Les racines augmentent les émissions de carbone du permafrost

Publié par Adrien le 22/07/2020 à 13:00
Source: INRAE
Alors que la température globale augmente, une des grandes incertitudes des projections climatiques est la quantité de carbone que pourrait émettre le permafrost en décongélation via la décomposition microbienne dans le sol. Les racines des plantes stimulent cette décomposition (En biologie, la décomposition est le processus par lequel des corps organisés, qu'ils soient d'origine animale ou végétale dès l'instant qu'ils sont privés de vie,...) microbienne de la matière organique (La matière organique (MO) est la matière carbonée produite en général par des êtres vivants , végétaux, animaux,...) du sol, processus appelé "effet priming". Pour la première fois, une équipe internationale de chercheurs, coordonnée par INRAE et l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) de Stockholm, montre que l'effet priming à lui-seul provoquerait l'émission de 40 Gigatonnes de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) issu du permafrost d'ici 2100. Leurs résultats sont publiés le 20 juillet 2020 dans Nature Geoscience.


illustration Les racines augmentent les émissions de carbone du permafrost. © Ive van Krunkelsven

Le permafrost (ou pergélisol) est un sol gelé en permanence se retrouvant principalement dans les hautes latitudes et recouvrant un peu plus de 20% de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure,...) terrestre. Il est principalement constitué de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.) et stockerait environ un tiers du carbone terrestre. Le permafrost présente une couche active qui dégèle en été. Cette décongélation s'accompagne de la décomposition par des microorganismes de la matière organique présente dans le sol. En respirant, ces microorganismes vont émettre des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre :...) à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des corps du système solaire) ou d'autres étoiles...) issus du carbone piégé dans le sol. Avec le réchauffement global, la fonte du permafrost s'accélère, et les chercheurs estiment actuellement qu'elle s'accompagnerait de l'émission de 50 à 100 Gigatonnes de carbone d'ici 2100. Mais d'autres facteurs influent sur les émissions de gaz à effet de serre (Une serre est une structure généralement close destinée à la production agricole. Elle vise à soustraire aux éléments...) du permafrost, notamment la présence de plantes.

La couche active du permafrost, qui décongèle en été, permet la croissance de plantes qui vont développer leurs racines dans le sol. Ces racines libèrent dans le sol des sucres qui vont stimuler les microorganismes. Cela peut avoir pour effet d'accélérer la décomposition de la matière organique du sol et d'augmenter la respiration (Dans le langage courant, la respiration désigne à la fois les échanges gazeux (rejet de dioxyde de carbone, CO2, appelé parfois de façon impropre « gaz carbonique », et...) des microorganismes et, donc, les émissions de gaz à effet de serre: c'est ce qu'on nomme effet priming. "Nous connaissons ce processus depuis les années 50, et les chercheurs d'INRAE ont joué un rôle important dans sa reconnaissance internationale. Mais nous ne savions pas si cette interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) écologique à petite échelle avait un impact significatif sur le cycle global du carbone", explique Frida Keuper, chargée de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le cadre...) INRAE.

Pour développer leur modèle, les chercheurs se sont appuyés sur des cartes de l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) des plantes et des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) à haute résolution en profondeur pour les quantités de carbone présentes dans le sol. Ils ont également effectué deux méta-analyses pour modéliser d'une part la relation entre l'effet priming et l'activité des plantes, et d'autre part la distribution des racines dans le sol. Ces données leur ont permis de construire (Le permis de construire ou permis de construction est un document officiel qui autorise la construction ou la rénovation d'un bâtiment à usage...) un modèle permettant de mesurer l'effet priming dans le permafrost à partir de données de terrain et son influence sur la respiration microbienne et les émissions de gaz à effet de serre.


Leurs résultats montrent que l'effet priming pourrait induire l'émission de 40 Gigatonnes de carbone supplémentaire d'ici 2100 par rapport aux prédictions actuelles sur le permafrost. Pour comparaison, le "budget (Un budget est un document comptable prévisionnel distinguant les recettes et les dépenses.) carbone restant" des activités humaines pour limiter le réchauffement global à 1,5°C est estimé à 200 Gigatonnes de carbone d'ici 2100. Ces nouvelles données prouvent la nécessité de prendre en compte les interactions écologiques à petite échelle, comme l'effet priming induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en...) par les racines, pour avoir des projections plus précises dans les modèles globaux d'émissions de gaz à effet de serre.

Référence:
Frida Keuper, Birgit Wild, Matti Kummu, Christian Beer, Gesche Blume, Werry, Sébastien Fontaine, Konstantin Gavazov, Norman Gentsch, Georg Guggenberger, Gustaf Hugelius, Mika Jalava, Charles Koven, Eveline J. Krab, Peter Kuhry, Sylvain Monteux, Andreas Richter, Tanvir Shahzad, James T. Weedon, Ellen Dorrepaal,
Carbon loss from northern circumpolar permafrost soils amplified by rhizosphere priming,
Nature Geoscience (2020)
DOI: 10.1038/s41561-020-0607-0
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