Récemment, le paléoclimatologue William Ruddiman a suggéré que les humains pourraient avoir eu un impact significatif sur le climat de la Terre il y a déjà des milliers d'années, par le biais des émissions de carbone et de méthane provenant de la combustion de la biomasse et de la déforestation associée aux débuts de l'agriculture. Le projet EARLYHUMANIMPACT s'est attaché à vérifier cette hypothèse.

Alors que le réchauffement climatique signifie plus d'incendies de forêt, Le contraire est également vrai. Les forêts stockent environ 30 pour cent du carbone présent à la surface de la planète, et chaque feu de forêt libère non seulement ce carbone dans l'atmosphère, mais également d'autres substances ayant un impact sur le climat telles que les aérosols. L'impact de ces aérosols sur le changement climatique, cependant, n'est pas encore bien compris.

Le projet EARLYHUMANIMPACT s'appuie sur l'idée que la réponse pourrait se trouver dans les livres d'histoire de la Terre. Il y a plus de 10 000 ans, l'agriculture humaine a commencé à prospérer aux dépens des forêts, et l'équipe du projet pense que les aérosols anthropiques résultant de ce processus peuvent avoir modifié le système climatique mondial pendant des milliers d'années.

Pour vérifier cela, Le professeur Carlo Barbante et d'autres chercheurs de l'Université de Venise ont examiné les données des enregistrements climatiques des carottes de glace et des lacs de sept continents et les ont comparées à des histoires parallèles de régimes d'incendie. Ils ont utilisé une nouvelle technique pour déterminer un marqueur moléculaire spécifique de la combustion de la biomasse, connu sous le nom de lévoglucosane, qui peut enregistrer les incendies passés dans les carottes de glace et les sédiments lacustres. Le projet étant bientôt terminé, Le professeur Barbante discute du processus et des principaux résultats de son travail.

Pourquoi avez-vous choisi d'axer vos recherches sur la reconstruction après incendie ?

Le rôle des aérosols dans le système climatique est encore mal compris et encore moins connu sur le rôle relatif de la combustion de la biomasse.

Le feu affecte le système climatique en libérant du carbone, qui seraient autrement stockés dans la végétation ligneuse. Il contribue aux niveaux de plusieurs aérosols et gaz atmosphériques dans l'air et est une cause importante de leur variabilité au fil des ans. Elle influence également le climat régional et mondial par l'émission de gaz à effet de serre, principalement du dioxyde de carbone et du méthane.

La diminution de l'étendue spatiale des forêts qui a commencé vers 7 000 à 5 000 ans BP peut être liée au début de l'activité agricole, y compris le défrichement des forêts par le brûlage qui devrait laisser un signal quantifiable dans les indicateurs climatiques. Dans le cadre de cette ERC Advanced Grant, nous visons à fournir un aperçu essentiel de l'interaction entre le climat et l'activité humaine, surtout avec l'avènement de l'agriculture, ainsi que le rôle des aérosols dans le temps.

Comment expliquez-vous que l'on en sache si peu sur l'influence passée des aérosols sur le changement climatique ?

Les aérosols anthropiques et naturels peuvent avoir modifié le système climatique mondial pendant des milliers d'années, comme le suggère la comparaison des concentrations de gaz à effet de serre (GES) de l'Holocène supérieur à celles des périodes interglaciaires précédentes. Maintenant, les activités humaines, y compris la combustion de combustibles fossiles, modifient actuellement la composition de l'atmosphère et du système climatique mondial à un rythme plus rapide que jamais enregistré dans le temps géologique.

Le problème est que, pour la plupart des archives climatiques et environnementales étudiées par les paléoclimatologues (ex :trois anneaux, enregistrements marins et terrestres), il est difficile de trouver les bonnes fonctions de transfert qui relient la concentration d'un marqueur spécifique dans l'enregistrement à son occurrence atmosphérique dans le passé. Il est donc primordial d'examiner la composition atmosphérique passée à l'aide d'enregistrements paléoclimatiques et d'indicateurs appropriés pour lesquels la relation de cause à effet est connue.

Comment avez-vous procédé pour vérifier l'hypothèse de Ruddiman ?

