Les empreintes digitales du changement climatique sont arrivées tôt, révèle une expérience de pensée

Une expérience de pensée révèle que les empreintes digitales du changement climatique sont venues tôt

Par Ben est large, Susan Salomon, David WJ Thompson & Qiang Fu

Les physiciens aiment Expériences–expériences de pensée qui sont difficiles ou impossibles à effectuer dans le monde réel. Cat de Schrödinger est un exemple bien connu d’une expérience de pensée, utilisée pour illustrer les complexités de la mécanique quantique. Ce puzzle a occupé certains des meilleurs physiciens les plus brillants du début du 20e siècle.

Nous avons essayé la même chose Récemment, seulement avec le changement climatique. Étant donné le réseau d’aujourd’hui de satellites et de capteurs de température, quand les scientifiques auraient-ils pu d’abord savoir, hors de tout doute raisonnable, qui augmente le CO atmosphérique₂ depuis Brûle de combustible fossile et changement d’utilisation des terres modifiaient notre climat mondial? Les résultats pourraient vous surprendreet ils aident à illustrer pourquoi il est extrêmement important de poursuivre le suivi à long terme du climat de la Terre.

Notre expérience de pensée a utilisé des simulations de changement climatique historique à partir de neuf modèles informatiques de pointe différents. Nous avons fait trois hypothèses clés. La première était qu’en 1860, les scientifiques de notre «monde Gedanken» avaient la technologie pour surveiller les changements de température mondiale dans la troposphère (la couche atmosphérique s’étendant de la surface jusqu’à environ 15 kilomètres) et la stratosphère (allant d’environ 15 km à 50 km). Historiquement, la surveillance mondiale ne s’est pas produite avant les années 40 en utilisant les premiers réseaux de ballons météorologiques. Plus récemment, depuis la fin des années 1970, nous avons surveillé les changements de température atmosphérique mondiale avec les satellites.

Sur le soutien du journalisme scientifique

Si vous appréciez cet article, envisagez de soutenir notre journalisme primé par abonnement. En achetant un abonnement, vous contribuez à assurer l’avenir des histoires percutantes sur les découvertes et les idées qui façonnent notre monde aujourd’hui.

Deuxièmement, nous avons supposé qu’au cours de la période 1860 à 2024, les simulations de modèle utilisaient des estimations fiables des changements causés par l’homme dans les gaz à effet de serre, la pollution des particules et l’utilisation des terres, ainsi que des estimations précises des changements naturels dans des facteurs externes tels que l’activité volcanique et la production énergétique du soleil. Toutes ces entrées aux simulations du modèle sont principalement dérivées des données d’observation.

Troisièmement, nous avons supposé que les réponses simulées par modèle aux facteurs humains et naturelles étaient réalistes et que la taille du «bruit climatique» modélisé associé à des phénomènes naturels comme El Niño et La Niña était en accord raisonnable avec les observations. Nous avons testé la troisième hypothèse en comparant le changement et la variabilité climatiques modélisées et observées et n’avons trouvé aucune preuve d’erreurs du modèle qui annuleraient nos résultats inférieurs.

Le travail de Syukuro («Suki») Manabe a contribué à inspirer cette enquête. En 1967, Manabe – qui allait ensuite recevoir le Prix Nobel 2021 pour la physique – publié l’un des plus papiers célèbres en science climatique. Avec son collègue Richard Wetherald au NOAA Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL) à Princeton, NJ, Manabe a utilisé un modèle climatique simple pour montrer que les niveaux croissants de CO atmosphérique₂ conduirait à plus Piénage efficace de la chaleur dans la troposphère. La conséquence? Réchauffement de la troposphère et refroidissement de la stratosphère. Le premier a captivé la majeure partie de l’attention du monde pour une bonne raison – c’est là que nous, les humains, vivons, mais le second se révèle être particulièrement utile dans notre expérience de pensée.

Le papier Manabe et Wetherald de 1967 a fait une prédiction testable: si les humains continuent de brûler des combustibles fossiles et de renforcer les niveaux de CO₂ Dans l’atmosphère, la structure verticale de la température atmosphérique changera non seulement dans la troposphère mais aussi dans la stratosphère. Mais en 1967, les scientifiques n’avaient pas les enregistrements à long terme nécessaires pour tester cette prédiction, en particulier pour la stratosphère moyen à supérieure, entre environ 25 et 50 km au-dessus de la surface de la Terre.

