thumb|320px|La photo montre ce qui semble être des étangs de dégel du pergélisol dans la baie d'Hudson, au Canada, près du Groenland (2008). Le réchauffement climatique augmentera le dégel du pergélisol et des tourbières, ce qui peut entrainer un effondrement de la surface des plateaux. Une rétroaction climatique est le phénomène par lequel un effet sur le climat agit en retour sur ses causes d'une manière qui peut le stabiliser ou au contraire l'amplifier. Dans le premier cas on parle de rétroaction négative (s'opposant à l'effet) dans le second, de rétroaction positive (renforçant l'effet), ce qui peut conduire à un emballement. Ce phénomène est important pour comprendre le réchauffement climatique car ces rétroactions peuvent amplifier ou atténuer l'effet de chaque forçage climatique et jouent donc un rôle important dans la détermination de la sensibilité climatique et les projections sur le climat futur.
Le terme « forçage » signifie un changement qui peut « pousser » le système climatique dans le sens du réchauffement ou du refroidissement, p.9. Also available as PDF. Un exemple de forçage climatique est l'augmentation des concentrations de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Par définition, les forçages sont externes au système climatique tandis que leurs rétroactions sont internes ; en essence, les rétroactions représentent les processus internes au système. Certaines rétroactions peuvent agir de manière relativement isolée par rapport au reste du système climatique ; d'autres au contraire peuvent être étroitement couplées ; de ce fait, il n'est pas toujours évident de déterminer à quel point un processus particulier agit sur le système.
Les forçages et les rétroactions déterminent ensemble l'ampleur et la rapidité des changements climatiques. La principale rétroaction positive du réchauffement climatique est la tendance du réchauffement à augmenter la quantité de vapeur d'eau présente dans l'atmosphère, ce qui conduit à un accroissement de l'effet de serre et donc à un réchauffement plus important. La principale réaction négative provient de la loi de Stefan-Boltzmann : la quantité de chaleur émise par la Terre dans l'espace évolue avec la puissance quatre de la température de la surface et de l'atmosphère de la Terre. Les observations et les modélisations montrent que le bilan net des rétroactions du réchauffement est positif. Des rétroactions positives importantes peuvent produire des effets brusques ou irréversibles, selon le taux et l'ampleur du changement climatique.
Définition D'après le GIEC, une rétroaction climatique est une .
Rétroactions positives Rétroactions liées au cycle du carbone
Des prédictions et des éléments de preuve soutiennent l'idée selon laquelle le réchauffement planétaire pourrait conduire des écosystèmes terrestres à perdre du carbone au profit d'une augmentation du niveau de atmosphérique. Plusieurs modèles climatiques indiquent que le réchauffement de la planète au pourrait s'accélérer par la réaction du cycle du carbone terrestre à un tel réchauffement. Les 11 modèles de l’étude C4MIP ont prédit des taux de d'origine anthropique dans l’atmosphère non absorbés par les écosystèmes du fait du réchauffement climatique. À la fin du , ce supplémentaire varie de 20 à pour les deux modèles extrêmes, la majorité des modèles se situant entre 50 et . L'augmentation des niveaux de a entrainé un réchauffement climatique additionnel compris entre 0,1 et . Cependant, il existait encore une grande incertitude quant à l’ampleur de ces sensibilités. Huit modèles ont attribué la plupart des changements à la terre, tandis que trois l'ont attribué à l'océan. Les rétroactions les plus fortes sont dues au dégazage accru de carbone provenant du sols des forêts boréales de haute latitude de l'hémisphère nord. Un modèle en particulier () identifie une rétroaction secondaire du cycle du carbone, due à la perte d'une grande partie de la forêt amazonienne en réponse à une réduction significative des précipitations sur l'Amérique du Sud tropicale. Bien que les modèles ne s'accordent pas sur l'intensité de la rétroaction du cycle du carbone terrestre, ils concluent tous qu'une telle rétroaction accélérerait le réchauffement climatique.
Les observations montrent que les sols du Royaume-Uni perdent du carbone au rythme de quatre millions de tonnes par an depuis 25 ans, selon un article de Bellamy et al., publié dans Nature en , qui signale que le phénomène ne s'explique vraisemblablement pas par des changements d’utilisation des sols. De tels résultats reposent sur un maillage fin du territoire et ne sont donc pas disponibles à l'échelle mondiale. Extrapolant à l'ensemble du Royaume-Uni, ils estiment les pertes annuelles à 13 millions de tonnes par an. Cela équivaut à la réduction annuelle des émissions de dioxyde de carbone réalisée par le Royaume-Uni dans le cadre du traité de Kyoto (12,7 millions de tonnes de carbone par an).
Chris Freeman a également suggéré que la libération dans les cours d’eau du carbone organique dissous (COD) par les tourbières (desquels il s'échappe vers l'atmosphère) constituerait une boucle de rétroaction positive sur le réchauffement climatique. Le carbone actuellement stocké dans les tourbières (entre 390 et 455 gigatonnes, soit le tiers de l'ensemble du carbone terretre stocké), représente plus de la moitié de la quantité de carbone déjà présente dans l'atmosphère. Les niveaux de COD dans les cours d’eau augmentent de façon notable. L'hypothèse de Freeman est que ce ne sont pas les températures élevées, mais les niveaux élevés de atmosphérique qui en sont responsables, grâce à la stimulation de la productivité primaire.
On pense que la mortalité des arbres augmente en raison du réchauffement climatique. Ce phénomène réduit les capacités de stockage du carbone ce qui constitue un effet de rétroaction positif. thumb|Rétroactions climatiques du méthane dans les écosystèmes naturels. Les études suggèrent que les zones humides et les écosystèmes d'eau douce pourraient devenir le plus grand contributeur à la rétroaction climatique due au méthane.
