Retour d'information sur le cycle du carbone :lorsqu'il s'agit de comprendre le rôle des forêts dans l'émission et la capture de dioxyde de carbone, ce sont trois mots qui contiennent beaucoup de science. Dans une nouvelle étude, des chercheurs dirigés par le Pacific Northwest National Laboratory ont incorporé dans un modèle du système terrestre le rôle complexe de l'écosystème dans l'amplification ou l'amortissement de la concentration de dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère.

C'est un processus appelé végétation dynamique, où les plantes peuvent changer d'habitat en réponse à des changements environnementaux tels qu'un système climatique plus chaud ou des nutriments limités. En utilisant un modèle de système foncier avec une végétation dynamique activée ou désactivée, l'équipe de recherche a découvert que l'azote et son interaction avec les plantes ont une forte influence sur la façon dont les plantes réagissent aux changements environnementaux. Cette influence peut entraîner une amplification ou une réduction du dioxyde de carbone, qui est responsable des changements environnementaux en premier lieu. La recherche a montré comment une modélisation efficace de la végétation dynamique et du cycle de l'azote peut améliorer la compréhension du cycle du carbone et des futurs changements climatiques.

L'écosystème terrestre joue un rôle important dans le cycle du carbone de la Terre en inhalant et en exhalant du CO2 de l'atmosphère. Un niveau plus élevé de CO2 aide les plantes à utiliser plus efficacement l'énergie du soleil pour la photosynthèse, ce qui les amène à éliminer (inhaler) plus de CO2 de l'atmosphère. D'autre part, un niveau de CO2 plus élevé dans l'atmosphère entraîne des températures plus élevées, ce qui peut imposer un stress thermique aux plantes et accélérer la décomposition de la matière organique de la litière végétale de surface et du sol. Le stress accru et la décomposition plus rapide de la matière organique ajoutent plus de CO2 dans l'atmosphère que ce qui est éliminé par la photosynthèse accrue. Cette augmentation nette de l'exhalation de CO2 par les plantes à mesure que le CO2 atmosphérique augmente est une rétroaction positive du cycle du carbone qui amplifie le CO2 dans l'atmosphère.

Mais voici où l'azote jette une clé dans les engrenages du cycle du carbone. Une décomposition plus rapide du carbone organique rend plus d'azote disponible pour les plantes, en les aidant à absorber plus de CO2 au fur et à mesure de leur croissance, réduire les niveaux atmosphériques. Il s'agit d'une rétroaction négative du cycle du carbone. Cependant, la force de cette rétroaction négative du cycle du carbone dépend du fait que le type de végétation est autorisé à changer avec les changements environnementaux, car certaines plantes ont besoin de plus d'azote que d'autres. Cette étude a démontré comment le cycle de l'azote et la végétation dynamique et leur interaction déterminent comment les plantes à travers le monde peuvent amplifier ou atténuer l'augmentation du CO2 atmosphérique et le réchauffement climatique associé.

Parmi les modèles du système Terre qui ont contribué au cinquième rapport d'évaluation du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) en 2013, seule une poignée incluait une végétation dynamique, et encore moins incorporaient le cycle de l'azote. Il est de plus en plus évident que ces deux processus joueront un rôle clé dans le futur cycle du carbone.

Les scientifiques du Pacific Northwest National Laboratory et leurs collaborateurs ont étudié l'un des rares modèles terrestres mondiaux, le modèle de terrain communautaire version 4, capable de simuler le changement du couvert végétal en réponse à la fois à l'évolution du climat et au cycle de l'azote. En exécutant une série de simulations pour différents scénarios de changement climatique et de CO2, ils ont pu calculer la sensibilité du carbone terrestre au réchauffement climatique et à l'augmentation du CO2. La sensibilité au carbone des terres est un facteur important qui constitue la rétroaction à l'augmentation du CO2. L'effet du changement de végétation sur ce facteur a rarement été étudié. L'équipe a répété la même série d'expériences sans modèle de végétation dynamique.

Leur analyse a montré une différence significative dans la force potentielle de la rétroaction du cycle du carbone avec et sans la couverture végétale dynamique qui répond à l'état du climat. L'équipe a également trouvé un lien entre les caractéristiques émergentes de la demande en azote des plantes provenant d'une représentation inadéquate de la compétition des plantes dans le modèle de végétation dynamique dans les régions tropicales et subtropicales. L'analyse a également révélé que les erreurs de simulation de la couverture végétale peuvent se propager à des échelles plus larges par interaction avec le cycle de l'azote. La recherche a illustré un exemple spécifique d'une telle propagation d'erreurs pour guider les efforts de développement de modèles.

Avec les processus de végétation pertinents améliorés dans les modèles du système Terre de prochaine génération, la représentation de la rétroaction du cycle du carbone peut être mieux caractérisée. Les études futures effectueront des simulations avec le modèle terrestre global couplé à l'atmosphère, océan, et d'autres modèles de composants du système terrestre pour quantifier les interactions carbone-climat, avec un accent particulier sur le cadre de la forêt tropicale.