Son hypothèse est centrée sur l'observation que les niveaux atmosphériques de dioxyde de carbone et de méthane étaient à leurs minima environ 7 000 à 5 000 ans avant nos jours, respectivement, puis a augmenté lentement jusqu'à l'augmentation rapide des GES causée par la révolution industrielle. L'augmentation du méthane est attribuée à la combustion de la biomasse et à la culture du riz sous les tropiques. L'augmentation du dioxyde de carbone est plus difficile à attribuer à l'activité humaine, mais Ruddiman soutient que la déforestation et la combustion de la biomasse peuvent être un facteur primordial.

Les enregistrements indirects des carottes de glace et de lac fournissent des données quantifiables sur les régimes d'incendie passés à toutes les échelles spatiales et temporelles possibles. Nous visons à quantifier les changements temporels et spatiaux de la combustion de la biomasse holocène dans les enregistrements de carottes de glace et de lacs de sept continents qui correspondent aux centres d'origine de l'agriculture. Nous avons développé pour cela une nouvelle technique de mesure d'un marqueur moléculaire présent dans le monde de la combustion de la biomasse (lévoglucosan, 1, 6-anhydro-β-D-glucopyranose) dans les carottes de glace et les sédiments lacustres. Nous avons complété ces analyses pyrochimiques par des preuves palynologiques de l'impact des régimes de feu passés.

Quels sont les principaux enseignements du projet jusqu'à présent ?

Par exemple, des études récentes sur la calotte glaciaire du Groenland ont montré que les changements climatiques, y compris l'insolation et la température estivales dans l'hémisphère nord, affectent l'activité des feux boréaux sur des échelles de temps millénaires.

Nos résultats sur la reconstruction des feux à l'Holocène montrent un pic important d'activité des feux il y a 3 à 2 ka. Cependant, les températures de l'hémisphère nord et surtout les températures estivales de la saison des incendies restent stables ou diminuent entre 3 et 2ka. Par conséquent, Les principaux paramètres climatiques et les changements environnementaux ne peuvent à eux seuls expliquer le flux de lévoglucosane atteignant le Groenland au cours de l'Holocène moyen à supérieur.

Étant donné l'absence d'un contrôle climatique plausible pour ce modèle, couplée à l'absence de preuves paléoclimatiques d'un changement climatique mondial synchrone à l'heure actuelle, nous soutenons que l'activité humaine associée à l'agriculture et au défrichement fournit la meilleure explication des tendances observées dans l'activité des incendies à la fin de l'Holocène. La déforestation extensive en Europe entre 2,5 et 2 ka est synchrone avec le pic de feu du lévoglucosan au Groenland, démontrant un impact humain précoce quantifiable sur l'environnement commençant il y a environ 4 000 ans.

Avez-vous réussi à faire la différence entre les feux naturels et anthropiques ?

C'est certainement l'une des tâches les plus difficiles de tout le projet de recherche et nous y travaillons. Les liens entre la combustion de la biomasse et l'augmentation de l'agriculture (et donc l'augmentation des GES dont le dioxyde de carbone et le méthane) et la prolongation du climat interglaciaire ne sont valables que si les augmentations mesurées de la combustion démontrent une relation quantifiable avec l'augmentation de la température, comme on peut le mesurer dans les carottes de glace. En outre, les carottes de lacs contiennent des preuves palynologiques nécessaires pour les incendies d'origine humaine tels que l'indice de pollen anthropologique, indicateurs polliniques de la culture sur brûlis, la présence d'espèces tolérantes au feu suggérant une activité de feu fréquente, et les changements dans l'afflux de pollen arboricole.

La nature multi-proxy des carottes de glace et de lac en fait le matériau idéal pour étudier les liens entre les premières activités agricoles et le changement climatique, comme température, preuve palynologique, et le lévoglucosane sont mesurés à la même profondeur et au même moment dans la matrice environnante.

Que comptez-vous faire jusqu'à la fin du projet et après?

Nous nous concentrons en fait sur une partie du projet qui n'était pas prévue à l'origine dans la mise en œuvre de la proposition. De nouveaux proxys moléculaires organiques sont proposés pour la reconstruction d'événements d'incendie en association avec des activités anthropiques. À savoir, les stérols fécaux et une série d'hydrocarbures aromatiques polycycliques ont été identifiés et testés en tant que marqueurs moléculaires appropriés de la présence humaine et de l'activité du feu, en plus du lévoglucosan que nous utilisons déjà. Ce sont des proxys très prometteurs dans les reconstructions paléoclimatiques et nous visons à poursuivre dans cette direction de recherche dans un avenir proche. Cette bourse ERC a été une excellente occasion d'étudier une partie mal comprise et souvent négligée du système climatique.