Le budget énergétique

Compter toute l’énergie qui entre et sort du système terrestre nous aide à comprendre pourquoi la planète se réchauffe. Cette comptabilisation de l’énergie est connue comme le bilan radiatif de la Terre. Ce type de rayonnement n’est pas celui qui provient des bombes atomiques ou des centrales nucléaires. Il s’agit plutôt de rayonnements électromagnétiques. Il s’agit principalement de lumière visible et de rayonnement infrarouge.

Le diagramme ci-dessous montre où va l’énergie. Les nombres sur le diagramme sont des watts par mètre carré (W/m2 ou W-m-2). Imaginez que vous étendez un carré d’un mètre sur un mètre sur le sol. Mesurez maintenant la quantité d’énergie solaire qui tombe sur ce carré chaque seconde. C’est de cela qu’il s’agit ici. L’énergie moyenne de la lumière solaire arrivant au sommet de l’atmosphère terrestre est d’environ 341,3 W/m2.

Au-dessus : La lumière du soleil arrivant sur la Terre est à gauche. Le rayonnement infrarouge s’éloignant de la Terre est à droite. (Image : K. Trenberth, J. Fasullo et J. Kiehl)

Énergie entrante et sortante

Moins de la moitié de la lumière solaire entrante réchauffe le sol. Le reste est réfléchi par les nuages blancs brillants ou la glace ou est absorbé par l’atmosphère. La lumière solaire qui parvient au sol réchauffe la surface de la Terre. Le sol et les océans chauds émettent un rayonnement infrarouge (IR), que nous ressentons comme de la chaleur. Ce rayonnement IR ou cette chaleur remonte dans l’atmosphère. La plupart d’entre eux sont piégés par les gaz à effet de serre, ce qui les empêche de partir aussi vite qu’ils sont arrivés. Après un certain temps, le rayonnement IR fuit dans l’espace.

Dans la plupart des cas, l’énergie qui arrive sur Terre sous forme de lumière solaire est égale à l’énergie qui en sort sous forme d’IR. Si ce n’est pas le cas, la Terre se réchauffe ou se refroidit. Récemment, le budget énergétique n’a pas été équilibré. Lorsque nous ajoutons des gaz à effet de serre dans l’atmosphère, ils emprisonnent plus de chaleur près de la planète et la Terre se réchauffe.

La surface de la Terre affecte la comptabilité

Plusieurs choses différentes recouvrent la Terre, comme le sol, les roches, l’eau, les forêts, la neige et le sable. Les matériaux comme ceux-ci ont différentes façons de traiter l’énergie solaire qui arrive sur notre planète. Les surfaces de couleur sombre, comme les océans et les forêts, reflètent très peu l’énergie solaire qui leur parvient. Les parties de couleur claire de la surface de la planète, comme la neige et la glace, reflètent presque toute l’énergie solaire qui leur parvient.

La quantité d’énergie réfléchie par une surface est appelée albédo. L’albédo est mesuré sur une échelle de zéro à un (ou parfois en pourcentage).

• Les couleurs très sombres ont un albédo proche de zéro (ou proche de 0%).
• Les couleurs très claires ont un albédo proche de un (ou proche de 100%).

Parce qu’une grande partie de la surface terrestre et des océans sont de couleur sombre, ils ont un faible albédo. Ils absorbent une grande partie de l’énergie solaire qui leur parvient, n’en réfléchissant qu’une petite fraction. Les forêts ont un faible albédo, proche de 0,15. La neige et la glace, en revanche, sont de couleur très claire. Elles ont un albédo très élevé, jusqu’à 0,8 ou 0,9, et reflètent la plupart de l’énergie solaire qui leur parvient, en en absorbant très peu.

L’albédo de toutes ces différentes surfaces combinées est appelé albédo planétaire. L’albédo planétaire de la Terre est d’environ 0,31. Cela signifie qu’environ un tiers de l’énergie solaire qui parvient à la Terre est réfléchie vers l’espace et qu’environ deux tiers sont absorbés. L’albédo de la Lune est de 0,07, ce qui signifie que seulement 7% de l’énergie qui lui parvient est réfléchie.

Si le climat de la Terre est plus froid et qu’il y a plus de neige et de glace sur la planète, davantage de rayonnement solaire est réfléchi vers l’espace et le climat devient encore plus froid. D’autre part, lorsque le réchauffement provoque la fonte de la neige et de la glace, la surface de la Terre et l’océan de couleur plus foncée sont exposés et moins d’énergie solaire est réfléchie vers l’espace, ce qui provoque un réchauffement encore plus important. C’est ce qu’on appelle la rétroaction glace-albédo.

Les nuages ont également un effet important sur l’albédo. Ils ont un albédo élevé et réfléchissent une grande quantité d’énergie solaire vers l’espace. Les différents types de nuages réfléchissent des quantités différentes d’énergie solaire. S’il n’y avait pas de nuages, l’albédo moyen de la Terre diminuerait de moitié.