L’énergie solaire n’est pas le seul déterminant de la température atmosphérique. Comme indiqué ci-dessus, la surface de la Terre, après avoir absorbé le rayonnement solaire dans la région visible, émet un rayonnement infrarouge vers l’espace. Plusieurs gaz atmosphériques absorbent ce rayonnement thermique et le réémettent dans toutes les directions. Des lignes sont tracées sur le graphique pour relier les points de température égale (comme les courbes de niveau sur une carte), exprimés en degrés C. La figure 2 concerne la période de décembre à février, qui correspond à l’hiver dans l’hémisphère nord et à l’été dans l’hémisphère sud. Comme on peut s’y attendre, la température la plus chaude se trouve à la surface, près de l’équateur, et diminue à mesure que l’on se déplace vers l’un ou l’autre des pôles et/ou que l’on augmente en altitude. Cependant, de manière surprenante, le point le plus froid de la basse atmosphère se trouve à la tropopause au-dessus de l’équateur, qui est plus froide que même au-dessus des régions polaires. Illustration de Hans & Cassidy. Le graphique des températures (figure 3) pour les mois de juin à août (hiver dans l’hémisphère sud, été dans l’hémisphère nord) montre que la température équatoriale ne change pas beaucoup avec les saisons. Les latitudes moyennes et élevées ont connu beaucoup plus de changements, car les contours de température se sont déplacés vers le nord. La tropopause au-dessus de l’équateur est toujours extrêmement froide, dépassée seulement par la stratosphère au-dessus de l’Antarctique. Illustration de Hans & Cassidy. Avec l’aimable autorisation du Gale Group.
y compris vers la surface. Ces gaz dits à effet de serre piègent ainsi le rayonnement infrarouge au sein de l’atmosphère, augmentant sa température. Les principaux gaz à effet de serre sont la vapeur d’eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane (CH4). On estime que la température à la surface de la Terre serait en moyenne plus basse d’environ 32°C (90°F) en l’absence de gaz à effet de serre. Comme cette température est bien inférieure au point de congélation de l’eau, il est évident que la planète serait beaucoup moins hospitalière pour la vie en l’absence de l’effet de serre.
Bien que les gaz à effet de serre soient essentiels au maintien de la vie sur la planète, plus n’est pas nécessairement mieux. Depuis le début de la révolution industrielle, au milieu du XIXe siècle, l’homme a libéré des quantités croissantes de dioxyde de carbone dans l’atmosphère en brûlant des combustibles fossiles. Le niveau de dioxyde de carbone mesuré dans l’atmosphère lointaine n’a cessé d’augmenter depuis le début des relevés en 1958. Si cette augmentation se traduit par une hausse similaire de la température atmosphérique, les résultats seront désastreux : fonte des calottes polaires et gonflement des mers, avec pour conséquence que les villes côtières seront recouvertes par l’océan ; changements radicaux du climat, condamnant les plantes et les animaux qui n’ont pas pu s’adapter assez rapidement ; et changements imprévisibles des régimes de vent et de temps, posant des défis importants à l’agriculture. Le problème de la prévision des changements que l’augmentation des gaz à effet de serre pourrait entraîner est que le climat de la Terre est un système très complexe et interconnecté. L’interaction entre l’atmosphère, les océans, les continents et les calottes glaciaires n’est pas complètement comprise. Si l’on sait qu’une partie du dioxyde de carbone émis est absorbée par les océans et se dépose finalement sous forme de roche carbonatée (comme le calcaire), nous ne savons pas si ce processus est régulier ou s’il peut suivre le rythme de nos émissions constantes. Les modèles informatiques conçus pour imiter le climat de la Terre doivent faire de nombreuses approximations. Néanmoins, les calculs effectués par ces modèles imparfaits suggèrent qu’un doublement des niveaux de dioxyde de carbone entraînerait une augmentation des températures moyennes à la surface de l’hémisphère nord de 4 à 6°C (39-43°F). Même si cela peut sembler peu, il faut savoir que pendant la dernière période glaciaire, lorsque de grandes nappes glaciaires couvraient une grande partie de l’hémisphère nord, la température moyenne de la Terre n’était que de 5°C (41°F) inférieure aux niveaux actuels.