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La Courbe de Keeling // The Keeling Curve

Dans mes notes sur le changement et le réchauffement climatiques, je fais souvent référence à la Courbe de Keeling pour montrer les concentrations de dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère. Voici quelques explications sur cette courbe et son histoire.
La Courbe de Keeling enregistre les variations dans les concentrations de CO2 depuis les années 1950. Elle s’appuie sur des mesures en continu effectuées à l’observatoire du Mauna Loa à Hawaii, sous la supervision de Charles David Keeling dans les premières années. Les relevés de Keeling ont été les premiers à montrer de manière très claire l’augmentation rapide des concentrations de dioxyde de carbone dans l’atmosphère.
Charles David Keeling, de la Scripps Institution of Oceanography, organisme dépendant de l’Université de Californie à San Diego, a été le premier à effectuer régulièrement des mesures de concentration du CO2 dans l’atmosphère. À cette fin, il s’est rendu au pôle Sud et à Hawaii à partir de 1958. De nombreux scientifiques considèrent que les observations de Charles Keeling représentent l’un des travaux scientifiques les plus importants du 20ème siècle.
Des mesures de concentration du dioxyde de carbone dans l’atmosphère avaient été effectuées avant celles réalisées sur le Mauna Loa, mais en divers lieux de la planète. En 1960, Keeling et ses collaborateurs ont déclaré que les mesures effectuées en Californie, en Antarctique et à Hawaii étaient suffisamment fiables pour mettre en valeur non seulement des variations diurnes et saisonnières, mais aussi une augmentation de CO2 d’une année à l’autre, ce qui correspondait plus ou moins à la quantité de combustibles fossiles brûlés chaque année. Dans un article qui le rendit célèbre, Keeling écrivit: « Au pôle Sud, l’augmentation observée correspond pratiquement à la combustion de combustibles fossiles ».
En raison de coupes budgétaires au milieu des années 1960, Keeling fut contraint d’abandonner les mesures continues au pôle Sud, mais il réussit à rassembler suffisamment d’argent pour maintenir celles sur le Mauna Loa, qui se poursuivent aujourd’hui, parallèlement au programme de surveillance de la NOAA.
Les mesures effectuées sur le Mauna Loa montrent une augmentation constante de la concentration moyenne de CO2 dans l’atmosphère. On est passé d’environ 315 parties par million en volume (ppmv) en 1958 à 405,97 ppmv le 14 octobre 2018 Cette augmentation du CO2 atmosphérique est due à la combustion de combustibles fossiles et s’est accélérée ces dernières années. Étant donné que le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre, cela a des conséquences importantes sur le réchauffement de la planète. Les mesures effectuées dans d’anciennes bulles d’air piégées dans des carottes de glace polaire montrent que la concentration moyenne de CO2 dans l’atmosphère se situait historiquement entre 275 et 285 ppmv pendant la période holocène (à partir de 9 000 ans av. J.-C.), mais qu’elle a commencé à augmenter fortement au début du 19ème siècle.
Keeling et ses collaborateurs ont effectué des mesures sur les alizés à Hawaii, en se plaçant au-dessus de la couche d’inversion thermique afin de minimiser la contamination locale par les gaz volcaniques. De plus, les données sont normalisées pour éliminer toute influence de la contamination locale. Les mesures effectuées dans de nombreux autres sites isolés ont confirmé la tendance de la courbe de Keeling sur le long terme, bien qu’aucun site ne possède un historique de mesures aussi long que l’observatoire du Mauna Loa.
La courbe de Keeling montre une variation cyclique d’environ 5 ppmv chaque année (voir courbe ci-dessous). Cela correspond à la variation saisonnière d’absorption du CO2 par la végétation. La majeure partie de cette végétation se trouve dans l’hémisphère Nord, car c’est là que se trouvent la plupart des terres. D’un maximum en mai, le niveau diminue au printemps et en été dans le nord, à mesure que la croissance de nouvelles plantes absorbe le CO2 de l’atmosphère par photosynthèse. Après avoir atteint un minimum en septembre, le niveau augmente à nouveau dans le nord à l’automne et pendant l’hiver, à mesure que les plantes et les feuilles meurent et se décomposent, libérant le gaz dans l’atmosphère. L’impact du plancton vert sur les océans du monde, qui pourrait contribuer à éliminer jusqu’à 60% du dioxyde de carbone de l’atmosphère par la photosynthèse, n’a pas encore été étudié.
Les mesures de CO2 à l’observatoire du Mauna Loa sont effectuées à l’aide d’un type de spectrophotomètre infrarouge appelé à ses débuts ‘capnographe’ par son inventeur, John Tyndall, en 1864. Il est désormais connu sous le nom de capteur infrarouge non dispersif. Aujourd’hui, plusieurs capteurs à laser ont été ajoutés pour fonctionner simultanément avec le spectrophotomètre IR de la Scripps, tandis que les mesures effectuées par la NOAA sur le Mauna Loa utilisent un capteur infrarouge non dispersif. De nombreux autres capteurs et de nouvelles technologies sont également utilisés sur le Mauna Loa pour améliorer les mesures.
Charles David Keeling est décédé en 2005. Son fils, Ralph Keeling, professeur de géochimie à la Scripps Oceanography, a pris le relais. .

