Une nouvelle étude montre que les estimations du cycle du carbone, essentielles pour prévoir le changement climatique, sont erronées.

Une plante solitaire en pleine croissance

Les résultats ne vont pas à l’encontre de la science établie du changement climatique, mais soulignent l’inexactitude de la comptabilisation de la quantité de carbone prélevée par les plantes et restituée par le sol.

Des chercheurs de Virginia Tech, en collaboration avec le Pacific Northwest National Laboratory, ont découvert que des parties clés du cycle global du carbone utilisées pour suivre le mouvement du dioxyde de carbone dans l’environnement ne sont pas correctes, ce qui pourrait modifier de manière significative les modèles conventionnels du cycle du carbone.

L’estimation de la quantité de dioxyde de carbone que les plantes extraient de l’atmosphère est essentielle pour surveiller et prévoir avec précision la quantité de gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Cette découverte pourrait modifier les prévisions relatives au changement climatique, bien que l’on ne sache pas encore si le décalage entraînera une augmentation ou une diminution du dioxyde de carbone dans l’environnement.

“Soit la quantité de carbone sortant de l’atmosphère par les plantes est erronée, soit la quantité sortant du sol est erronée”, a déclaré Meredith Steele, professeur adjoint à la School of Plant and Environmental Sciences du College of Agriculture and Life Sciences, dont l’étudiant en doctorat de l’époque, Jinshi Jian, dirigeait l’équipe de recherche. Les résultats ont été publiés le 1er avril 2022 dans le journal de l’université. Nature Communications.

Plantation par les étudiants de Virgina Tech

“Nous ne remettons pas en cause la science bien établie du changement climatique, mais nous devrions être en mesure de prendre en compte tout le carbone présent dans l’écosystème et nous ne le pouvons pas actuellement. Ce que nous avons découvert, c’est que les modèles de réponse de l’écosystème au changement climatique doivent être mis à jour”, a déclaré Meredith Steele. Crédit : Photo de Logan Wallace pour Virginia Tech.

“Nous ne remettons pas en cause la science bien établie du changement climatique, mais nous devrions être en mesure de prendre en compte tout le carbone présent dans l’écosystème et nous ne le pouvons pas actuellement”, a-t-elle ajouté. “Ce que nous avons découvert, c’est que les modèles de la réponse de l’écosystème au changement climatique doivent être mis à jour.”

Les travaux de Jian et Steele se concentrent sur le cycle du carbone et sur la manière dont les plantes et le sol éliminent et restituent le dioxyde de carbone dans l’atmosphère.

Pour comprendre comment le carbone affecte les écosystèmes de la Terre, il est important de savoir exactement où va tout le carbone. Ce processus, appelé comptabilité du carbone, indique la quantité de carbone qui va où, la quantité qui se trouve dans chacun des réservoirs de carbone de la Terre, à savoir les océans, l’atmosphère, la terre et les êtres vivants.

Depuis des décennies, les chercheurs tentent d’obtenir une comptabilité précise de l’emplacement et de la destination de notre carbone. Les chercheurs de Virginia Tech et du Pacific Northwest National Laboratory se sont concentrés sur le dioxyde de carbone qui est extrait de l’atmosphère par les plantes lors de la photosynthèse.

Lorsque les animaux mangent des plantes, le carbone passe dans l’écosystème terrestre. Il passe ensuite dans le sol ou dans les animaux. Et une grande quantité de carbone est également exhalée – ou respirée – dans l’atmosphère.

Ce dioxyde de carbone qui entre et sort est essentiel pour équilibrer la quantité de carbone dans l’atmosphère, qui contribue au changement climatique, et pour stocker le carbone à long terme.

Cependant, les chercheurs de Virginia Tech ont découvert qu’en utilisant les chiffres acceptés pour la respiration du sol, ce chiffre dans les modèles de cycle du carbone n’est plus équilibré.

