Les effets du changement climatique sont nombreux. Le plus connu est peut-être le réchauffement climatique, qui est causé par l’accumulation de chaleur dans diverses parties du système terrestre, telles que l’atmosphère, l’océan, la cryosphère et la terre. 89% de cette chaleur excédentaire est stockée dans les océans, le reste dans la glace et les glaciers, l’atmosphère et les masses terrestres (y compris les masses d’eau intérieures). Une équipe de recherche internationale dirigée par le Centre Helmholtz pour la recherche environnementale (UFZ) a maintenant étudié la quantité de chaleur stockée sur terre, montrant la répartition de la chaleur terrestre entre le sol continental, les sols de pergélisol et les masses d’eau intérieures. Les calculs, publiés dans Dynamique du système terrestremontrent que plus de 20 fois plus de chaleur y a été stockée depuis les années 1960, la plus forte augmentation étant dans le sol.
L’augmentation des gaz à effet de serre anthropiques dans l’atmosphère empêche l’émission de chaleur dans l’espace. En conséquence, la terre absorbe constamment plus de chaleur par rayonnement solaire qu’elle ne peut en restituer par rayonnement thermique. Des études antérieures montrent où cette énergie supplémentaire est stockée : principalement dans les océans (89 %), mais aussi dans les masses terrestres des continents (5 à 6 %), dans la glace et les glaciers (4 %) et dans l’atmosphère (1 à 6 %). 2 pour cent). Cependant, cette connaissance est incomplète : par exemple, on ne savait pas exactement comment cette chaleur supplémentaire était distribuée dans les masses continentales.
L’équipe de recherche, dirigée par l’UFZ et avec la participation de scientifiques de l’Institut Alfred Wegener (Centre Helmholtz pour la recherche polaire et marine (AWI)), de la Vrije Universiteit Brussel et d’autres centres de recherche, a pu quantifier plus précisément la quantité de chaleur été stockées dans les masses continentales entre 1960 et 2020. Résultat : les masses continentales ont absorbé un total de 23,8 x 1021 Joules de chaleur entre 1960 et 2020. A titre de comparaison : Cela correspond à environ 1800 fois la consommation électrique de l’Allemagne sur la même période. La majeure partie de cette chaleur, environ 90 %, est stockée jusqu’à 300 mètres de profondeur dans la terre. 9 % de l’énergie est utilisée pour dégeler le pergélisol dans l’Arctique et 0,7 % est stockée dans des plans d’eau intérieurs tels que des lacs et des réservoirs. « Bien que les masses d’eau intérieures et le pergélisol stockent moins de chaleur que le sol, ils doivent être surveillés en permanence car l’énergie supplémentaire dans ces sous-systèmes provoque des changements importants dans les écosystèmes », explique Francisco José Cuesta-Valero, chercheur à l’UFZ et auteur principal de l’étude.
Les scientifiques ont également démontré que la quantité de chaleur emmagasinée dans le sol, dans le pergélisol et dans les lacs n’a cessé d’augmenter depuis les années 1960. Par exemple, en comparant les deux décennies de 1960-1970 et de 2010-2020, cette quantité a été multipliée par près de 20 passant de 1,007 à 18,83 x 1021 Joules dans le sol, de 0,058 à 2,0 x 1021 Joules dans les régions de pergélisol et de -0,02 à 0,17 x 1021 Joules dans les masses d’eau intérieures. Les chercheurs ont utilisé plus de 1 000 profils de température dans le monde pour calculer les quantités de chaleur stockées jusqu’à 300 mètres de profondeur. Ils ont utilisé des modèles pour estimer le stockage thermique dans le pergélisol et les plans d’eau intérieurs. Par exemple, ils ont combiné des modèles de lacs globaux, des modèles hydrologiques et des modèles de systèmes terrestres pour modéliser les eaux. Ils ont estimé le stockage thermique dans le pergélisol avec un modèle de pergélisol qui tient compte de diverses distributions plausibles de la glace de sol dans l’Arctique. « L’utilisation de modèles nous a permis de compenser le manque d’observations dans de nombreux lacs et dans l’Arctique et de mieux estimer les incertitudes dues au nombre limité d’observations », explique Francisco José Cuesta-Valero.
La quantification de cette énergie thermique est importante car son augmentation est associée à des processus qui peuvent modifier les écosystèmes et peuvent ainsi avoir des conséquences pour la société. Cela s’applique, par exemple, au sol gelé en permanence dans l’Arctique. « Bien que la quantité de chaleur stockée dans le pergélisol ne représente que 9% du stockage de chaleur continental, l’augmentation de ces dernières années favorise davantage la libération de gaz à effet de serre tels que le dioxyde de carbone et le méthane en raison du dégel du pergélisol », explique Francisco José Cuesta- Valéro. Si l’énergie thermique stockée dans le sol augmente, la surface de la terre s’échauffe, mettant ainsi en péril la stabilité du réservoir de carbone dans le sol, par exemple. En zone agricole, le réchauffement de surface associé pourrait constituer un risque pour les récoltes et donc la sécurité alimentaire de la population. Dans les masses d’eau intérieures, le changement d’état thermique pourrait affecter la dynamique des écosystèmes : la qualité de l’eau se dégrade, le cycle du carbone est perturbé ; les efflorescences algales augmentent et, à leur tour, affectent la concentration d’oxygène et la productivité primaire, affectant ainsi la production halieutique.
Par conséquent, le co-auteur, le professeur Dr. Jian Peng, chef du département de télédétection de l’UFZ, résume : « Il est important de quantifier et de surveiller plus précisément la quantité de chaleur supplémentaire absorbée par les masses terrestres continentales. Il s’agit d’une mesure clé pour comprendre comment les changements dans les processus naturels résultant du stockage de la chaleur affecteront les humains et la nature à l’avenir. »