Adapté de plusieurs articles parus dans la presse américaine.

On peut voir l’évolution de la courbe de Keeling à cette adresse :

https://scripps.ucsd.edu/programs/keelingcurve/

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In my posts about climate change and global warming, I often refer to the Keeling curve to show the carbon dioxide (CO2) concentrations in the atmosphere. Here are a few explanations about this curve and its history.

The Keeling Curve has recorded the changes in CO2 concentrations since the 1950s. It is based on continuous measurements taken at the Mauna Loa Observatory in Hawaii that began under the supervision of Charles David Keeling. Keeling’s measurements were the first to show the significant evidence of rapidly increasing carbon dioxide levels in the atmosphere.

Charles David Keeling, of the Scripps Institution of Oceanography at the University of California San Diego, was the first person to make frequent regular measurements of atmospheric CO2 concentrations. For that purpose, he took readings at the South Pole and in Hawaii from 1958 onwards. Many scientists consider C.D. Keeling’s observations as one of the most important scientific works of the 20th century.

Measurements of carbon dioxide concentrations in the atmosphere had been taken prior to the Mauna Loa measurements, but on an ad-hoc basis across a variety of locations. By 1960, Keeling and his group determined that the measurement records from California, Antarctica, and Hawaii were long enough to see not just the diurnal and seasonal variations, but also a year-on-year increase that roughly matched the amount of fossil fuels burned per year. In the article that made him famous, Keeling observed: « at the South Pole the observed rate of increase is nearly that to be expected from the combustion of fossil fuel ».

Due to funding cuts in the mid-1960s, Keeling was forced to abandon continuous monitoring efforts at the South Pole, but he managed to save enough money to maintain operations at Mauna Loa, which have continued to the present day, alongside the monitoring program by NOAA.

The measurements collected at Mauna Loa show a steady increase in mean atmospheric CO2 concentration from about 315 parts per million by volume (ppmv) in 1958 to 405.97 ppmv on October 14th, 2018. This increase in atmospheric CO2 is due to the combustion of fossil fuels, and has been accelerating in recent years. Since carbon dioxide is a greenhouse gas, this has significant implications for global warming. Measurements of carbon dioxide concentration in ancient air bubbles trapped in polar ice cores show that mean atmospheric CO2 concentration has historically been between 275 and 285 ppmv during the Holocene epoch (9,000 BCE onwards), but started rising sharply at the beginning of the nineteenth century.

Keeling and collaborators made measurements on the incoming ocean breeze and above the thermal inversion layer to minimize local contamination from volcanic vents. In addition, the data are normalized to negate any influence from local contamination. Measurements at many other isolated sites have confirmed the long-term trend shown by the Keeling Curve, though no sites have a record as long as Mauna Loa.

The Keeling Curve also shows a cyclic variation of about 5 ppmv in each year corresponding to the seasonal change in uptake of CO2 by the world’s land vegetation. Most of this vegetation is in the Northern hemisphere, since this is where most of the land is located. From a maximum in May, the level decreases during the northern spring and summer as new plant growth takes carbon dioxide out of the atmosphere through photosynthesis. After reaching a minimum in September, the level rises again in the northern fall and winter as plants and leaves die off and decay, releasing the gas back into the atmosphere. The impact of green plankton material in the world’s oceans, which may actually be responsible for taking up to 60% of the carbon dioxide out of the atmosphere through photosynthesis is yet to be fathomed though.

