Le livre - Chapitres 9 à 11
Dans les trois derniers chapitres de notre livre Earth, Our Living Planet (Chapitres 9 à 11), nous expliquons les boucles de rétroaction à grande échelle qui contrôlent en grande partie le Système Terre, y compris l'effet de serre et la teneur en oxygène de l’atmosphère, le développement du Système Terre sur des milliards d'années et les effets des sociétés humaines, en particulier pendant la dernière époque géologique en cours appelée Anthropocène.
9-1. Régulation du Système Terre par des rétroactions négatives
Plusieurs caractéristiques à long terme du Système Terre sont régulées par des rétroactions (feedbacks) à grande échelle. Dans un feedback, un processus [A] est amplifié (feedback positif) ou atténué (feedback négatif) par la réponse d'un autre processus [B] à la suite de l'action directe ou indirecte de [A] sur [B]. Une boucle de rétroaction est créée si le processus modifié par la rétroaction [A] influence alors davantage le processus [B] et ainsi de suite. Le chapitre 9 du livre Earth, Our Living Planet décrit un certain nombre de rétroactions et de boucles de rétroaction du Système Terre qui l’ont largement contrôlé au cours de son histoire et continuent de le faire aujourd'hui.
D'importantes boucles de rétroaction négative contribuent à réguler des caractéristiques clés du Système Terre à diverses échelles de temps allant de centaines d'années à des dizaines de millions d'années. Nous examinons particulièrement trois caractéristiques majeures – l'effet de serre, le rapport azote/phosphore de l'océan (dont la valeur est connue sous le nom de rapport de Redfield) et le niveau d'oxygène atmosphérique - et nous décrivons leur régulation à long terme par des boucles de rétroaction négative.
Régulation du rapport azote/phosphore dans l'eau de mer et dans la biomasse du phytoplancton par des boucles de rétroaction négative, qui font appel à la fixation d'azote dans les eaux de surface (gris) et au cycle de l'azote dans la totalité de la colonne d'eau (noir). Flèches pleines : flux biologiques et chimiques ; flèches en tirets : transport vertical de composé azotés.
9-2. Interactions entre les processus terrestres à grande échelle
Effets (flèches) de facteurs de forçage (rectangles du côté gauche) et du climat (rectangles du côté droit) sur plusieurs processus à grande échelle du Système Terre (rectangle au centre). Les facteurs de forçage sont de nature tectonique, évolutionnaire et anthropiques (rectangles noir, gris et blanc, respectivement, et flèches correspondantes).
Dans le chapitre 9 du livre, nous considérons aussi les interactions entre les boucles de rétroaction négatives globales du Système Terre et les interactions des processus à grande échelle tels que la production globale d'oxygène et la respiration avec les boucles de rétroaction.
De plus, nous examinons les réponses des processus à grande échelle aux facteurs de forçage géologiques, biologiques et anthropiques, au climat et à l'évolution biologique. Les sociétés humaines influencent certains des processus à grande échelle du Système Terre. Si l'évolution biologique a influencé les processus du Système Terre sur des dizaines à des centaines de millions d'années, les perturbations anthropiques actuelles ont des échelles de temps d'au plus quelques centaines d'années mais leurs effets peuvent durer des milliers d'années.
10-1. La Légende des temps – Les milliards d’années du Système Terre
Le Système Terre a été façonné par les conditions et les événements expliqués dans les chapitres 1 à 9 du livre Earth Our Living Planet. Nous réalisons une synthèse de ces informations dans le chapitre 10 pour donner une image globale du développement du Système Terre sur des milliards d'années, appelée La légende des temps (The Legend of the Eons). Cette vue d'ensemble est utilisée pour décrire l'évolution du système, y compris les effets récents des sociétés humaines.
Nous considérons successivement les principaux processus abiotiques externes et internes qui affectent le Système Terre, l'acquisition par la Terre de ses propriétés physiques et leurs effets sur l'évolution de la planète, les principales étapes de l'évolution biologique, l'évolution de l'oxygène libre dans l'environnement terrestre, l'émergence de boucles de rétroaction négatives, c’est-à-dire de propriétés d’auto-régulation, et les effets des sociétés humaines.