Dégel du pergélisol arctique
Le réchauffement climatique provoque la fonte du pergélisol qui elle-même accentue le réchauffement climatique et ainsi de suite, il s'agit d'une boucle rétroactive : à mesure que le réchauffement planétaire s’intensifie, le pergélisol des hautes latitudes dégèle, ce qui entraîne la libération du dioxyde de carbone (CO2) et du méthane (CH4) que le sol renferme, ce qui à son tour accentue le réchauffement mondial.
Le dégel causé par le réchauffement climatique a pour effet de libérer dans l'atmosphère d’énormes quantités de carbone (principalement sous forme de méthane) dans les régions arctiques. Le méthane libéré par le dégel du pergélisol, telles que les tourbières gelées en Sibérie, et par le clathrate de méthane du fond de la mer, crée une rétroaction positive . En , Turetsky et al. signalent que le dégel du pergélisol est plus rapide que prévu.
Méthane émis par le dégel des tourbières La Sibérie occidentale est la plus grande tourbière au monde, une région d'un million de kilomètres carrés de pergélisol qui s'est formée il y a à la fin de la dernière période glaciaire. La fonte de son pergélisol devrait entrainer la libération d'énormes quantités de méthane sur plusieurs décennies. Jusqu'à de tonnes de méthane, un gaz contribuant fortement à l'effet de serre, pourraient être rejetées au cours des prochaines décennies, aggravant fortement les émissions de gaz à effet de serre. Cette fonte a été observée en Sibérie orientale. Lawrence et al. (2008) ont établi qu'une fonte rapide de la banquise arctique créerait une boucle de rétroaction conduisant à un dégel rapide du pergélisol arctique, réalimentant à son tour le réchauffement par effet de serre.
Méthane libéré par les hydrates
L'hydrate de méthane ou clathrate de méthane est une forme de glace d'eau qui piège une grande quantité de méthane dans sa structure cristalline. Des dépôts extrêmement importants d’hydrate de méthane ont été découverts dans les sédiments des fonds marins de la Terre. Des études considèrent que la libération soudaine de grandes quantités de gaz des gisements d’hydrate de méthane, sous l'effet du réchauffement climatique, pourrait causer des passés, voire futurs. La libération de ce méthane piégé est l’une des conséquences majeures d’une hausse de la température ; on pense que cela pourrait augmenter la température de la planète de en plus, le méthane produisant un effet de serre bien plus fort que celui du . De plus, cette libération de méthane devrait affecter gravement la teneur en oxygène disponible dans l'atmosphère. Cette théorie a été proposée pour expliquer le phénomène d'extinction massive le plus grave au monde, connu sous le nom d'évènement d'extinction Permien-Trias, ainsi que l'évènement du maximum thermique de la transition Paléocène-Éocène. En 2008, une expédition de recherche de l’Union américaine de géophysique a détecté des niveaux de méthane jusqu’à supérieurs à la normale en Sibérie arctique. Le phénomène a été expliqué par des dégazage d'hydrates de méthane par des trous apparus dans le « couvercle » gelé que constitue le pergélisol des fonds marins, près de l’embouchure de la rivière Léna et dans la zone située entre la mer des Laptev et la mer de Sibérie orientale.
Augmentation brusque du méthane atmosphérique Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) et le Programme scientifique américain sur le changement climatique (CCSP) ont examiné la possibilité que les futurs changements climatiques entrainent une augmentation rapide du méthane atmosphérique. Le troisième rapport d'évaluation du GIEC, publié en 2001, examinait d'éventuelles augmentations rapides de méthane dues soit à la réduction des puits chimiques atmosphériques, soit à la libération de méthane enfouis dans le sol. Dans les deux cas, il a été jugé qu'une telle libération serait « exceptionnellement improbable » (moins de 1% de probabilité, par avis d'expert). L’évaluation du CCSP, publiée en 2008, a conclu qu’une libération soudaine de méthane dans l’atmosphère semblait « très improbable » (moins de 10 % de probabilité, par avis d’experts).
Dans son évaluation, le CCSP a toutefois noté que le réchauffement climatique accélérerait « très probablement » (avec une probabilité supérieure à 90 % par avis d'expert) le rythme des émissions permanentes provenant à la fois de sources d'hydrates et de zones humides.
Décomposition
La matière organique stockée dans le pergélisol dégage de la chaleur lorsqu'elle se décompose en réponse à la fonte du pergélisol.
Décomposition de la tourbe La tourbe, qui se forme dans les tourbières, est un réservoir important de matière organique à l'échelle mondiale. Lorsque la tourbe sèche, elle devient un combustible que l'on peut brûler. L'ajustement du niveau de la nappe phréatique en raison du réchauffement climatique peut entrainer d'importantes excursions de carbone provenant des tourbières. Il peut être libéré sous forme de méthane, ce qui accentue le phénomène de rétroaction, en raison de son fort potentiel de réchauffement climatique.
Assèchement de la forêt tropicale Les forêts humides, notamment les forêts humides tropicales, sont particulièrement vulnérables au réchauffement climatique. Plusieurs effets peuvent se produire, mais deux sont particulièrement préoccupants. Premièrement, la végétation plus sèche peut provoquer un effondrement total de l'écosystème de la forêt humide. Par exemple, la forêt amazonienne aurait tendance à être remplacée par des écosystèmes caatinga. En outre, même les écosystèmes de forêts tropicales ombrophiles qui ne s'effondrent pas complètement peuvent perdre une grande partie du carbone qu'ils emmagasinent à la suite de l'assèchement de la végétation.
Feux de forêt