Carbon dioxide measurements at the Mauna Loa observatory in Hawaii are made with a type of infrared spectrophotometer first called a capnograph by its inventor, John Tyndall, in 1864 but now known as a nondispersive infrared sensor. Today, several laser-based sensors are being added to run concurrently with the IR spectrophotometer at Scripps, while NOAA measurements at Mauna Loa use nondispersive infrared sensor. Multiple other sensors and technologies are also used at Mauna Loa to augment these measurements.

Charles David Keeling died in 2005. Supervision of the measuring project was taken over by his son, Ralph Keeling, a professor of geochemistry at Scripps Oceanography.

Adapted from several articles released in the American press.

One can see the evolution of the Keeling Curve at this address:

https://scripps.ucsd.edu/programs/keelingcurve/

Observatoire du Mauna Loa (Photo: C. Grandpey)

Courbe montrant la variation cyclique sur une année

Evolution des concentrations de CO2 sur deux ans

Evolution des concentrations de CO2 depuis 1958

[Source: Scripps Institution of Oceanography]

 

 

Tazieff l’avait prédit !

C’était le 4 septembre 1979. Au cours de l’émission télévisée « Les Dossiers de l’Ecran » animée par Jérôme Pasteur, qui rassemblait le Commandant Cousteau, le glaciologue Claude Loroius et Haroun Tazieff, le volcanologue a tenu des propos qui semblent incroyablement prophétiques aujourd’hui. Garouk a expliqué que si la montée du niveau de la mer est effectivement à craindre, « ce ne seront pas les volcans qui le feront […] Ce qui peut le faire, c’est la pollution industrielle. »  Selon lui, elle dégage des quantités de produits chimiques de toutes natures dont une énorme quantité de gaz carbonique. Ce dernier se propage dans l’atmosphère et risque de faire de cette dernière «une espèce de serre», un constat admis aujourd’hui mais qui, à l’époque, semblait difficilement concevable.

Le Commandant Cousteau n’était pas d’accord avec Tazieff et a qualifié ses propos de « baratin.» Selon lui, si l’homme «fabrique beaucoup de CO2, il y a des «correcteurs automatiques», référence aux forêts et aux océans.

Haroun Tazieff a poursuivi son raisonnement et dressé un portrait bien sombre des années à venir, mais que l’on retrouve dans les messages d’alerte lancés par différentes organisations environnementales aujourd’hui. Il a en particulier évoqué «une fusion des glaces polaires aussi bien au sud qu’au nord, des glaces de montagnes» qui serait possible avec seulement deux ou trois degrés d’augmentation de la température de la planète. Il a conclu son propos en parlant d’une «montée des eaux et donc noyade de toutes les côtes basses, New York et Le Havre, Marseille et Nice et Londres.» Jérôme Pasteur lui a alors fait remarquer qu’il était «en train de paniquer les populations». C’était peut-être le moment de le faire !

Vous pourrez retrouver le débat en cliquant sur ce lien :

https://www.youtube.com/watch?v=d6whs8t0WHU

Il faut se souvenir qu’à la fin des années 1970, la science mettait déjà le monde en garde sur le risque d’une catastrophe planétaire à cause du dioxyde de carbone. En cette même année 1979, le Rapport Charney, commandé par l’administration du Président Jimmy Carter à l’Académie des Sciences américaine ne laissait que peu de doute sur ce qui devait se produire : « Si le dioxyde de carbone continue à s’accumuler dans l’atmosphère, le groupe d’experts ne voit aucune raison de douter que des changements du climat en résulteront, ni aucune raison de penser qu’ils seront négligeables. » Et de conclure : « Attendre pour voir avant d’agir signifie attendre qu’il soit trop tard. »

En 1979, il était peut-être encore temps d’agir, mais aujourd’hui ? La courbe Keeling (conçue à partir de relevés effectués sur le Mauna Loa à Hawaii) sur la seule dernière année (octobre 2017-octobre 2018) confirme que le gaz carbonique continue de s’accumuler dans l’atmosphère : 403,50 ppm en 2017 et 405,97 ppm en octobre 2018 !

Source: Scripps Institution of Oceanography

Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion)

L’éruption débutée le 15 septembre 2018 se poursuit. L’intensité du tremor, après avoir nettement augmenté après le 3 octobre suite à la fermeture progressive du système d’alimentation (dyke et cône éruptif) est en baisse progressive depuis trois jours. Un phénomène de « gaz pistons » (émissions de bouffées de gaz) est toujours observé au niveau du site éruptif.