Des décennies après 1967, ballon météo et Enregistrements de température satellite a révélé que Manabe et Wetherald avaient raison. Leur modèle de changement prévu dans la structure thermique de l’atmosphère était observable. Surtout, ce schéma d’influence humaine – diffusant à long terme et à l’échelle mondiale de la troposphère et le refroidissement de la stratosphère – ne pouvait pas être confondu avec les modèles naturels de changement de température. L’empreinte humaine sur la température atmosphérique était distinctement différent à partir des empreintes digitales de température naturelle causées par le soleil, les volcans et le bruit climatique interne. Lorsque les climatologues disent que nous savons que les gens provoquent le changement climatique, cette empreinte digitale est une raison déterminante.

Ce qui nous ramène à notre «quand aurions-nous pu savoir?» Expérience de pensée.

Bien que la question soit simple, la réponse n’est pas évidente. Les 40 premières années de l’expérience de pensée (de 1860 à 1899) ont été une époque où Brûle de combustible fossile à grande échelle et déforestation commençaient à peine à se replier pendant la révolution industrielle. L’augmentation qui en résulte du CO atmosphérique₂ Au cours de cette période, que nous pouvons estimer des noyaux de glace antarctique, était seulement 10 parties par million. Ceci est petit par rapport au récent CO₂ augmenter Environ 54 parties par million Au cours des 25 ans de 2000 à 2024. Néanmoins, ces 10 parties modestes par million de premiers₂ L’augmentation est encore suffisamment grande pour entraîner un refroidissement significatif de la stratosphère de 1860 à 1899. La taille et le schéma de ce refroidissement stratosphérique sont très différents de ce que nous attendons des forces naturelles affectant la température: la variabilité solaire à l’époque, l’éruption de Krakatoa en 1883 et le bruit climatique interne.

En raison de ces différences entre le signal et le bruit, notre expérience de pensée montre que même le signal relativement petit et causé par l’homme de refroidissement stratosphérique aurait pu être identifié en 1885. En termes différemment, étant donné les capacités de mesure d’aujourd’hui, les humains auraient pu savoir que nos actions changeaient de manière significative du climat mondial avant même Carl Benz. breveté la première voiture à essence. Le signal causé par l’homme du réchauffement troposphérique émerge plus tard, dans la seconde moitié du 20e siècle, en partie parce que les modèles humains et naturels de changement climatique sont plus similaires dans la troposphère que dans la stratosphère.

Cette connaissance préalable aurait-elle fait une différence? L’humanité aurait-elle suivi une voie de consommation d’énergie différente étant donné que la combustion des combustibles fossiles conduit finalement à de grands changements dans le climat à l’échelle mondiale? C’est en dehors de notre bac à sable en tant que climatologues – c’est une question pour les philosophes, les spécialistes des sciences sociales et les historiens de la science. Mais à notre avis, basé sur l’histoire d’autres problèmes environnementaux mondiauxil est certainement concevable que la connaissance précoce de la réalité et de la gravité du changement climatique ait pu stimuler une action mondiale antérieure à réduire les émissions de gaz à effet de serre.

Il convient de noter que notre identification des «empreintes digitales» atmosphériques prédites par Manabe et Wetherald a été activée par Noaa et télédétection par satellite de la NASA. Le travail de ces agences est un élément essentiel de nos recherches et de l’entreprise nationale et internationale des sciences du climat.

Mais aux États-Unis en 2025, la science climatique financée par le gouvernement fédéral, y compris les travaux d’observation et de modélisation, est systématiquement démonté. Ce n’est pas une expérience de pensée. C’est trop réel. Nous observons maintenant ce qui se passe lorsque des décennies de travail pour comprendre la nature et les causes des changements climatiques sont rejetées et sont remplacées par l’idéologie, les théories du complot et la désinformation. L’arrêt des travaux climatiques entraînera un vide de données qui pourrait durer des années, voire des décennies. Cette expérience dans l’ignorance volontaire ne peut que terminer mal.

Il s’agit d’un article d’opinion et d’analyse, et les opinions exprimées par l’auteur ou les auteurs sont uniquement les leurs et non celles d’une organisation avec laquelle ils sont affiliés ou nécessairement ceux de Scientifique américain.