Congelé dans un sol de pergélisol, les latitudes septentrionales stockent presque deux fois plus de carbone que dans l'atmosphère actuellement. Le réchauffement rapide de l'Arctique devrait exposer le carbone du sol précédemment gelé à la décomposition microbienne et augmenter la libération de dioxyde de carbone. L'impact sur le bilan de dioxyde de carbone est, cependant, pas clair.

Pourquoi? Parce que les températures plus chaudes et les nutriments libérés par le dégel du pergélisol augmentent la croissance des plantes et pourraient compenser les pertes de dioxyde de carbone. Nous avons examiné l'effet de l'air plus chaud et l'effet du réchauffement du sol et du dégel du pergélisol sur le dioxyde de carbone de l'écosystème de la toundra. Sept années d'études expérimentales montrent que la croissance estivale des plantes n'a pas, à plus long terme, absorbe autant de carbone que ce qui a été perdu par le réchauffement du sol et le pergélisol.

Les modèles et les observations sont actuellement en désaccord sur la façon dont le réchauffement de l'Arctique affectera le bilan du dioxyde de carbone des écosystèmes de la toundra. Peu d'études combinent l'air plus chaud et le dégel du pergélisol pour évaluer le bilan du dioxyde de carbone de l'écosystème. Ce travail montre que l'absorption et la perte de dioxyde de carbone dans la toundra ont réagi beaucoup plus fortement au dégel du pergélisol qu'à l'air plus chaud seul. Le dégel rapide du pergélisol a d'abord stimulé l'absorption de dioxyde de carbone pendant l'été. Cependant, l'absorption s'est stabilisée avec un dégel très profond. Dans toutes les années de l'expérience, l'absorption estivale de dioxyde de carbone était insuffisante pour compenser les pertes de dioxyde de carbone tout au long de l'année.

Sept années de réchauffement expérimental de l'air et du sol dans la toundra montrent que le réchauffement du sol et le dégel du pergélisol ont eu un effet beaucoup plus important sur le bilan carbone que le réchauffement de l'air. Le dégel du pergélisol a initialement stimulé une plus grande absorption de dioxyde de carbone en été que la perte de dioxyde de carbone; cependant, les augmentations initiales n'ont pas été maintenues. Alors que le dégel continuait de progresser, l'absorption estivale de dioxyde de carbone et la perte de dioxyde de carbone se sont stabilisées. Le nivellement de l'absorption et de la libération de dioxyde de carbone pourrait s'expliquer par le ralentissement de la croissance des plantes et une plus grande saturation du sol, le dégel provoquant l'effondrement de la surface du sol. Les interactions complexes entre le dégel du pergélisol, croissance des plantes, et l'humidité du sol pourrait être capturée mathématiquement par une relation quadratique montrant que l'effet du dégel sur l'absorption et la perte de dioxyde de carbone changeait avec le temps. Les modèles et les mesures utilisés pour estimer les pertes de dioxyde de carbone pendant l'hiver ont révélé que la toundra perdait du dioxyde de carbone sur une base annuelle, même pendant les étés où le dégel a stimulé la croissance des plantes et l'absorption de dioxyde de carbone.