Une inflation de l’édifice est toujours enregistrée par les instruments, ainsi qu’une augmentation des concentrations de CO2 dans le sol dans le secteur du Gîte du Volcan. Les capteurs situés sur le pourtour de l’Enclos enregistrent toujours des émissions de SO2. Même si leurs concentrations sont 5 fois plus faibles qu’en début d’éruption, ces émissions confirment qu’il y a toujours du magma présent à basse pression.

Les observations effectuées le 8 octobre 2018 depuis le Piton de Bert et depuis les airs ont permis de localiser le front de coulée. Depuis le 30 septembre, le front nord a progressé de 1,8 km et se situait à 500 mètres des Grandes Pentes, les fronts sud et centraux n’ont pas bougé. Le front de coulée nord se situait à moins de 120 mètres du rempart Sud de l’Enclos Fouqué.

Source : OVPF.

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The eruption that started on September 15th, 2018 continues. The intensity of the tremor, after having significantly increased after October 3rd following the gradual closure of the feeding system (dyke and eruptive cone) has been gradually decreasing for three days. A phenomenon of « gas pistonning » (emissions of gas pulses) is still observed at the eruptive site.
Inflation of the volcanic edifice is still recorded by the instruments, as well as an increase in CO2 concentrations in the soil in the Cîte du Volcan area. Sensors on the perimeter of the Enclos still record SO2 emissions. Although their concentrations are 5 times lower than at the beginning of the eruption, these emissions confirm that there is still low pressure magma.
The observations made on October 8th, 2018 from Piton Bert and from the air have made it possible to locate the lava flow front. Since September 30th, the northern front has advanced 1.8 km and was 500 metres from the Grandes Pentes, the southern and central fronts have not moved. The northern flow front was less than 120 metres from the southern wall of the Enclos.
Source: OVPF.

Source: OVPF

Réchauffement climatique : Le dernier rapport du GIEC // Climate change : IPCC’s latest report

Comme cela était prévu, le Groupe Intergouvernemental d’experts sur l’Evolution du Climat (GIEC) a rendu public le 8 octobre 2018 son rapport sur les effets d’un réchauffement de 1,5°C de la température mondiale. Cette limite que 197 Etats s’étaient engagés à respecter fin 2015, lors de la COP 21, aura tout de même de graves conséquences sur la planète.

Le rapport de 250 pages a nécessité la participation de 86 auteurs principaux de 39 pays et de dizaines d’experts pour la relecture. Sa structure et son contenu sont validés par l’ensemble des gouvernements membres. Ce n’est donc pas uniquement un travail scientifique, mais aussi le résultat des orientations nationales de la plupart des Etats.

Voici quelques uns des principaux points du rapport :

Sans surprise, selon le rapport, les émissions de gaz à effet de serre (GES) des activités humaines sont la principale cause du réchauffement climatique. Il n’y a plus de doute là-dessus. Ce réchauffement se produit à raison de 0,17°C par décennie depuis 1950. Ainsi, au rythme actuel, le monde connaîtrait une hausse de 1,5°C de la moyenne des températures entre 2030 et 2052. En 2017-2018, nous avons déjà atteint 1°C d’augmentation depuis l’époque préindustrielle. L’objectif de l’accord de Paris est donc de ne progresser que de 0,5°C maximum d’ici à 2100.

La trajectoire est mal engagée pour limiter la hausse à 1,5°C. Même si les Etats respectaient leurs engagements pris à la COP 21, ce qui n’est pour l’instant pas le cas pour la majorité des pays, la planète se réchaufferait de 3°C d’ici à la fin du siècle. Une telle situation entraînerait des catastrophes irréversibles autant pour les humains que pour beaucoup d’autres espèces vivantes.

Même si on respectait l’accord de Paris, les territoires les plus vulnérables pourraient ne pas avoir le temps de s’adapter. C’est le cas des petites îles situées au niveau de la mer. Ce dernier devrait continuer à monter pendant plusieurs siècles. Et sous la surface, les océans subissent déjà des changements sans précédent. Des basculements pour certains écosystèmes devraient être observés dès + 1,5°C. Les espèces dépourvues de capacité à se déplacer assez vite souffriront d’une importante mortalité. De même, il faudrait des millénaires pour lutter contre les changements dans la chimie océanique produits par l’acidification.

