Climate and environmental evolution in the Huola Basin of the Mohe permafrost region, Northeast China, since late MIS 3

Au fin fond du nord gelé du nord-est de la Chine, là où le sol reste verrouillé dans la glace la majeure partie de l'année, se trouve un paysage qui détient une histoire secrète du climat de la Terre. Cette région, faisant partie de la vaste zone de pergélisol qui s'étend à travers l'hémisphère nord, est un lieu où le sol lui-même agit comme une archive géante et au mouvement lent. Le pergélisol est simplement un sol ou une roche qui reste gelé pendant au moins deux années consécutives, et dans ces zones de haute latitude, il est incroyablement sensible aux changements de température et d'humidité. Lorsque le climat se réchauffe, ce sol gelé dégèle, libérant de l'eau et modifiant les plantes qui peuvent y pousser ; lorsqu'il se refroidit, le sol gèle à nouveau, verrouillant tout en place. Les scientifiques savent depuis longtemps que la végétation de ces régions — qu'il s'agisse d'une forêt dense, d'un land de petits arbustes ou d'un marécage humide — ne reste pas passive. Au contraire, les plantes interagissent activement avec le sol gelé, modifiant la quantité de chaleur que le sol absorbe et la façon dont l'eau circule à travers lui. Comprendre cette danse délicate entre la glace, les plantes et l'air est crucial car, alors que le monde se réchauffe aujourd'hui, ces paysages gelés changent rapidement, et nous devons savoir comment ils se comportaient par le passé pour prédire comment ils pourraient se comporter à l'avenir.

Pour découvrir cette histoire, une équipe de chercheurs a foré un trou profond dans le bassin de Huola, une petite vallée nichée dans les hautes montagnes du Grand Khingan. Ils ont extrait une carotte de sédiments, un cylindre de terre d'à peine quatre mètres de long, qui s'était accumulé lentement au cours des trente derniers millénaires. Cette carotte est comme une chronologie écrite dans la terre, chaque couche représentant un chapitre différent du passé. En examinant attentivement les restes minuscules de plantes piégées dans la boue, la taille des grains de sable et de limon, ainsi que les propriétés magnétiques du sol, l'équipe a pu reconstruire un tableau détaillé de la façon dont le climat et l'environnement de ce bassin reculé ont évolué au fil des millénaires. Ils ont utilisé deux méthodes différentes pour dater les couches : une qui mesure la désintégration du carbone radioactif dans la matière organique, et une autre qui calcule depuis combien de temps les grains minéraux sont enfouis dans l'obscurité. Ces techniques leur ont permis de construire une chronologie fiable remontant à une époque où le monde entrait dans sa dernière grande ère glaciaire.

L'histoire révélée par la carote du bassin de Huola est celle d'une transformation dramatique, se déroulant en quatre chapitres distincts. Le premier chapitre, couvrant la période de trente mille à vingt-six mille ans avant notre ère, dépeint un monde rude et sec. Durant cette période, la végétation était incroyablement clairsemée, avec seulement quelques pins isolés luttant pour survivre sur des zones bien drainées. Le sol était probablement gelé et pauvre en nutriments, rendant difficile l'enracinement de la plupart des plantes. À mesure que la chronologie passait au deuxième chapitre, de vingt-six mille à treize mille ans avant notre ère, le climat atteignit son point le plus froid et le plus sec, coïncidant avec le pic de la dernière ère glaciaire. C'était l'ère de l'expansion maximale du pergélisol, où le sol gelé s'étendait loin vers le sud. La végétation restait ténue, dominée par des pins robustes, mais la vie végétale globale était si rare que le pollen trouvé dans le sédiment était de très faible quantité. Les grains de sol de cette période étaient fins et délicats, suggérant que l'eau circulant dans la vallée était faible et poussive, incapable de transporter de lourdes charges de sable ou de limon.

Un changement significatif s'est produit alors que le monde commençait à se réchauffer, marquant le troisième chapitre de treize mille à huit mille ans avant notre ère. Ce fut une époque de déglaciation, lorsque les grandes calottes glaciaires commencèrent à reculer. Le bassin de Huola répondit par un élan de vie : les arbustes et les herbes se sont rapidement étendus, remplissant les espaces laissés par le retrait des glaces. Les couches de sédiments de cette époque racontent l'histoire d'un courant d'eau puissant ; les grains sont devenus plus grossiers, indiquant que la fonte des glaces et des neiges envoyait de forts courants d'eau à travers la vallée, remodelant le paysage. Cette période était fraîche mais progressivement réchauffante, et le retour de la végétation a aidé à stabiliser le sol. Enfin, le quatrième chapitre, commençant il y a huit mille ans et se poursuivant jusqu'à nos jours, révèle un paysage qui est à la fois froid et étonnamment humide. Des forêts denses de pins et de bouleaux se sont installées, et le fond de la vallée est devenu une tourbière prospère, une zone humide où la matière végétale morte s'accumule en couches épaisses. Les propriétés magnétiques du sol dans ces couches supérieures ont augmenté, signe que le sol devenait plus riche et plus développé, un processus qui se produit de préférence dans des conditions chaudes et humides.

Ce qui rend cette découverte particulièrement fascinante, c'est la façon dont le bassin de Huola raconte une histoire différente de celle d'autres endroits de la région. Alors que de nombreuses zones au sud sont devenues plus sèches à mesure que le climat se refroidissait au cours des derniers millénaires, le bassin de Huola est devenu plus humide. Les chercheurs ont découvert qu'il ne s'agissait pas d'une erreur dans les données, mais d'un phénomène réel piloté par le sol gelé lui-même. À mesure que le climat s'est refroidi au cours des derniers millénaires, le pergélisol s'est réétendu, agissant comme une barrière imperméable qui empêchait l'eau de s'drainer profondément dans le sol. Cela a piégé l'eau à la surface, créant des conditions idéales pour l'épanouissement des tourbières et des arbres aimant l'humidité, même si l'air devenait plus froid. Cela crée une boucle de rétroaction positive : le refroidissement du climat renforce le pergélisol, qui maintient le sol humide, ce qui à son tour soutient un type spécifique de forêt qui prospère dans des conditions froides et humides. Ce mécanisme explique pourquoi le bassin de Huola est resté un environnement luxuriant et humide tandis que les régions voisines s'asséchaient.

Les conclusions de cette carote concordent étroitement avec les enregistrements d'autres parties du monde, des calottes glaciaires du Groenland aux niveaux marins de la mer du Japon, confirmant que les changements climatiques dans ce bassin reculé de Chine faisaient partie d'un modèle mondial. Cependant, les détails locaux montrent que la mousson d'été de l'Asie de l'Est et le comportement unique du pergélisol ont joué un rôle critique dans le façonnement de l'environnement local. L'étude suggère que l'avenir de ces régions de haute latitude dépend fortement de cette interaction entre le sol gelé et la végétation. Si le pergélisol continue de se dégrader en raison du réchauffement climatique, l'équilibre délicat qui a maintenu ces tourbières humides pendant des millénaires pourrait être perturbé, menant potentiellement à un paysage plus sec et plus stérile. En regardant en arrière les trente mille dernières années, les chercheurs ont fourni une base solide pour comprendre comment ces paysages gelés pourraient évoluer, offrant une vue claire du passé pour guider notre compréhension du futur.