Cave humide. Vieilles chaussettes. Oeufs pourris. La bouse de vache fumante.

Croyez-le ou non, ce sont les parfums de nos recherches, qui nous a fait traverser l'Arctique européen, du nord de la Scandinavie à de nombreux coins du Groenland. Nous étudions la libération d'un groupe particulier de composés de la toundra arctique à mesure que le climat se réchauffe.

En un seul voyage, nous avons aidé certains de nos collègues à forer dans le sol gelé pour récupérer un noyau de pergélisol, et nous avons remarqué une forte, odeur caractéristique.

Nous pouvons mieux le décrire comme une odeur désagréable d'œufs pourris mélangée à l'odeur fraîche de la terre après la pluie. Et c'est cette puanteur qui nous a fait croire qu'il y a bien plus que du dioxyde de carbone et du méthane, qui sont tous deux des gaz à effet de serre inodores, rejetés dans l'atmosphère lors du dégel du pergélisol.

Donc, nous avons ramené une partie du sol de pergélisol dans notre laboratoire à Copenhague. Nous avons placé les échantillons dans des pots Mason, les a reliés à un analyseur de gaz extrêmement sensible pour voir quels étaient ces gaz.

À notre grande surprise, nous avons trouvé non seulement quelques gaz négligés, mais plusieurs centaines de types différents de gaz suintant du pergélisol en dégel. Beaucoup d'entre eux sentent vraiment, mais en laboratoire, nous en avons découvert beaucoup d'autres qui sont tout aussi inodores qu'invisibles.

Vivre dans le pergélisol

Mais quels sont ces gaz ? Et d'où viennent-ils ? La réponse réside dans la vie bactérienne cachée dans ces sols gelés.

Les gaz appartiennent à un groupe de produits chimiques qui sont collectivement connus sous le nom de composés organiques volatils ou COV, produites par des bactéries.

Le sol de pergélisol peut sembler un endroit plutôt inhospitalier avec des températures constamment en dessous de zéro. Mais, un seul gramme de ce froid, Le sol arctique peut contenir des millions de bactéries.

La majorité survivent en entrant dans un état de dormance métaboliquement inactif, mais certains d'entre eux se sont adaptés aux conditions difficiles et restent actifs. Par exemple, certaines bactéries contiennent des protéines antigel qui empêchent la formation de cristaux de glace dans les cellules en abaissant le point de congélation de l'eau.

En réalité, le pergélisol abrite une assez grande diversité de vie microbienne. Ils prospèrent dans les veines de saumure liquide qui traversent le sol gelé, où le point de congélation est plus bas en raison de la grande quantité de sel. Et ils peuvent aussi survivre au sommet du pergélisol, où l'eau de fonte du sol non gelé au-dessus peut s'infiltrer.

Petite conversation bactérienne

Les bactéries ne connaissent probablement pas de crise cardiaque ou de crise de la quarantaine, et la vie en tant que bactérie n'est probablement pas si compliquée. Néanmoins, ils communiquent entre eux et avec leur environnement.

Les bactéries produisent des COV pour agir comme des signaux qui permettent aux autres bactéries de savoir quand se reproduire ou déployer des mesures de défense contre des ennemis potentiels.

D'autres COV sont libérés sans but précis. Ils sont simplement un sous-produit de l'évaporation ou d'une myriade d'autres activités se déroulant dans les communautés microbiennes.

Donc, les gaz de pergélisol que nous avons observés dans notre expérience étaient essentiellement des produits d'une ancienne communication bactérienne et d'une activité métabolique.

Alors que l'activité bactérienne dans le pergélisol est très faible, ces gaz peuvent s'accumuler sur une longue période. Au fur et à mesure qu'ils s'accumulent, ils se retrouvent piégés dans ces anciens sols de pergélisol, qui peut avoir des millions d'années et finir par accumuler une quantité substantielle de gaz. Cela pourrait expliquer le grand dégagement rapide de gaz que nous avons observé au dégel.

Bar gratuit dans le pergélisol

Sur les centaines de COV que nous avons mesurés, l'éthanol s'est particulièrement distingué, car il représentait 50 pour cent de la masse libérée par le dégel du pergélisol.

Le gaz éthanol indique des processus de fermentation dans le pergélisol gelé. La quantité d'éthanol libérée était impressionnante et met en évidence la vulnérabilité du pergélisol et l'impact possible que ce réservoir de carbone pourrait avoir sur la chimie globale de l'atmosphère.

Si nous en tant que planète, négliger de réduire les émissions de gaz à effet de serre, ensuite, le réchauffement climatique qui s'ensuivra entraînera probablement le dégel de 40 à 80 % des sols de pergélisol près de la surface d'ici la fin de ce siècle.

