Chez les écologistes, le carbone obtient toute la gloire. Les scientifiques examinent son rôle essentiel dans la croissance et la décomposition des plantes, ils dressent un tableau de ses contributions aux gaz à effet de serre, et ils mesurent sa séquestration dans la terre, mer, et ciel.

Souvent négligé dans toutes ces recherches est l'humble élément silicium, ou "silice, " comme on l'appelle lorsqu'on la trouve dans la nature. Si les écologistes (ou les biologistes ou les biogéochimistes) pensent à la silice, ils le considèrent comme un peu joueur, un composant ho-hum de roches et de sable.

"La silice n'a pas d'amour, " dit Wally Fulweiler, professeur agrégé de Terre et environnement à l'Université de Boston, et la biologie. "Et ça devrait."

Fulweiler note que la silice est un acteur clé dans les écosystèmes des marais et des océans. Notamment, il forme les coquilles externes des diatomées, organismes microscopiques qui servent de réservoirs de stockage en eau profonde pour le dioxyde de carbone. « Sur une longue échelle, les diatomées sont importantes pour réguler notre climat mondial, " dit Fulweiler. " Donc, si vous êtes océanographe, vous aimez la silice. Mais si tu es, dire, un écologiste forestier, vous ne pensez probablement pas beaucoup à la silice, et vous ne pensez certainement pas beaucoup à la façon dont les activités humaines ont modifié le cycle de la silice."

Le biologiste Tim Maguire a étudié les racines fines des érables à sucre, pour comprendre comment le changement climatique pourrait avoir un impact sur l'absorption de silice. Mais récemment Tim Maguire, un doctorant en biologie au laboratoire de Fulweiler, a intensifié pour donner à la silice son dû. Maguire (GRS'17) essaie de comprendre comment le changement climatique peut avoir un impact sur le « cycle de vie, " au fur et à mesure que l'élément se déplace des roches vers les eaux souterraines, puis à travers les plantes dans les rivières et les océans.

Les scientifiques savent que les arbres jouent un rôle important en tant que « pompes à silice », en aspirant le silicium des eaux souterraines, le convertir en une forme biologiquement disponible, et soit le stocker, soit le repousser dans l'écosystème sous une forme plus biologiquement utilisable, mais peu ont quantifié cet effet. Les travaux récents de Maguire, financé par la Fondation Alfred P. Sloan et publié dans le Journal of Geophysical Research :Biogéosciences en mars 2017, trouvé que les arbres, au moins des érables à sucre, peut avoir une puissance de pompage beaucoup plus grande que prévu, et peuvent également être plus profondément affectés par le changement climatique car des hivers plus chauds endommagent leurs racines vulnérables.

"C'est l'un des premiers articles montrant un lien direct entre la façon dont nous modifions un climat et ce que cela pourrait signifier pour la disponibilité de la silice et les liens entre la terre et la mer, " dit Fulweiler, un co-auteur sur le papier. "C'est encore une autre façon de déranger quelque chose que nous n'avons même pas commencé à comprendre."

La température de l'air en hiver dans le nord-est des États-Unis n'a cessé d'augmenter depuis des décennies, et maintenant en moyenne environ 2,5 degrés Fahrenheit plus chaud que dans les années 1950, selon le Service forestier des États-Unis. « Cela a entraîné beaucoup moins de neige qu'auparavant, " dit Pamela Templer, professeur de biologie à la BU et co-auteur de l'article de Maguire. "Il y a maintenant quelque chose comme 20 jours de moins par an où la neige recouvre le sol, et le manteau neigeux devient plus mince et aussi moins prévisible. » Pour mesurer les effets de cette tendance au réchauffement sur les forêts tempérées de la Nouvelle-Angleterre, de 2008 à 2012, Templer a mené une expérience financée par la Fondation Andrew W. Mellon et l'USDA Northeastern States Research Cooperative dans la forêt expérimentale de Hubbard Brook dans le New Hampshire, enlever la couverture neigeuse de quatre sections de forêt pour simuler des chutes de neige plus tardives et moins de neige, et mesurer les effets sur les plantes et les arbres. Templer trouvé, entre autres, cette couverture de neige, quelque peu contre-intuitif, agit comme une couverture isolante, protéger les racines des arbres du gel.

« Nous avons constaté de nombreux effets négatifs lorsque vous enlevez la neige ; vous gelez les sols, et ça endommage les arbres, " dit Templer. Mais elle n'a jamais pensé à regarder la silice jusqu'à ce que Maguire s'approche d'elle, lui demandant s'il lui restait des échantillons du ruisseau Hubbard. Parce que la silice n'a pas d'état gazeux, il reste intact dans les échantillons stockés. "Alors nous sommes allés dans nos archives et nous en avons extrait des racines, puis il les a traités pour la silice, " dit Templer.

Maguire a examiné les racines des érables à sucre, qui sont sensibles au gel car ils poussent relativement près de la surface. Il a spécifiquement testé les racines fines, ces minces, vrilles filandreuses qui absorbent l'eau et les nutriments du sol. Sa première découverte surprenante :les fines racines d'un érable à sucre ne représentent qu'environ 4 pour cent de la biomasse de l'arbre, mais contiennent un énorme 29 pour cent de la silice. Et lorsqu'il est endommagé par le gel, la quantité de silice dans les racines fines a chuté d'un étonnant 28 pour cent.

Cela peut être mauvais pour les arbres individuels, où la silice joue plusieurs rôles importants, comme donner une structure aux feuilles, protection contre les champignons nuisibles, et, soupçonne Maguire, de durcir de minuscules racines pour qu'elles puissent traverser le sol rocheux de la Nouvelle-Angleterre. Mais les conséquences écologiques en aval peuvent être encore plus profondes. Si ce pourcentage est vrai pour tous les érables d'une forêt moyenne, Maguire calculé, puis congeler les racines pourrait réduire considérablement l'absorption de silice, environ 31 pour cent de la silice régulièrement pompée des forêts tempérées dans les rivières, des lacs, et des ruisseaux.

"Un grand nombre de fois, quand vous faites ce genre d'études, vous obtenez un résultat statistique qui ne représente pas grand-chose dans le monde réel, " dit Maguire. " Ce n'est pas le cas ici. " Ce que ces découvertes signifient pour l'écosystème de la Nouvelle-Angleterre - ou tout écosystème, d'ailleurs - est encore largement méconnu, ce que Maguire et ses collègues attribuent aux "conséquences cryptiques" du changement climatique.

"Aucun d'entre nous ne pense que nous allons soudainement arrêter toute la pompe à silice, " dit Templer. " Mais cela suggère qu'avec un manteau neigeux plus petit et plus de gel du sol, nous pourrions voir un changement significatif dans la quantité de silice qui pénètre dans les écosystèmes aquatiques, certainement par le biais de plantes."

"Ça ouvre une porte, " dit Maguire de la recherche, montrant un imprévu, impact potentiellement massif sur les écosystèmes qui reste largement non étudié. "Tout ce que nous savons avec certitude, " dit Maguire, "c'est que si le réchauffement continue, quelque chose sera différent."