Dans un monde à + 1,5°C, le changement climatique affectera tous les territoires, peu importe leur niveau de développement, mais spécialement les plus pauvres. Par ailleurs, déjà plus d’un quart de la population mondiale vit dans des régions où le thermomètre dépasse de 1,5°C la température moyenne au moins une saison par an. L’hémisphère Nord souffrira le plus de la multiplication et l’intensification des vagues de chaleur. Selon le rapport, « nous sommes face à un risque de voir le sud de l’Europe basculer dans une désertification d’ici à la fin du siècle ». Les risques d’inondation et de sécheresse seraient aussi renforcés, touchant principalement l’Amérique du Nord, l’Europe et l’Asie. Les cyclones tropicaux deviendraient plus violents.

Bien que ce ne soit pas son rôle initial, le GIEC présente certaines solutions pour respecter le + 1,5°C. Ce chapitre est l’objet des principales crispations des Etats. Les Etats-Unis veulent mettre l’accent sur les techniques de capture de CO2, sur lesquelles ils sont à la pointe. Ils misent sur leur développement pour faire moins d’efforts de réduction des émissions de GES.

En outre, dans son rapport, le GIEC souligne à plusieurs reprises la nécessité de réduire drastiquement la demande en énergie des bâtiments, de l’industrie et des transports. Les émissions de GES mondiales doivent quant à elles baisser de 45 % d’ici à 2030 (par rapport à 2010) et la part des énergies renouvelables pour l’électricité passer à 70 %-85 % en 2050. Le rapport met aussi en lumière que la réduction de la pollution de l’air permet de limiter le réchauffement et d’améliorer la santé humaine, tout comme la qualité de l’environnement.

Source : GIEC.

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The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) released its report on 8 October 2018 on the effects of global warming by 1.5 °C. This limit, which 197 states pledged to reach by the end of 2015, during the paris Agreement, will still have serious consequences for the planet.
The 250-page report required the participation of 86 lead authors from 39 countries and dozens of proofreading experts. Its structure and content are validated by all member governments. It is not only scientific work, but also the result of the national guidelines of most states.
Here are some of the main points of the report:
Unsurprisingly, according to the report, greenhouse gas (GHG) emissions from human activities are the main cause of global warming. There is no doubt about it. This warming has occurred at a rate of 0.17°C per decade since 1950. Thus, at the current rate, the world would experience a 1.5°C increase in average temperatures between 2030 and 2052. In 2017-2018, we have already reached 1°C increase since pre-industrial times. The objective of the Paris agreement is therefore to increase by no more than 0.5°C by 2100.
Actually,  it will be very difficult to limit the rise to 1.5°C. Even if states respected their commitments made at COP 21, which is not the case for the majority of countries at the moment, the planet would warm up by 3 ° C by the end of the century. Such a situation would lead to irreversible disasters for both humans and many other living species.
Even if the Paris agreement was respected, the most vulnerable territories might not have the time to adapt. This is the case of small islands located at sea level. The latter is likely to rise for several centuries. And beneath the surface, the oceans are already undergoing unprecedented changes. Switchovers for certain ecosystems would be observed at + 1.5°C. Species lacking the ability to move fast enough will suffer significant mortality. Similarly, it would take millennia to combat the changes in ocean chemistry produced by acidification.
In a world at + 1.5°C, climate change will affect all territories, regardless of their level of development, but especially the poorest. In addition, already more than a quarter of the world’s population lives in regions where the temperature exceeds by 1.5°C the average temperature at least one season per year. The northern hemisphere will suffer the most from the multiplication and intensification of heat waves. According to the report, « we are facing a risk to see the south of Europe turn into desertification by the end of the century. Flood and drought risks would also be increased, affecting mainly North America, Europe and Asia. Tropical cyclones would become more violent.
Although this is not its original role, the IPCC presents some solutions to respect the + 1.5°C temperature increase. This chapter is the object of the main tensions obetween the States. The United States wants to focus on CO2 capture techniques, on which they are at the forefront. They rely on their development to make less effort to reduce GHG emissions.
In addition, in its report, the IPCC repeatedly emphasizes the need to drastically reduce the energy demand of buildings, industry and transport. Global GHG emissions are required to fall by 45% by 2030 (compared to 2010) and the share of renewables for electricity to rise to 70% -85% in 2050. The report also highlights that the reduction of air pollution helps to limit warming and improve human health, as well as the quality of the environment.
Source: IPCC.

La courbe se passe de commentaire [Source : NASA’s Goddard Institute for Space Studies (GISS)]