(photo NASA)

Mais qu'est-ce donc que ce paradoxe du soleil jeune?

Les températures des époques très lointaines, d'il y a plusieurs milliards d'années, sont considérées comme ayant été proches, voire supérieures, à la température actuelle.

Si on met à part, bien sûr, de possibles épisodes de glaciation intense (type Terre boule de neige)

Depuis sa naissance, il y a 4.5 à 5 milliards d'années, la puissance émise par le soleil ne fait que croître.

On estime que cette puissance a augmenté de 35 % depuis son origine.

L'âge de la Terre étant très proche de celui du soleil, notre planète a donc connu des flux solaires beaucoup plus faibles qu'actuellement.

Rappelons que la température effective actuelle, pour un albédo de 0.30, est de -18°C.

Avec un flux solaire égal à 65% du flux actuel, pour le même albédo, cette température tombe à  -44°C.

Si on se place au Néo Archéen (Late Archean dans l'article cité plus bas), soit il y a environ 2.5 milliards d'années, on estime que le flux était de 80% l'actuel, soit une température effective de -32 °C

Si, actuellement, la température réelle moyenne de la surface est de 15°C soit une augmentation de 33°C par rapport à la température effective, et que l'on connaît la responsabilité de l'effet de serre naturel dans ces 33°C, la question que l'on se pose est:

Qu'est-ce qui explique, au Néo archéen, une augmentation de température, par rapport à l'effective, de 47°C?

L'explication traditionnelle est qu'une teneur plus grande en GES, à l'époque, était nécessaire pour rendre l'atmosphère plus opaque à l'infrarouge terrestre.

les candidats étant bien sûr le CO2 mais aussi le CH4 (certainement plus concentré avant les eucaryotes).

En très gros, si on suppose que ce rôle réchauffant était dû entièrement au CO2, cela aurait nécessité des teneurs de l'ordre de 20 à 30 fois l'actuelle, soit de l'ordre de 1%, pour fixer les idées.

Depuis les origines la teneur en CO2, à partir de valeurs très élevées, est descendue, avec des hauts et des bas, jusqu'à des valeurs de 200 à 280 ppm actuellement (mis à part l'augmentation récente bien sûr

En conséquence l'hypothèse du CO2, toutes choses étant égales par ailleurs, est tout à fait plausible.

Cependant, le "toutes choses étant égales par ailleurs" est une hypothèse d'école, car forcément, il y a 2.5 milliards d'années, tout n'était pas pareil que maintenant.

Les sceptiques, qui font la chasse à toute hypothèse mettant en jeu le rôle du CO2, nous font remarquer, à juste titre pour une fois, que les calculs sont faits à albédo constant.

Or cet albédo était il le même qu'actuellement?

Sans doute pas, mais quelle pouvait être sa valeur à l'époque?

On peut calculer très facilement l'albédo nécessaire à l'obtention d'une température effective de -18°C.

Il est de 242/(0.8*342) = 0.884.

Mais la température effective n'est pas tout.

On cherche en effet ce qui peut faire monter la température de surface pour atteindre 15°C et, pour ce faire, des éléments autres que les GES, qui augmentent l'effet de serre.

Vous aurez bien sûr reconnus les excellents candidats que sont les nuages.

Après cette longue introduction, je vous propose la lecture d'un article très récent paru dans "climate of the past"

Il s'agit de : "clouds and the faint young sun paradox" de Goldblatt et Zahnle publié le 10 juin 2010.

Les auteurs examinent certaines hypothèses (dont certaines d'entre elles ont été émises par des sceptiques très connus) concernant des variations supposées des nuages, en quantité et qualité, lors du Néo archéen, par rapport à l'actuelle.

J'ai personnellement trouvé cet article très intéressant car, s'il ne répond évidemment pas de manière définitive à la question, il donne des pistes pour juger de la vraisemblance des hypothèses et apporte de vraies informations sur un tas d'autres sujets.

Je ne vais pas vous en faire un résumé exhaustif, mais vous brosser les grands traits des conclusions auxquelles il aboutit.

le déficit de forçage radiatif

si les GES ne sont pas présents, le déficit en forçage , à combler donc par d'autres acteurs, est de 50 W/m2.

l'albédo de surface

Là, je dois dire que j'ai pas mal appris car je n'avais pas conscience du fait que, lors des temps très anciens, la Terre était très proche du "waterworld" cher à nos écrivains de SF.

En effet, les continents ne sont pas apparus subitement, comme ça, d'un seul coup mais se sont extraits progressivement du manteau et de l'océan.

Au début de l'Archéen, il y a 3.8 milliards d'années, les continents n'occupaient que 5% de leur surface actuelle et lors du néo archéen, objet de l'article, entre 20 et 60%.

L'albédo actuel de surface est estimé à 0.124 par les auteurs.

C'est la moyenne pondérée des surfaces de l'albédo des océans (0.090) et de l'albédo des terres (0.214).

On peut ainsi avoir une idée de l'albédo du Néo archéen et donc du forçage que ça représentait soit 4.8W/m2.

De plus l'humidité, du fait de l'absence de terres, aurait pu être plus élevée et ajouter un forçage complémentaire.

Mais on est loin du compte toutefois.

venons en aux nuages

les auteurs explorent les effets d'une large gamme de nuages.

