Les températures plus chaudes et le dégel des sols peuvent entraîner une augmentation des émissions de dioxyde de carbone de la toundra de l'Alaska dans l'atmosphère, surtout au début de l'hiver, selon une nouvelle étude de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), NASA et National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

Un nouveau papier animé par Roisin Commane, un chercheur atmosphérique à SEAS, constate que la quantité de dioxyde de carbone émise par les zones de toundra du nord entre octobre et décembre de chaque année a augmenté de 70 pour cent depuis 1975.

Commane et une équipe de chercheurs ont analysé trois années d'observations aériennes de la mission aéroportée CARVE (Carbone in Arctic Reservoirs Vulnerability Experiment) de la NASA pour estimer la distribution spatiale et saisonnière des émissions de dioxyde de carbone de l'Alaska. Ils ont également étudié le bilan de 41 ans de la NOAA sur le dioxyde de carbone mesuré à partir de tours au sol à Barrow, Alaska. Les données de l'avion ont fourni des informations spatiales sans précédent, tandis que les données au sol ont fourni des données à long terme qui ne sont disponibles nulle part ailleurs dans l'Arctique.

Les résultats de l'étude sont publiés dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

Les sols qui entourent les hautes régions septentrionales de l'Arctique contiennent de grandes quantités de carbone sous forme de matière organique non décomposée provenant de la végétation morte. Ce vaste magasin, accumulé depuis des milliers d'années, contient suffisamment de carbone pour doubler la quantité actuelle de dioxyde de carbone dans l'atmosphère terrestre.

Pendant l'été arctique, les couches supérieures du dégel du sol et des microbes décomposent la matière organique pour produire du dioxyde de carbone. Lorsque les températures froides reviennent en octobre, les couches de sol dégelées commencent à se refroidir, mais des taux élevés d'émissions de dioxyde de carbone continuent jusqu'à ce que le sol gèle complètement.

"Autrefois, le regel des sols peut avoir pris un mois environ, mais, avec des températures plus chaudes ces dernières années, il y a des endroits en Alaska où les sols de la toundra mettent maintenant plus de trois mois à geler complètement, ", a déclaré Commane. "Nous constatons que les émissions de dioxyde de carbone provenant des sols se poursuivent tout au long de cette période hivernale précoce."

"Les données de Barrow montrent des augmentations constantes du dioxyde de carbone atmosphérique et de la température à la fin de l'automne et au début de l'hiver, " a déclaré le co-auteur Colm Sweeney du Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences à Boulder, Colorado. "Cette nouvelle recherche démontre l'importance critique de ces sites de surveillance à long terme pour vérifier les rétroactions subtiles, comme l'augmentation du dioxyde de carbone, ce qui pourrait amplifier le réchauffement sans précédent que nous observons dans tout l'Arctique. »

CARVE a piloté un avion instrumenté de la NASA pour mesurer le dioxyde de carbone atmosphérique et d'autres gaz à effet de serre au-dessus de l'Alaska d'avril à novembre en 2012, 2013 et 2014. Ces données, ainsi que des données satellitaires sur l'état de la végétation et des données au sol pour fournir un contexte tout au long de l'année et un enregistrement à long terme, a donné aux scientifiques une image détaillée des émissions de carbone au niveau régional.

"L'un des principaux objectifs de CARVE était de remettre en cause l'idée que la respiration du dioxyde de carbone s'arrêtait dès que la neige tombait et que la surface du sol gelait, " dit Charles Miller, un scientifique du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie, et le chercheur principal de CARVE. "Les vols CARVE prouvent que la respiration microbienne se poursuit dans les sols de la toundra des mois après que la surface a gelé."

En comparant les mesures simultanées de dioxyde de carbone atmosphérique, monoxyde de carbone, Commane et ses co-auteurs ont séparé leurs estimations du bilan total du carbone de l'Alaska en contributions des trois principales sources de carbone atmosphérique :la combustion de combustibles fossiles par l'homme; feux de forêt; et les microbes décomposant la matière organique dans le sol. Dans l'Alaska peu peuplé, les microbes du sol étaient une source beaucoup plus importante de carbone atmosphérique que la combustion de combustibles fossiles. Les feux de forêt étaient une grande source de carbone atmosphérique en seulement un an de l'expérience CARVE, 2013.

« Les sols de la toundra semblent agir comme un amplificateur du changement climatique, " a déclaré le co-auteur Steve Wofsy, Abbott Lawrence Rotch Professeur de sciences de l'atmosphère et de l'environnement à SEAS.

Plus de dioxyde de carbone libéré dans l'atmosphère accélérera le réchauffement climatique, lequel, à son tour, pourrait conduire à plus de dioxyde de carbone libéré de ces sols, surtout au début de l'hiver.

"Nous devons surveiller attentivement ce qu'il fait là-haut, même tard dans l'année quand tout semble gelé et dormant, " a déclaré Wofsy.

« Toute la région de l'Alaska réagit au changement climatique, " a déclaré Donatella Zona de l'Université d'État de San Diego en Californie, qui n'était pas affilié à l'étude. « La quantité de carbone perdue des écosystèmes arctiques dans l'atmosphère à l'automne a considérablement augmenté au cours des 40 dernières années. En capturant mieux ces processus de saison froide et en plaçant les mesures précédentes à plus petite échelle dans un contexte plus large, cette étude aidera les scientifiques dans leurs efforts pour améliorer les modèles climatiques et les prévisions du changement climatique dans l'Arctique. »