Les mesures tridimensionnelles de la forêt tropicale amazonienne centrale du Brésil ont donné aux chercheurs de la NASA une fenêtre détaillée sur le nombre élevé de chutes de branches et de mortalité d'arbres qui se produisent en réponse à des conditions de sécheresse. Ils ont constaté que 65% d'arbres et de grosses branches en plus sont morts en raison d'une sécheresse provoquée par El Niño en 2015-2016 par rapport à une année moyenne. Comprendre les effets d'une sécheresse prolongée donne aux scientifiques une meilleure idée de ce qui peut arriver au carbone stocké dans les forêts tropicales si ces événements deviennent plus fréquents à l'avenir.

"Les projections climatiques pour le bassin amazonien suggèrent des conditions plus chaudes et plus sèches dans les décennies à venir, " a déclaré le scientifique du système terrestre Doug Morton au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et co-auteur de la recherche récemment publiée dans Nouveau phytologue . "Les événements de sécheresse nous donnent un aperçu de la façon dont les forêts tropicales peuvent réagir à un monde plus chaud."

Quand il ne pleut pas dans la forêt tropicale, les arbres sont plus à risque de mourir parce qu'ils ne peuvent pas obtenir assez d'eau du sol à leurs auvents, qui peut atteindre 15 à 20 étages. Dans une forêt tropicale aussi vaste que l'Amazonie, estimer le nombre d'arbres mourants ou endommagés, où seules les branches peuvent tomber, est extrêmement difficile et a été un défi de longue date.

Traditionnellement, les chercheurs parcourent quelques acres d'arbres pour mesurer les arbres vivants et les débris morts au sol. Morton et ses collègues ont pris la perspective à vol d'oiseau en utilisant la technologie de détection et de télémétrie par la lumière (LiDAR) montée sur un avion pour créer une reconstruction en 3D du même couvert forestier sur trois vols distincts en 2013, 2014 et 2016. Avec 300, 000 impulsions laser par seconde, les données LiDAR fournissent une représentation incroyablement détaillée de la forêt sur une superficie beaucoup plus grande qu'elles ne pourraient le couvrir à pied.

Au Brésil, les chercheurs ont parcouru deux andains de 50 kilomètres près de la ville de Santarém, dans l'État du Pará, l'un sur la forêt nationale de Tapajós et l'autre sur les forêts privées qui ont été fragmentées par une gamme d'utilisations des terres. Cette région de l'Amazonie a généralement une saison sèche de trois mois d'octobre à décembre, la même période où les températures de surface de la mer dans l'océan Pacifique culminent lors d'un événement El Niño. Les conditions El Niño sont associées à un retard du début de la saison des pluies en Amazonie centrale, conduisant à une saison sèche prolongée qui stresse les arbres.

Analyser les trois enquêtes, l'équipe a utilisé les données LiDAR pour détecter de nouvelles lacunes dans la canopée où un arbre ou une branche était tombé dans les mois entre les observations. Pendant la période non El Niño de 2013 à 2014, les chutes de branches et d'arbres ont altéré 1,8 pour cent du couvert forestier dans la zone d'étude, un petit nombre à la surface mais à l'échelle de la taille de l'ensemble de l'Amazonie, c'est l'équivalent de perdre des arbres de la canopée ou des branches de plus de 38 ans, 000 milles carrés, ou la région du Kentucky. La mortalité des arbres et des branches était de 65 pour cent plus élevée pendant la période de sécheresse El Niño de 2014 à 2016, ou 65 ans, 000 milles carrés, la taille du Wisconsin. De petits changements dans l'Amazone s'additionnent.

"Parce que c'est une grande forêt, même un changement subtil au cours d'une année El Niño a un impact important sur le bilan total du carbone de la forêt, " dit Morton, se référant à l'équilibre entre la quantité de dioxyde de carbone que les arbres retirent de l'atmosphère pour construire leur tronc, branches, et les feuilles à mesure qu'elles poussent par rapport à la quantité qui retourne dans l'atmosphère lorsque les arbres meurent et se décomposent.

Étonnamment, les scientifiques ont découvert que les décès pour toutes les tailles d'arbres, ainsi que le nombre de chutes de branches plus petites, augmenté à peu près au même rythme. Cela signifie que la sécheresse n'a pas tué sélectivement une plus grande proportion d'arbres de grande taille que d'arbres plus petits, comme on le pensait auparavant à partir d'expériences qui simulaient des conditions de sécheresse dans de petites parcelles.

C'est une bonne nouvelle pour le budget carbone, dit Morton, "Les grands arbres détiennent la plupart du carbone dans n'importe quelle forêt. Si les sécheresses devaient tuer de préférence les grands arbres, cela augmenterait la quantité totale de carbone perdue à cause de la sécheresse par opposition à d'autres types de perturbations, " il a dit.

Toutefois, les grands arbres représentaient encore 80 pour cent des pertes de carbone. Et pas seulement des arbres eux-mêmes en train de mourir. Lorsqu'un arbre géant avec une canopée pouvant mesurer 25 mètres de diamètre tombe dans la forêt, il peut détruire des arbres plus petits dans le sous-bois.

Pour comprendre la relation entre les lacunes vues par le système LiDAR aéroporté d'en haut et les multiples couches de canopée et de sous-étage en dessous, La collègue de Morton, Veronika Leitold à Goddard, et une équipe de scientifiques collaborateurs de la Société brésilienne de recherche agricole et de l'Université fédérale de Western Pará ont effectué des mesures sur le terrain sous les lacunes observées dans la canopée pour mesurer le matériau ligneux tombé au sol. Cet effort minutieux pour mesurer les branches et les arbres abattus était essentiel pour estimer la quantité totale de carbone perdue lorsque les arbres ou les branches tombent dans un grand forêt amazonienne multicouche.

"[Ceci] est l'une des premières études à utiliser le LiDAR répété pendant la sécheresse et à demander aux gens d'aller sur le terrain et d'effectuer toutes les mesures, " a déclaré l'écologiste Paulo Brando au Woods Hole Research Center à Falmouth, Massachusetts, et l'Institut de recherche environnementale amazonienne au Brésil, qui n'a pas participé à l'étude. "Cette combinaison est extrêmement puissante pour comprendre non seulement ce qui se passe, mais pourquoi ça arrive, et pourquoi cela change pendant la sécheresse. » Il a ajouté que deux des grandes questions dans le domaine de l'écologie de la forêt tropicale humide sont de savoir à quel point la sécheresse est trop dure pour la forêt et comment se rétablit-elle ? Les réponses ont de grandes implications pour l'élimination de dioxyde de carbone de l'atmosphère.

« Les sécheresses sont des éléments importants du cycle mondial du carbone en modifiant la capacité des arbres à survivre, " dit Brando. Si le nombre d'arbres présents diminue à grande échelle, qui s'ajoute à beaucoup de dioxyde de carbone laissé dans l'atmosphère pour contribuer au réchauffement de l'effet de serre, ce qui peut alimenter le cycle de l'Amazonie en voyant plus de sécheresses à l'avenir.