“La photosynthèse et la respiration sont les forces motrices du cycle du carbone, mais la somme annuelle totale de chacune d’entre elles à l’échelle mondiale a été difficile à mesurer”, a déclaré Lisa Welp, professeur associé de sciences de la terre, de l’atmosphère et des planètes à l’université Purdue, qui connaît bien les travaux mais n’a pas participé à la recherche. “Les tentatives des auteurs pour réconcilier ces estimations globales provenant de différentes communautés nous montrent qu’elles ne sont pas entièrement cohérentes entre elles et qu’il y a encore beaucoup à apprendre sur ces processus fondamentaux de la planète.”

Ce que Jian et Steele, ainsi que le reste de l’équipe, ont découvert, c’est qu’en utilisant la productivité primaire brute du dioxyde de carbone, le nombre accepté de 120 pétagrammes – chaque pétagramme représente un milliard de tonnes métriques – la quantité de carbone sortant par la respiration du sol devrait être de l’ordre de 65 pétagrammes.

En analysant les flux multiples, c’est-à-dire la quantité de carbone échangée entre les bassins de carbone de la Terre que sont les océans, l’atmosphère, la terre et les êtres vivants, les chercheurs ont découvert que la quantité de carbone sortant du sol par la respiration du sol est d’environ 95 pétagrammes. La productivité primaire brute devrait être d’environ 147. À titre d’exemple, la différence entre la quantité actuellement admise de 120 pétagrammes et cette estimation représente environ trois fois la quantité mondiale de carbone fossile.chaque année.

Selon les chercheurs, il y a deux possibilités à cela. La première est que l’approche de télédétection peut sous-estimer la production primaire brute. L’autre est l’augmentation de l’échelle des mesures de la respiration du sol, qui pourrait surestimer la quantité de carbone renvoyée dans l’atmosphère. La question de savoir si cette mauvaise estimation est un élément positif ou négatif pour le défi scientifiquement prouvé du changement climatique est ce qui doit être examiné ensuite, a déclaré Steele.

La prochaine étape de la recherche consiste à déterminer quelle partie du modèle du cycle global du carbone est sous-estimée ou surestimée.

En disposant d’une comptabilité précise du carbone et de son emplacement dans l’écosystème, il sera possible de faire de meilleures prévisions et d’élaborer de meilleurs modèles pour évaluer avec précision la réponse de ces écosystèmes au changement climatique, a déclaré Jian, qui a commencé cette recherche en tant qu’étudiant en doctorat à Virginia Tech et qui est maintenant à l’Université Northwest A&F en Chine.

“Si nous repensons à ce qu’était le monde lorsque nous étions jeunes, le climat a changé”, a déclaré Jian. “Nous avons plus d’événements météorologiques extrêmes. Cette étude devrait améliorer les modèles que nous avons utilisés pour le cycle du carbone et fournir de meilleures prédictions de ce à quoi ressemblera le climat à l’avenir.”

En tant que premier étudiant en doctorat de Steele à Virginia Tech, une partie du fonds de démarrage de Steele a servi à soutenir la recherche de Jian dans le cadre de ses études supérieures. Jian, fasciné par la science des données, les bases de données et la respiration du sol, travaillait sur une autre partie de sa thèse lorsqu’il est tombé sur quelque chose qui ne collait pas tout à fait.

Jian cherchait comment prendre de petites mesures de carbone localisées dans le monde entier. En faisant ces recherches, Jian a découvert que les meilleures estimations ne correspondaient pas si tous les flux de la comptabilité mondiale du carbone étaient réunis.

Référence : “Historically inconsistent productivity and respiration fluxes in the global terrestrial carbon cycle” par Jinshi Jian, Vanessa Bailey, Kalyn Dorheim, Alexandra G. Konings, Dalei Hao, Alexey N. Shiklomanov, Abigail Snyder, Meredith Steele, Munemasa Teramoto, Rodrigo Vargas et Ben Bond-Lamberty, 1 avril 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-29391-5

La recherche a été financée par le fonds de démarrage de Steele du College of Agriculture and Life Sciences de Virginia Tech et a bénéficié d’un soutien supplémentaire du Pacific Northwest National Laboratory.

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