Les arbres qui poussent au sommet du granit de la montagne chauve dans le sud de la Sierra Nevada dépendent des éléments nutritifs de la poussière atmosphérique soufflée par le vent (plus de 50 %) par rapport aux éléments nutritifs fournis par le substrat rocheux sous-jacent.

Des chercheurs de l'Université du Wyoming ont mené une étude qui a trouvé ce résultat surprenant en mesurant les isotopes du néodyme dans le substrat rocheux, sol, la poussière et les aiguilles de pin dans les arbres vivants. En utilisant ce système bien contraint, le groupe a pu combiner des données mondiales pour montrer que ce phénomène ne se limite pas à la Sierra Nevada, et que la poussière étrangère fertilise probablement les plantes dans de nombreux endroits dans le monde.

"Les arbres de la Sierra Nevada utilisent la poussière comme nutriments, " dit Cliff Riebe, professeur agrégé au département de géologie et de géophysique de l'UW. "C'est une découverte inédite."

Riebe était le deuxième auteur d'un article, intitulé « Modèles mondiaux de l'approvisionnement en éléments nutritifs de la poussière et du substratum rocheux pour les écosystèmes montagnards, " qui a été publié aujourd'hui (6 décembre) dans Avancées scientifiques , une publication issue de Science. La revue en ligne publie d'importants, recherche originale et innovante qui fait avancer les frontières de la science et étend les normes d'excellence établies par la science.

Lindsay Arvin, un étudiant à la maîtrise UW de Chicago avec spécialisation en géologie et géophysique, était l'auteur principal de l'article. Arvin a prélevé des échantillons d'aiguilles de pin vivantes dans la Sierra Nevada, principalement un habitat de forêt de conifères, durant l'été 2015.

Plus tard cet automne-là, Arvin s'est rendu au laboratoire de Sarah Aciego à l'Université du Michigan, où elle a travaillé avec Molly Blakowski, un étudiant diplômé de l'Université du Michigan, pour traiter des échantillons. En particulier, ils étaient intéressés par l'extraction du néodyme, un élément du tableau périodique associé aux minéraux phosphorés, qui sont une source importante d'éléments nutritifs pour les plantes.

"La similitude du comportement chimique entre le néodyme et le phosphore fait des isotopes du néodyme un analogue utile pour tracer l'absorption du phosphore dans les systèmes végétaux, " dit Aciego, maintenant professeur adjoint à l'UW. "Dans ce cas, nous avons pu retracer le néodyme à partir de deux sources :la poussière étrangère d'Asie et la vallée centrale de Californie, et la roche en granit."

"Nous avons utilisé deux empreintes digitales pour tracer les nutriments. La poussière a une empreinte isotopique, et le substrat rocheux a une autre empreinte isotopique, " explique Riebe. " Les aiguilles de pin montrent le degré de mélange des deux empreintes digitales. Les sols montrent également un mélange des deux."

Ces observations suggèrent que les nutriments dérivés de la poussière peuvent être vitaux pour les écosystèmes de montagne, même lorsque l'approvisionnement en nutriments du substratum rocheux est important, le papier conclut.

"Alors que d'autres études ont montré que la poussière peut augmenter les flux élémentaires totaux dans les écosystèmes, il s'agit de la première étude à quantifier le transfert du néodyme et, par procuration, phosphore, de la poussière aux plantes, " explique Aciego. " De plus, l'influence est beaucoup plus élevée que je ne l'avais prévu et suggère que les éléments contenus dans la poussière pourraient avoir un impact beaucoup plus important sur les écosystèmes mondiaux que ce qui avait été supposé auparavant. »

Plusieurs études antérieures ont quantifié l'absorption de nutriments dérivés de la poussière dans des paysages stables ou en érosion lente. Mais, seuls quelques-uns ont quantifié les nutriments dérivés de la poussière dans les écosystèmes de montagne avec des taux d'érosion substantiels.

Riebe dit que son groupe de recherche a utilisé deux ensembles de données existants - une base de données mondiale des taux d'érosion compilée en 2011 et un modèle mondial des flux de poussière créé en 2014 - pour examiner les effets de la poussière dans le monde.

"Cette combinaison d'ensembles de données précédents nous permet de voir où la poussière est importante dans le monde, " dit Riebe. " Une découverte surprenante est que la poussière peut être plus importante qu'on ne le pensait auparavant dans de nombreux endroits, y compris les Appalaches et l'Europe occidentale."

« Le concept de « zone critique » de la Terre nous donne le cadre pour examiner l'environnement dans une perspective plus large et pour voir l'influence mondiale de ce que l'on pensait être des processus régionaux, " dit Richard Yuretich, directeur de programme pour le programme d'observatoires de zone critique de la National Science Foundation (NSF), qui a financé l'étude. "Cette recherche montre que la poussière transportée dans l'atmosphère à travers le monde est une source importante de nutriments pour les plantes dans tous les environnements, même là où sa contribution n'est pas évidente. La Terre maintient son équilibre, souvent de manière surprenante."

Riebe voit un lien entre ses dernières recherches et le quinquennat, Subvention NSF de 20 millions de dollars que UW a reçue en septembre pour être utilisée pour la recherche microbienne. En utilisant des techniques de pointe, y compris le séquençage de l'ADN et la modélisation informatique, les scientifiques espèrent apprendre la distribution et les conséquences écologiques des microbes, produire des informations qui aideront les habitants du Wyoming à relever une variété de défis - de la gestion des parcours, ressources forestières et hydriques, à la reconquête des zones perturbées par l'extraction minière, à l'amélioration de la productivité des cultures.

"Les communautés microbiennes dans la poussière de différentes sources peuvent différer, " dit Riebe. " Dans le cadre du prochain programme Wyoming EPSCoR (Established Program to Stimulate Competitive Research), nous pouvons essayer de comprendre si la poussière provenant de sources éloignées affecte le microbiome du Wyoming. Cela peut venir du Désert Rouge ou d'Asie."