de -10o Celsius
exige 2,05 Joules pour le réchauffeur
1o. 1 gramme de glace de 0o Celsius
exige 334 Joules pour le changer en eau de 0o Celsius.
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