Les nuages les plus influents, comme nous l'avons vu dans l'article précédent  , sont les nuages bas, à fort pouvoir refroidissant, et les nuages très hauts, à fort pouvoir réchauffant.

Les stratus

Ce qui fait le pouvoir refroidissant des nuages bas, c'est leur fort pouvoir réfléchissant et leur faible effet de serre.

Le pouvoir réfléchissant provient de la taille et du nombre des micro gouttelettes qui composent le nuage.

Et ce qui joue, entre autres, sur la taille des micro gouttelettes, ce sont les aérosols qui jouent le rôle de noyaux de condensation (CCN).

S'il y a peu de CCN les gouttelettes sont plus grosses, il pleut  plus et les stratus sont plus minces tant optiquement qu'en contenu d'eau.

Dans ce cas, ils laissent d'avantage passer la lumière vers la surface et refroidissent moins.

Rosing et al (2010) ont proposé qu'il y avait moins de CCN à cette époque étant donné que les émissions de DMS (diméthyl sulfide) auraient été plus faibles.

Ceci repose sur une hypothèse dont on est loin d'être sûr, car le DMS qui est émis par certains êtres vivants n'est pas la seule substance qui fournit l'acide sulfurique en tant que CCN.

D'autre part les tailles de gouttelettes envisagées par Rosing (jusqu'à 30 microns) sont sans commune mesure avec les tailles maximales des gouttelettes trouvées dans les régions actuelles très pauvres en DMS, comme l'océan austral.

Notons d'ailleurs que les stratus sont très abondants actuellement dans l'océan austral.

Il n'y a donc pas de raison valable de supputer que les stratus étaient moins nombreux et moins efficaces que maintenant.

De plus, le fait qu'il y ait moins de terres, donc moins de CCN, n'est pas synonyme loin s'en faut de moins de nuages.

Il y a plus de nuages dans l'hémisphère sud (85% d'eau environ) que dans l'hémisphère nord (55% d'eau environ).

Il n'y a donc pas de raison valable de considérer que les stratus puissent expliquer une part significative, ou même sensible, du déficit.

Les cirrus

Ce qui fait le pouvoir réchauffant des cirrus, c'est leur très faible albédo pour un effet de serre important.

L'effet réchauffant global des cirrus dépend donc de la surface couverte et de leur émissivité.

Les auteurs calculent qu'avec une épaisseur 3.5 fois plus grande que l'actuelle et avec une couverture de 100% de la surface, on arriverait à 25W/m2.

Si on suppose en plus qu'ils sont plus hauts et atteignent la pression très faible de 100hPa, on arrive à 50 W/m2.

Rondanelli et Lindzen (2010) ont proposé que la couverture totale du ciel par les cirrus pouvait expliquer l'énigme du soleil jeune.

C'est encore une fois le fameux effet d'iris de Lindzen qui sert de base à la démonstration.

En effet, selon notre sceptique préféré, notre planète possède un merveilleux iris qui s'ouvre quand il fait plus chaud et qui se ferme quand il fait plus froid.

Cet iris ce sont les cirrus.

La théorie de Lindzen s'appliquait auparavant aux cirrus tropicaux mais là ça s'étend à l'ensemble de la planète.

Il n'est pas justifié, et à mon sens peu plausible, que, dans un monde plus froid les cirrus non seulement couvrent toute la planète, mais aussi sont plus hauts et plus épais.

Rappelons aussi que l'effet d'iris n’a pas reçu confirmation de son existence.

De plus, si on calcule l'effet de la couverture totale par des cirrus plus épais et plus froids on aboutit à un monde où la température est au moins égale à la température actuelle.

Donc l'effet d'iris, en supposant qu'il soit exact, n'aurait aucune raison de fonctionner d'une façon différente de l'actuelle puisque la température serait la même.

Ce qui voudrait dire, in fine, moins de cirrus et donc une température plus froide...

on ne s'en sort plus..

c'est un paradoxe dans le paradoxe.

Ou alors il faudrait supposer que l'iris soit un thermostat réglé à 15°C, ce qui ne tient évidemment pas étant donné ce que l'on sait des températures des périodes glaciaires par exemple, où la température était nettement plus basse que l'actuelle.

La question subsidiaire, à poser au sceptique Lindzen, c'est:

Pourquoi donc l'iris n'a pas fonctionné lors des périodes glaciaires pour empêcher la température globale de chuter de 5 à 6°C?

Etant donné que les "théories" de Lindzen, ainsi que celles de la "science" sceptique n'ont pas d'autre but que de contrer systématiquement tout ce qui peut concerner l'effet du CO2, en niant et en falsifiant l'évidence scientifique, on ne risque pas d'avoir une réponse rapide...

En conclusion, il n'y a pas d'explication valable, hors GES, à l'énigme du soleil jeune.

Les hypothèses alternatives n'aboutissent, au mieux, qu'à un léger comblement du déficit de 50W/m2.

On peut  retenir, éventuellement, un effet d'albédo de surface permettant de combler environ 10% du déficit, mais les hypothèses sur les nuages ne semblent pas réalistes.

Tout ceci renforce encore le rôle indubitablement très important des gaz à effet de serre, non seulement dans le passé, mais aussi dans le réchauffement actuel.