La légende des temps (eons). Les fils décrits dans les chapitres 1 à 9 de notre livre sont ici tissés en une grande tapisserie qui dépeint la prise de contrôle progressive de la Terre par ses organismes. Le temps passé est à gauche et le temps présent à droite. Flèches verticales : échanges de matières entre les couches constitutives de la planète (pour simplifier, les flèches ne sont indiquées que pour l'état le plus ancien de la planète et le plus récent, mais elles s’exercent en permanence). Patm : pression atmosphérique ; T : température.
10-2. Effets des activités humaines avant le 21ème siècle
La période au cours de laquelle les sociétés humaines ont eu des impacts significatifs sur le Système Terre s'appelle l'Anthropocène, dont nous parlons aussi le chapitre 10 du livre. Nous commençons par des événements lointains qui se sont produits au début de l'Anthropocène, tels que l'extinction de la grande faune indigène qui a souvent accompagné l'occupation de nouvelles terres par Homo sapiens, et nous continuons avec la croissance de la population humaine et les effets de plus en plus néfastes des activités humaines sur l'environnement.
Trois exemples montrent comment, au cours de la deuxième partie du 20ème siècle, les pays ont agi de concert pour réduire ou éliminer les causes de perturbations environnementales à grande échelle ou mondiales. L'un de ces exemples est l'interdiction de l'insecticide DDT. Ces exemples montrent que les gouvernements ont agi lorsque des preuves scientifiques et la pression du public les ont convaincus de le faire. Cependant, de nombreux autres problèmes environnementaux n'ont pas été traités au 20ème siècle malgré des observations de plus en plus incontestables.
Effet nocif des pluies acides sur une forêt dans les montagnes de Jizera, en République Tchèque, en 2006. Source : Wikimédia.
Variations de la concentration de gaz carbonique atmosphérique au cours des 800 000 dernières années. Source : NOAA.
11-1. Effets en cours des activités humaines – Adaptation et atténuation (mitigation)
Les sociétés humaines causent actuellement de nombreuses perturbations au Système Terre, avec des effets potentiels à long terme dans le futur. Nous expliquons au chapitre 11 du livre les mécanismes généraux du changement climatique, de l'acidification des océans, de la perte de biodiversité et de l'insécurité hydrique et alimentaire. Nous examinons également les principales activités humaines contribuant à ces quatre perturbations globales et les rétroactions néfastes de ces perturbations sur l'environnement et les activités humaines.
Les réponses aux perturbations anthropiques peuvent tenter de s’adapter aux changements qui semblent désormais inévitables ou de les atténuer en évitant des conséquences ingérables. Nous illustrons l'adaptation et l'atténuation (mitigation) en utilisant l'exemple de l'élévation du niveau de la mer en cours et à venir. La première et principale mesure d'atténuation consiste à tenter de réduire les émissions des gaz à effet de serre en modifiant profondément la nature des activités humaines sans altérer ou compromettre l’accès à un certain niveau de bien-être. Si cette option semble sociologiquement et technologiquement possible, l’enjeu est de trouver une volonté politique coordonnée (mondiale) dans un délai désormais très court.
11-2. Futurs effets des activités humaines actuelles – Soyons les intendants (stewards) de la planète !
Environnements terrestres et activités humaines qui sont déjà touchés par le réchauffement climatique ou devraient l'être dans le futur. Source : PNGFuel .
Le Système Terre peut être profondément modifié au-delà du 21ème siècle par les perturbations humaines en cours. Nous examinons également au chapitre 11 du livre quatre états possibles du futur Système Terre : une longue poursuite de l'interglaciaire actuel (celui que nous vivons depuis 10 000 ans) avant le prochain épisode glaciaire ; une très longue poursuite de l'interglaciaire actuel ; le passage de la Terre froide (Icehouse Earth) actuelle (depuis 34 millions d'années), caractérisée par la présence de calottes glaciaires dont l’extension est variable, à une Terre chaude (Greenhouse Earth) caractérisée par l’absence de masses de glace continentale; et le franchissement d’un seuil climatique incontrôlable, conduisant à un climat très différent et beaucoup plus chaud.
Pour illustrer l'importance des innovations biologiques clés qui ont façonné le Système Terre, nous considérons ce que serait la planète Terre sans elles. L'impératif de préserver à la fois l’habitabilité et la biodiversité amène à l'idée que nous ne pouvons plus nous contenter d’être une espèce agissant de manière aveugle en faveur de son propre développement, mais que nous devons très rapidement devenir les intendants (stewards) de notre planète.