Les sols pourraient libérer beaucoup plus de CO2 que prévu dans l'atmosphère à mesure que le climat se réchauffe, selon de nouvelles recherches menées par des scientifiques du laboratoire national Lawrence Berkeley du ministère de l'Énergie (Berkeley Lab).

Leurs conclusions sont basées sur une expérience de terrain qui, pour la première fois, exploré ce qui arrive au carbone organique piégé dans le sol lorsque toutes les couches du sol sont réchauffées, qui dans ce cas s'étendent jusqu'à une profondeur de 100 centimètres. Les scientifiques ont découvert que le réchauffement des couches superficielles et plus profondes du sol sur trois parcelles expérimentales augmentait la libération annuelle de CO2 des parcelles de 34 à 37 pour cent par rapport au sol non réchauffé. Une grande partie du CO2 provenait de couches plus profondes, indiquant que les réserves de carbone plus profondes sont plus sensibles au réchauffement qu'on ne le pensait auparavant.

Ils rapportent leurs travaux en ligne le 9 mars dans la revue Science .

Les résultats mettent en lumière ce qui est potentiellement une grande source d'incertitude dans les projections climatiques. Le carbone organique du sol contient trois fois plus de carbone que l'atmosphère terrestre. En outre, le réchauffement devrait augmenter la vitesse à laquelle les microbes décomposent le carbone organique du sol, libérant plus de CO2 dans l'atmosphère et contribuant au changement climatique.

Mais, jusqu'à maintenant, la majorité des expériences de réchauffement des sols sur le terrain ne se sont concentrées que sur les cinq à 20 premiers centimètres du sol, ce qui laisse beaucoup de carbone non comptabilisé. Les experts estiment que les sols de moins de 20 centimètres de profondeur contiennent plus de 50 pour cent du stock de carbone organique du sol de la planète. Les grandes questions ont été :dans quelle mesure les couches plus profondes du sol réagissent-elles au réchauffement ? Et qu'est-ce que cela signifie pour le rejet de CO2 dans l'atmosphère ?

"Nous avons trouvé que la réponse est assez importante, " dit Caitlin Hicks Pries, chercheur postdoctoral à la division des sciences du climat et des écosystèmes du Berkeley Lab. Elle a mené la recherche avec l'auteur co-correspondant Margaret Torn, et Christina Castahna et Rachel Porras, qui sont également des scientifiques du Berkeley Lab.

"Si nos découvertes sont appliquées aux sols du monde entier qui sont similaires à ce que nous avons étudié, c'est-à-dire des sols qui ne sont ni gelés ni saturés, nos calculs suggèrent que d'ici 2100, le réchauffement des couches plus profondes du sol pourrait provoquer une libération de carbone dans l'atmosphère à un taux nettement plus élevé qu'aujourd'hui, peut-être même jusqu'à 30 pour cent des émissions annuelles de carbone d'origine humaine d'aujourd'hui selon les hypothèses sur lesquelles l'estimation est basée, " ajoute Hicks Pries.

La nécessité de mieux comprendre la réponse de toutes les profondeurs du sol au réchauffement est soulignée par des projections qui, au siècle prochain, les sols plus profonds se réchaufferont à peu près au même rythme que les sols de surface et l'air. En outre, Simulations du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat de la température moyenne mondiale du sol, en utilisant un scénario « business-as-usual » dans lequel les émissions de carbone augmentent dans les décennies à venir, prédisent que le sol se réchauffera de 4° Celsius d'ici 2100.

Pour étudier les impacts potentiels de ce scénario, les scientifiques du Berkeley Lab ont mis au point une configuration expérimentale innovante à la station de recherche forestière Blodgett de l'Université de Californie, qui est situé dans les contreforts des montagnes de la Sierra Nevada en Californie. Le sol de la station de recherche est représentatif des sols forestiers tempérés, qui à leur tour représentent environ 13,5 pour cent de la superficie des sols dans le monde.

Les scientifiques ont construit leur expérience autour de six parcelles de sol mesurant trois mètres de diamètre. Le périmètre de chaque parcelle était entouré de 22 câbles chauffants qui étaient enfoncés verticalement à plus de deux mètres sous terre. Ils ont réchauffé trois des parcelles à 4° Celsius pendant plus de deux ans, en laissant les trois autres parcelles non chauffées pour servir de témoins.

Ils ont surveillé la respiration du sol de trois manières différentes au cours de l'expérience. Chaque parcelle possédait une chambre automatisée qui mesurait le flux de carbone à la surface toutes les demi-heures. En outre, un jour par mois, Hicks Pries et l'équipe ont mesuré les flux de carbone de surface à sept endroits différents sur chaque parcelle.

Une troisième méthode a sondé le très important royaume souterrain. Un jeu de « pailles » en acier inoxydable a été installé sous la surface de chaque parcelle. Les scientifiques ont utilisé les pailles pour mesurer les concentrations de CO2 une fois par mois à cinq profondeurs comprises entre 15 et 90 centimètres. En connaissant ces concentrations de CO2 et d'autres propriétés du sol, ils pourraient modéliser dans quelle mesure chaque profondeur a contribué à la quantité de CO2 libérée à la surface.

Ils ont découvert que, de l'augmentation de 34 à 37 pour cent du CO2 émis sur les trois parcelles chauffées, 40 % de cette augmentation était due au CO2 provenant de moins de 15 centimètres. Ils ont également découvert que la sensibilité du sol au réchauffement était similaire aux cinq profondeurs.

Les scientifiques disent que ces résultats suggèrent que le degré auquel le carbone organique du sol influence le changement climatique peut être actuellement sous-estimé.

"On suppose que le carbone dans le sous-sol est plus stable et moins sensible au réchauffement que dans la couche arable, mais nous avons appris que ce n'est pas le cas, " dit Torn. " Les couches plus profondes du sol contiennent beaucoup de carbone, et nos travaux indiquent qu'il s'agit d'un élément clé manquant dans notre compréhension de la rétroaction potentielle des sols sur le climat de la planète. »