Près de la moitié du carbone organique stocké dans les sols du monde est contenue dans le pergélisol arctique, qui a connu une fonte rapide, et que la matière organique pourrait être convertie en gaz à effet de serre qui aggraveraient le réchauffement climatique.

Lorsque le pergélisol dégèle, la consommation microbienne de ces réserves de carbone produit du dioxyde de carbone - dont une grande partie finit par se retrouver dans l'atmosphère, mais les scientifiques ne savent pas exactement comment le système fonctionne.

Une nouvelle étude publiée cette semaine dans Communication Nature décrit les mécanismes et souligne l'importance de la lumière du soleil et de la bonne communauté microbienne comme clés de la conversion du carbone du pergélisol en CO2. La recherche a été soutenue par la National Science Foundation des États-Unis et le ministère de l'Énergie.

"Nous savons depuis longtemps que les microbes convertissent le carbone en CO2, mais les tentatives précédentes pour reproduire le système arctique en laboratoire ont échoué, " a noté Byron Crump, un biogéochimiste de l'Oregon State University et co-auteur de l'étude. "Comme il s'avère, c'est parce que les expériences de laboratoire n'incluaient pas un élément très important – la lumière du soleil.

"Lorsque le pergélisol fond et que le carbone stocké est libéré dans les cours d'eau et les lacs de l'Arctique, il est exposé au soleil, ce qui favorise la pourriture de certaines communautés microbiennes, et détruit l'activité pour les autres communautés. Différents microbes réagissent différemment, mais il y en a des centaines, même des milliers de microbes différents et il s'avère que les microbes dans les sols sont bien équipés pour manger le carbone du pergélisol exposé au soleil."

L'équipe de recherche de l'État de l'Oregon et de l'Université du Michigan a pu identifier les composés que les microbes préfèrent en utilisant des approches génétiques et chimiques à haute résolution. Ils ont découvert que la lumière du soleil rend les sols de pergélisol plus savoureux pour les microbes, car elle les convertit en les mêmes types de carbone qu'ils aiment déjà manger - le carbone qu'ils sont adaptés pour métaboliser.

"Le carbone dont nous parlons se déplace du sol vers les rivières et les lacs, où il est complètement exposé au soleil, " dit Crump. " Il n'y a pas d'arbres et pas d'ombre, et en été, il y a 24 heures par jour de soleil. Cela rend la lumière du soleil potentiellement plus importante dans la conversion du carbone en CO2 dans l'Arctique que dans une forêt tropicale, par exemple."

Alors que le climat continue de se réchauffer, il y a des ramifications intéressantes pour l'Arctique, dit Crump, qui est membre du corps professoral du Collège de la Terre de l'OSU, Océan, et sciences de l'atmosphère.

« La prévision à long terme pour l'écosystème de la toundra arctique est que le réchauffement entraînera des arbustes et des plantes plus grandes remplaçant la toundra, qui fournira de l'ombre à la lumière du soleil, " Crump a déclaré. "Cela est considéré comme une rétroaction négative. Mais il y a aussi un retour positif, en ce que les saisons devraient s'étendre. Le printemps arrivera plus tôt, et l'automne sera plus tard, et plus d'eau et de carbone entreront dans les lacs et les cours d'eau avec une dégradation plus rapide du carbone.

"Quel retour sera le plus fort ? Personne ne peut le dire avec certitude."

Les enjeux sont élevés, dit Crump. Il y a plus de carbone stocké dans le pergélisol gelé que dans l'atmosphère. Il s'est accumulé au cours de millions d'années par les plantes qui poussent et meurent, avec un processus de décomposition très lent en raison du temps glacial.

"Une partie de la matière organique est moins savoureuse pour les microbes que d'autres, " Crump a dit, "mais les communautés bactériennes sont diverses, donc il y aura quelque chose là-bas qui voudra cette énergie et l'utilisera."