Global non-cropland soil organic carbon loss risk under multi-level warming scenarios
Cette étude emploie un cadre couplé processus-données pour révéler que les stocks mondiaux de carbone organique du sol des non-cultures font face à des pertes nettes croissantes sous des scénarios de réchauffement multi-niveaux, les déclins les plus significatifs se produisant dans les écosystèmes forestiers et les régions de haute latitude, sous l'effet du déséquilibre entre la décomposition accélérée par la température et les apports de carbone.
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Sous nos pieds repose un vaste réservoir invisible qui contient plus de carbone que l'atmosphère et toutes les forêts du monde réunies. Ce réservoir est le carbone organique du sol, un mélange complexe de matières végétales en décomposition, de racines et de vie microscopique qui s'est accumulé sur des milliers d'années. C'est la façon dont la Terre stocke l'énergie, et sa stabilité est cruciale pour le climat. Lorsque ce carbone reste emprisonné dans le sol, il aide à maintenir la planète au frais. Mais lorsqu'il se décompose et s'échappe dans l'air sous forme de dioxyde de carbone, il agit comme une couverture, emprisonnant la chaleur et accélérant le réchauffement climatique. Les scientifiques savent depuis longtemps que l'augmentation des températures peut accélérer la décomposition de cette matière organique, mais l'image complète de la manière dont les différentes parties du monde réagiront est restée floue. La plupart des études précédentes se sont concentrées sur les terres agricoles, où la main de l'homme laboure et fertilise constamment le sol, ou sur de petites expériences contrôlées qui sont difficiles à extrapoler à la taille d'un continent. Les vastes terres sauvages — forêts, prairies et arbustais qui couvrent la majeure partie de la planète — ont été moins comprises dans ce contexte.
Une équipe de chercheurs s'est donné pour mission de cartographier l'avenir de ces sols sauvages face à un monde qui se réchauffe. Ils voulaient savoir exactement quelle quantité de carbone pourrait être perdue si la planète devenait plus chaude, et où ces pertes frapperaient le plus durement. Pour ce faire, ils ont construit un modèle numérique qui combine deux façons puissantes de penser la Terre. Premièrement, ils ont utilisé un modèle basé sur les processus, qui agit comme une calculatrice biologique, simulant la manière dont les microbes du sol mangent et décomposent la matière organique en fonction de la température et de l'humidité. Ensuite, ils ont couplé cela avec un outil d'apprentissage automatique, un type de programme informatique qui apprend des modèles à partir de quantités massives de données réelles. En alimentant ce système hybride avec des données provenant de près de 50 000 points d'échantillonnage de sol à travers le globe, ils ont pu simuler ce qui arriverait au carbone du sol si les températures augmentaient selon différents niveaux, allant d'une hausse légère à une hausse sévère. Ils ont spécifiquement exclu les terres agricoles pour se concentrer sur les paysages naturels, non agricoles, qui dominent la surface de la Terre.
Les résultats dressent un tableau clair et préoccupant. Sous chaque scénario de réchauffement testé, le sol de ces écosystèmes sauvages a perdu du carbone. Il n'y a eu aucun scénario où le sol a gagné suffisamment de carbone pour compenser les pertes causées par la chaleur. À mesure que le réchauffement s'intensifiait, les pertes devenaient plus profondes et plus rapides. Dans le scénario le plus extrême qu'ils ont modélisé, où les températures augmentaient de manière significative, le stock mondial de carbone dans la couche supérieure du sol a chuté de près de 18 péta grammes. Pour mettre cela en perspective, cela équivaut environ à la quantité totale de carbone libérée par toutes les activités humaines sur plusieurs années, mais cette fois-ci provenant du sol lui-même. Les pertes n'étaient pas réparties uniformément ; elles étaient concentrées dans les forêts de l'hémisphère Nord, particulièrement dans les vastes zones boisées du nord de l'Amérique du Nord et de l'Eurasie, ainsi que dans les régions de haute altitude comme le plateau tibétain. Ces zones, qui stockent actuellement d'immenses quantités de carbone, semblent être les plus sensibles à la hausse de la chaleur.
L'étude a également révélé que tous les paysages ne réagissent pas de la même manière. Les forêts ont subi les plus grandes pertes de carbone, suivies des prairies, puis des landes. Cela est logique si l'on examine la mécanique du sol : les forêts possèdent des couches riches et profondes de matière organique qui sont très actives lorsqu'elles sont réchauffées, entraînant une libération rapide de carbone. En revanche, les forces motrices de ces changements ont été identifiées comme étant la quantité de croissance végétale et la température moyenne. Lorsque les plantes poussent davantage, elles injectent plus de carbone dans le sol, mais lorsque l'air se réchauffe, les microbes qui décomposent ce carbone travaillent plus vite, le libérant de nouveau dans l'air. Dans les simulations, la vitesse de décomposition a dépassé la capacité des plantes à remplacer le carbone perdu. Les chercheurs ont découvert que les propriétés du sol, telles que la capacité des minéraux d'argile à retenir le carbone, jouaient un rôle, mais elles ne pouvaient pas arrêter la tendance générale à la perte dans un monde qui se réchauffe.
Bien que les simulations aient montré un schéma de perte constant, les chercheurs ont noté que l'incertitude de leurs prédictions était plus élevée dans les parties les plus froides et les plus reculées du monde, là où les données sont rares. Cela suggère que, bien que la tendance générale soit claire, la quantité exacte de carbone perdu dans certaines régions de haute latitude pourrait être encore plus grande que prévu. L'étude ne prétend pas avoir résolu le mystère du carbone du sol, mais elle a fourni une carte beaucoup plus précise du risque. Elle a démontré que l'équilibre naturel des sols sauvages du monde est fragile. À mesure que la planète se réchauffe, ces vastes réservoirs sont susceptibles de devenir des sources de carbone plutôt que des puits, créant une boucle de rétroaction où le réchauffement provoque une plus grande libération de carbone, ce qui, en retour, provoque davantage de réchauffement. Les conclusions servent de rappel brutal que la stabilité du climat mondial ne dépend pas seulement de ce que nous émettons, mais aussi de la manière dont les propres systèmes de la Terre répondent à la chaleur que nous avons déjà déchaînée.
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