En supposant que tous les sols de pergélisol émettent la même quantité d'éthanol que nous l'avons observé, le réchauffement climatique entraînera la libération de 1, 000 milliards de tonnes d'éthanol. Cela équivaut à 21, 500 ans d'émissions de trafic d'une ville de la taille de Los Angeles, la ville la plus congestionnée au monde, en supposant que toutes les voitures utilisaient de l'éthanol comme essence.

Comme au moins une partie de la population humaine, les bactéries consomment également avidement de l'éthanol. Le pergélisol est recouvert d'une couche de sol qui dégèle chaque été, la « couche active ». La couche de sol active abrite une communauté microbienne active prête à boire sur les gaz COV du pergélisol comme l'éthanol, car ils diffusent vers le haut pour atteindre l'atmosphère.

COV au menu

Nous avons pu observer ces gaz parce que nous avons creusé dans le pergélisol profond et les avons physiquement remontés à la surface. À ce moment-là, le sol gelé a dégelé et les gaz ont été libérés.

Mais que se passerait-il dans la « vraie vie », si les gaz n'étaient pas physiquement perturbés de cette manière ? Atteindraient-ils encore la surface si on les laissait diffuser seuls jusqu'à la surface ?

Alors que les COV sont libérés par certaines bactéries, ils pourraient être de la nourriture pour les autres. La question était donc de savoir si les gaz COV du pergélisol seraient consommés par des micro-organismes vivant dans la couche active du sol, et ainsi empêché d'atteindre l'atmosphère ?

Pour tester cela, nous avons mis en place une autre expérience, dans lequel nous avons comparé la libération de COV des pots Mason avec du pergélisol seul à des pots Mason contenant à la fois du pergélisol et une couche de sol active.

Nous avons vu que la couche active était colonisée par des micro-organismes assoiffés, car presque tous les COV du pergélisol n'avaient jamais traversé la couche active du sol.

Cela signifie-t-il alors, que les COV libérés par le pergélisol n'affecteront pas l'atmosphère ?

Préférablement pas. L'Arctique connaît actuellement un réchauffement climatique deux fois plus rapide que le reste de la planète, et cela signifie que le pergélisol fond à une vitesse croissante.

Le gel et le dégel périodiques sont des processus puissants qui provoquent des glissements de terrain et poussent des couches de sol plus profondes à la surface. Un tel remodelage du paysage expose les sols de pergélisol gelés à un contact direct avec l'atmosphère, ce qui permet aux COV de contourner les bactéries assoiffées.

Le sol coule ?

Nous avons également découvert un autre processus important :c'est-à-dire la capacité des bactéries à consommer de grandes quantités de COV dans le sol au-dessus du pergélisol, même à basse température.

Comme les bactéries, les arbres et autres plantes utilisent des COV à des fins de communication et de défense. Et effectivement, La libération de COV par les plantes est 10 à 1000 fois plus élevée que celle du sol.

Les COV émis par la végétation tourbillonnent dans l'air près du sol, avant d'atteindre la haute atmosphère. Mais que se passe-t-il lorsque ces COV atterrissent brièvement à la surface du sol ?

Si le sol absorbe efficacement les COV émis par les plantes et réduit ainsi le rejet net de COV dans l'atmosphère, cela pourrait avoir des conséquences sur les COV dans l'atmosphère.

Les COV affectent l'atmosphère de plusieurs manières, dont beaucoup ne sont pas entièrement compris. Par exemple, lorsqu'ils sont mélangés aux gaz d'échappement de la circulation, les COV contribuent à la production de pollution atmosphérique. Ils peuvent également se coller les uns aux autres pour former de minuscules particules et même des nuages, qui peut refroidir la planète. D'autre part, Les COV peuvent également augmenter les concentrations de méthane et d'ozone atmosphériques, qui sont tous deux de puissants gaz à effet de serre.

Donc, à l'heure actuelle, nous menons des expériences en laboratoire pour déterminer précisément comment les COV sont libérés du pergélisol dans différentes situations afin de comprendre comment cela pourrait changer à l'avenir à mesure que le climat continue de se réchauffer.

Les COV atténuent ou accélèrent le réchauffement climatique

Les climatologues s'intéressent aux COV, car ils peuvent altérer l'équilibre physique et chimique de l'atmosphère.

Selon les composés spécifiques, conditions météorologiques, et avec quels autres gaz ils sont mélangés dans l'air, Les COV peuvent avoir un effet de réchauffement ou de refroidissement sur le climat.

Les COV facilitent la croissance des particules atmosphériques et induisent la formation de nuages ​​qui refroidissent le climat en réfléchissant le rayonnement solaire vers l'espace.

D'autre part, Les COV peuvent contribuer à la formation d'ozone troposphérique, qui est un gaz à effet de serre. Les réactions auxquelles participent les COV peuvent également prolonger la durée de vie du méthane, un autre gaz à effet de serre. Cela a le potentiel d'amplifier le réchauffement climatique.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de ScienceNordic, la source de confiance pour les nouvelles scientifiques en anglais des pays nordiques. Lisez l'histoire originale ici.