Une introduction à l'utilisation des unités pour décrire les nombres lors de la description de la température, de l'énergie et de la lumière. Même si vous n'avez pas l'intention de faire des calculs vous-même, le fait de comprendre le fonctionnement des unités vous aidera à suivre le reste des cours de la classe. Si vous souhaitez mettre en pratique vos compétences en matière d'analyse, en utilisant les unités pour guider vos calculs, vous trouverez quelques exercices dans la partie II de ce cours.

L'équilibre des flux d'énergie, sous forme de lumière solaire entrante et d'infrarouge sortant, nous permet de créer notre premier modèle climatique simple, y compris un simple effet de serre. La deuxième partie de ce cours comporte deux exercices approfondis, l'un portant sur un modèle analytique (algébrique) de la température d'équilibre d'une planète, l'autre sur un modèle numérique de l'évolution de cette température dans le temps.

Le modèle en couches ci-dessus suppose que la vitre représentant l'atmosphère absorbe tout le rayonnement infrarouge qui la frappe et qu'elle rayonne à toutes les longueurs d'onde infrarouges. En d'autres termes, l'atmosphère du modèle de couche est un corps noir dans l'infrarouge, mais transparent dans le visible. En réalité, les gaz à effet de serre ne sont pas du tout "noirs" ; ils sont très sélectifs quant aux fréquences de la lumière qu'ils absorbent et émettent. Cette absorption sélective de la lumière infrarouge par les gaz à effet de serre conduit à l'effet de saturation de la bande, qui fait que des gaz rares, à l'état de traces, comme le méthane, ont une puissance disproportionnée par rapport à des gaz à plus forte concentration comme le CO₂.

L'effet de serre fonctionne parce que l'air de la haute atmosphère est plus froid que le sol, de sorte que l'absorption et la réémission des IR par les gaz à effet de serre diminuent la quantité d'énergie quittant la planète vers l'espace. Nous explorons ici la physique responsable du maintien de la froideur de la haute atmosphère.

Une autre propriété du monde réel, absente de notre modèle jusqu'à présent, est que le monde réel n'est pas partout à la même température et que les flux de chaleur vers et depuis l'espace ne s'équilibrent pas nécessairement à un moment ou à un endroit donné. En effet, les vents dans l'atmosphère et les courants dans l'océan transportent la chaleur, en général des tropiques chauds vers les hautes latitudes froides.

Les rétroactions sont des boucles de cause à effet qui peuvent soit stabiliser le climat de la Terre, soit amplifier les changements climatiques à venir. Dans la deuxième partie de ce cours, un exercice vous permet de résoudre la question de la température d'une planète par itération et de mettre en évidence un emballement de la rétroaction de l'albédo des glaces qui aurait pu conduire à l'état climatique de la Terre "boule de neige" il y a 700 millions d'années.

Nous passons maintenant à la vitesse supérieure : nous nous éloignons de la physique du climat (dont vous avez vu les principaux ingrédients) pour nous intéresser au miracle émergent qu'est le cycle du carbone sur Terre. Le carbone n'est pas seulement l'élément chimique de la vie, c'est aussi le moyen de stocker l'énergie de la vie. Nous examinerons le cycle du carbone à travers la terre, les océans et les profondeurs de la terre, en entrant et en sortant de l'atmosphère - et comment cela stabilise le climat de la Terre.

Sur le carbone enfermé dans les combustibles fossiles et sur ce qui se passe lorsque nous brûlons ces combustibles. Dans la deuxième partie de ce cours, vous pourrez créer un modèle simple mais relativement réaliste de l'évolution de la température de la Terre au cours des prochaines décennies, en réponse à l'émission de CO2 (ou à l'arrêt soudain des émissions dans un scénario appelé "Le monde sans nous").

Vous avez maintenant vu les idées qui sous-tendent la prévision d'un impact humain sur le climat de la Terre. La question suivante est la suivante : Voyons-nous cela se produire aujourd'hui ? Il s'avère que la preuve irréfutable de l'impact de l'homme sur le climat est l'enregistrement de la température moyenne mondiale depuis les années 1970. Afin d'interpréter ce changement de température, nous devons le replacer dans le contexte des changements climatiques naturels survenus dans le passé géologique de la Terre.

Cette unité se concentre sur les impacts potentiels de la poursuite des émissions de CO2 dans les conditions actuelles. C'est également le sujet du volume du groupe de travail 2 des rapports du GIEC (le rapport du groupe de travail 1 porte sur la base scientifique, ce que nous avons étudié jusqu'à présent dans le cadre de ce cours). Vous trouverez peut-être ces informations inquiétantes, mais accrochez-vous, car la semaine prochaine, nous aborderons l'"atténuation", c'est-à-dire ce qu'il faut faire pour éviter le changement climatique (sujet traité dans le rapport du groupe de travail 3). N'oubliez pas que la majeure partie du carbone qui nous préoccupe se trouve encore dans le sol, de sorte que ces impacts ne sont inévitables que si nous continuons à décider de les rendre tels. Dans la deuxième partie de ce cours, vous pourrez créer votre propre modèle de calotte glaciaire.

La dernière unité du cours nous amène à examiner les possibilités d'éviter ou d'"atténuer" l'impact de l'homme sur le climat de la Terre. Conclusion : Je pense que l'humanité pourrait relever ce défi si elle le décidait. Si, par hypothèse, il n'y avait plus de charbon sur Terre, notre potentiel d'altération du climat serait bien moindre. Trouver des sources d'énergie dans ce monde ne serait pas une menace existentielle, mais simplement une opportunité commerciale. Le plus difficile, à mon avis, est de prendre cette décision.