Les émissions mondiales de carbone ont atteint un niveau record en 2018, augmentant d'environ 3,4 % aux États-Unis seulement. Cette tendance rend les scientifiques, des représentants du gouvernement, et les leaders de l'industrie plus soucieux que jamais de l'avenir de notre planète. Comme l'a déclaré le secrétaire général des Nations Unies António Guterres à l'ouverture de la 24e conférence annuelle des Nations Unies sur le climat le 3 décembre, "Nous avons de gros problèmes avec le changement climatique."

Une étude Columbia Engineering, publié aujourd'hui dans La nature , confirme l'urgence de lutter contre le changement climatique. Bien que l'on sache que les phénomènes météorologiques extrêmes peuvent affecter la variabilité d'une année à l'autre de l'absorption de carbone, et certains chercheurs ont suggéré qu'il pourrait y avoir des effets à plus long terme, cette nouvelle étude est la première à quantifier réellement les effets au cours du 21e siècle et démontre que les années plus humides que la normale ne compensent pas les pertes d'absorption de carbone pendant les années plus sèches que la normale, causées par des événements tels que des sécheresses ou des vagues de chaleur.

Les émissions anthropiques de CO2—émissions causées par les activités humaines—augmentent la concentration de CO2 dans l'atmosphère terrestre et produisent des changements artificiels dans le système climatique de la planète. Les effets de ces émissions sur le réchauffement climatique ne sont que partiellement atténués par les terres et les océans. Actuellement, l'océan et la biosphère terrestre (forêts, savanes, etc.) absorbent environ 50 % de ces rejets, ce qui explique le blanchissement des récifs coralliens et l'acidification de l'océan, ainsi que l'augmentation du stockage de carbone dans nos forêts.

"C'est flou, cependant, si la terre peut continuer à absorber les émissions anthropiques aux taux actuels, " dit Pierre Gentine, professeur agrégé de génie de la terre et de l'environnement et affilié à l'Earth Institute, qui a dirigé l'étude. « Si la terre atteint un taux d'absorption de carbone maximum, le réchauffement climatique pourrait s'accélérer, avec des conséquences importantes pour l'homme et l'environnement. Cela signifie que nous devons tous vraiment agir maintenant pour éviter de plus grandes conséquences du changement climatique. »

Travailler avec son doctorat. étudiante Julia Green, Gentine a voulu comprendre comment la variabilité du cycle hydrologique (sécheresses et crues, et les tendances d'assèchement à long terme) affectait la capacité des continents à piéger une partie des émissions de CO2. La recherche est particulièrement opportune car les climatologues ont prédit que les événements extrêmes augmenteront probablement en fréquence et en intensité à l'avenir, dont certains dont nous sommes déjà témoins aujourd'hui, et qu'il y aura également un changement dans les régimes de précipitations qui affectera probablement la capacité de la végétation de la Terre à absorber le carbone.

Pour définir la quantité de carbone stocké dans la végétation et le sol, Gentine et Green ont analysé la productivité nette du biome (NBP), défini par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat comme le gain ou la perte net de carbone d'une région, égal à la production nette de l'écosystème moins la perte de carbone due à des perturbations telles qu'un incendie de forêt ou une récolte forestière.

Les chercheurs ont utilisé les données de quatre modèles du système terrestre issus des expériences GLACE-CMIP5 (Global Land Atmosphere Coupling Experiment—Coupled Model Intercomparison Project), mener une série d'expériences pour isoler les réductions de NBP qui sont dues strictement aux changements d'humidité du sol. