Les cartes illustrent l'étroite corrélation entre la production agricole, les précipitations et la température dans le Midwest américain au cours de la seconde moitié du 20e siècle. Dans cette carte, le nombre de boisseaux de maïs produits est indiqué en nuances de vert. Crédit :Massachusetts Institute of Technology
Les scientifiques s'accordent à dire que les changements dans l'utilisation des terres tels que la déforestation, et pas seulement les émissions de gaz à effet de serre, peut jouer un rôle important dans la modification des systèmes climatiques mondiaux. Maintenant, une nouvelle étude menée par des chercheurs du MIT et du Dartmouth College révèle comment un autre type d'utilisation des terres, agriculture intensive, peut avoir un impact sur le climat régional.
Les chercheurs montrent que dans la seconde moitié du 20e siècle, le Midwest américain a connu une intensification des pratiques agricoles qui a conduit à une augmentation spectaculaire de la production de maïs et de soja. Et, sur la même période dans cette région, les étés étaient nettement plus frais et les précipitations étaient plus abondantes qu'au cours du demi-siècle précédent. Cet effet, avec un refroidissement régional en période de réchauffement global de la planète, peut avoir masqué une partie de l'effet de réchauffement qui se serait produit au cours de cette période, et la nouvelle découverte pourrait aider à affiner les modèles climatiques mondiaux en incorporant de tels effets régionaux.
Les résultats sont publiés cette semaine dans Lettres de recherche géophysique , dans un article de Ross Alter, un post-doctorant récent du MIT; Elfatih Eltahir, le professeur Breene M. Kerr d'hydrologie et de climat; et deux autres.
L'équipe a montré qu'il y avait une forte corrélation, dans l'espace et dans le temps, entre l'intensification de l'agriculture dans le Midwest, la baisse des températures diurnes moyennes observées en été, et une augmentation des précipitations locales observées. En plus de cette preuve circonstancielle, ils ont identifié un mécanisme qui explique l'association, suggérant qu'il y avait effectivement un lien de cause à effet entre les changements de végétation et les effets climatiques.
Eltahir explique que les plantes « respirent » le dioxyde de carbone dont elles ont besoin pour la photosynthèse en ouvrant de minuscules pores, appelé stomie, mais chaque fois qu'ils le font, ils perdent également de l'humidité dans l'atmosphère. Avec la combinaison de semences améliorées, les engrais, et d'autres pratiques, entre 1950 et 2009, le rendement annuel du maïs dans le Midwest a quadruplé et celui du soja a doublé. Ces changements étaient associés à des plantes plus denses avec plus de masse foliaire, ce qui a ainsi augmenté la quantité d'humidité libérée dans l'atmosphère. Cette humidité supplémentaire a servi à la fois à refroidir l'air et à augmenter la quantité de pluie, suggèrent les chercheurs.
Cette carte montre les écarts de précipitations par rapport au demi-siècle précédent. Les zones de précipitations accrues sont indiquées en vert (l'obscurité augmentant proportionnellement à la quantité d'augmentation) et les zones. Crédit :Massachusetts Institute of Technology
"Pour quelques temps, nous nous sommes intéressés à la façon dont les changements dans l'utilisation des terres peuvent influencer le climat, " dit Eltahir. " C'est un problème indépendant des émissions de dioxyde de carbone, " qui ont fait l'objet d'études plus approfondies.
Eltahir, Modifier, et leurs co-auteurs ont remarqué que les archives montraient qu'au cours du 20e siècle, "il y a eu des changements substantiels dans les modèles régionaux de température et de précipitations. Une région du Midwest est devenue plus froide, ce qui était une surprise, " dit Eltahir. Parce que les enregistrements météorologiques aux États-Unis sont assez étendus, il existe « un ensemble de données robuste qui montre des changements significatifs de température et de précipitations » dans la région.
Au cours de la dernière moitié du siècle, les précipitations estivales moyennes ont augmenté d'environ 15 pour cent par rapport au demi-siècle précédent, et les températures estivales moyennes ont diminué d'environ un demi-degré Celsius. Les effets sont « importants, mais petit, " dit Eltahir.
En introduisant dans un modèle climatique régional américain un facteur pour tenir compte de l'agriculture plus intensive qui a fait du Midwest l'une des zones agricoles les plus productives du monde, les chercheurs ont trouvé, "les modèles montrent une petite augmentation des précipitations, une baisse de température, et une augmentation de l'humidité atmosphérique, " dit Eltahir - exactement ce que les enregistrements climatiques montrent réellement.
Cette "empreinte digitale, " il dit, suggère fortement une association causale. « Au XXe siècle, le Midwest des États-Unis a connu un changement climatique régional plus conforme à ce que nous attendions des changements d'utilisation des terres par opposition à d'autres forçages, " il dit.
Les changements des températures estivales moyennes sont indiqués sur cette carte, avec des températures supérieures à la moyenne en rouge, inférieur à la moyenne en bleu. L'analyse montre une très forte corrélation entre les zones à production agricole accrue, des précipitations plus élevées, et des températures plus basses. Crédit :Massachusetts Institute of Technology
Ce constat ne contredit en rien le schéma général du réchauffement climatique, Eltahir insiste. Mais pour affiner les modèles et améliorer la précision des prévisions climatiques, « nous devons comprendre certains de ces processus régionaux et locaux qui se déroulent en arrière-plan. »
Contrairement aux changements d'affectation des terres tels que la déforestation, ce qui peut réduire l'absorption de dioxyde de carbone par les arbres, ce qui peut aider à améliorer les émissions de gaz, les changements dans ce cas n'ont pas reflété d'augmentation significative de la superficie cultivée, mais plutôt une augmentation spectaculaire des rendements des terres agricoles existantes. « La superficie des cultures n'a pas beaucoup augmenté pendant cette période, mais la production agricole a considérablement augmenté, conduisant à de fortes augmentations du rendement des cultures, ", explique Alter.
Les résultats suggèrent la possibilité qu'au moins à un niveau régional ou local à petite échelle, l'intensification de l'agriculture sur les terres agricoles existantes pourrait être un moyen de faire de la géo-ingénierie locale pour au moins légèrement réduire les impacts du réchauffement climatique, dit Eltahir. C'est exactement ce que suggère un article récent d'un autre groupe en Suisse.
Mais les résultats pourraient également laisser présager des impacts négatifs car le type d'intensification des rendements agricoles atteint dans le Midwest est peu susceptible de se répéter, et certains des effets du réchauffement climatique peuvent "avoir été masqués par ces effets régionaux ou locaux. Mais c'était un phénomène du 20ème siècle, et nous n'attendons rien de semblable au 21e siècle, ", dit Eltahir. Donc le réchauffement dans cette région à l'avenir "ne bénéficiera pas de ces modérateurs régionaux".
"C'est vraiment important, excellente étude, " dit Roger Pielke père, chercheur senior au CIRES, à l'Université du Colorado à Boulder, qui n'a pas participé à ce travail. "Les dirigeants de la communauté scientifique du climat n'ont pas encore accepté que la gestion humaine des terres est au moins aussi importante sur le climat régional et local que l'ajout de dioxyde de carbone et d'autres gaz à effet de serre dans l'atmosphère par les activités humaines."
Pielke ajoute que « le professeur Eltahir a été l'un des pionniers dans l'amélioration de nos connaissances sur cette question scientifiquement et sociétalement importante. Cet article "est une contribution significative sur ce sujet".
Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.
