Après 26 ans, l'expérience la plus longue au monde visant à découvrir comment le réchauffement des températures affecte les sols forestiers a révélé une surprenante, réponse cyclique :le réchauffement du sol stimule des périodes de libération abondante de carbone du sol dans l'atmosphère, alternant avec des périodes sans perte détectable des réserves de carbone du sol. Globalement, les résultats indiquent que dans un monde qui se réchauffe, une rétroaction du carbone auto-renforçante et peut-être incontrôlable se produira entre les sols forestiers et le système climatique, s'ajoutant à l'accumulation de dioxyde de carbone atmosphérique causée par la combustion de combustibles fossiles et l'accélération du réchauffement climatique. L'étude, dirigé par Jerry Melillo, Scientifique émérite au Laboratoire de biologie marine (MBL), paraît dans le numéro du 6 octobre de Science .

Melillo et ses collègues ont commencé cette expérience pionnière en 1991 dans un peuplement de feuillus de la forêt de Harvard dans le Massachusetts. Ils ont enterré des câbles électriques dans un ensemble de parcelles et chauffé le sol de 5°C au-dessus de la température ambiante des parcelles témoins. Au cours de l'expérimentation de 26 ans (qui se poursuit toujours), les parcelles réchauffées ont perdu 17 pour cent du carbone qui avait été stocké dans la matière organique dans les 60 premiers centimètres du sol.

"Pour mettre cela en contexte, " Melillo dit, "chaque année, principalement de la combustion de combustibles fossiles, nous rejetons environ 10 milliards de tonnes métriques de carbone dans l'atmosphère. C'est ce qui cause l'augmentation de la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère et le réchauffement climatique. Les sols du monde en contiennent environ 3, 500 milliards de tonnes de carbone. Si une quantité importante de ce carbone du sol est ajoutée à l'atmosphère, en raison de l'activité microbienne dans les sols plus chauds, qui accélérera le processus de réchauffement climatique. Et une fois que cette rétroaction auto-renforcée commence, il n'y a pas de moyen facile de l'éteindre. Il n'y a pas d'interrupteur à basculer."

Au cours de l'expérimentation, L'équipe de Melillo a observé des fluctuations du taux d'émission de carbone du sol des parcelles chauffées, indiquant des cycles dans la capacité des microbes du sol à dégrader la matière organique et à libérer du carbone. La phase I (1991 à 2000) a été une période de perte substantielle de carbone du sol qui a été rapide au début, puis ralenti à près de zéro. En Phase II (2001-2007), il n'y avait aucune différence dans les émissions de carbone entre les parcelles chauffées et les parcelles témoins. Pendant ce temps, la communauté microbienne du sol dans les parcelles chauffées subissait une réorganisation qui a conduit à des changements dans la structure et la fonction de la communauté. En Phase III (2008-2013), la libération de carbone des parcelles chauffées a encore dépassé celle des parcelles témoins. Cela a coïncidé avec un changement continu dans la communauté microbienne du sol. Des microbes pouvant dégrader la matière organique du sol plus récalcitrante, comme la lignine, est devenu plus dominant, comme le montrent les analyses d'enzymes génomiques et extracellulaires. En Phase IV (2014 à aujourd'hui), les émissions de carbone des parcelles chauffées ont à nouveau baissé, suggérant qu'une autre réorganisation de la communauté microbienne du sol pourrait être en cours. Si la tendance cyclique se poursuit, La phase IV passera éventuellement à une autre phase de perte de carbone plus élevée des parcelles chauffées.

"Ce travail souligne la valeur des études écologiques à long terme qui sont la marque de la recherche au Centre des écosystèmes de la MBL, " dit David Mark Welch, Directeur de recherche de MBL. « Ces grandes études de terrain, combinée à la modélisation et à une compréhension de plus en plus sophistiquée du rôle des communautés microbiennes dans la dynamique des écosystèmes, fournir un nouvel éclairage sur les défis posés par le changement climatique. »

"L'avenir est un avenir plus chaud. À quel point le problème est-il plus chaud, " dit Melillo. "En termes d'émissions de carbone provenant des combustibles fossiles, nous pourrions contrôler cela. Nous pourrions fermer les centrales électriques au charbon, par exemple. Mais si les microbes de tous les paysages réagissent au réchauffement de la même manière que nous l'avons observé dans les sols forestiers des latitudes moyennes, ce phénomène de rétroaction auto-renforçant va durer un certain temps et nous ne pourrons pas éteindre ces microbes. Le grand réservoir de carbone facilement décomposé qui est gelé dans les sols arctiques est particulièrement préoccupant. Au fur et à mesure que ces sols dégelent, ce phénomène de rétroaction serait une composante importante du système climatique, avec le changement climatique qui s'alimente dans un monde qui se réchauffe."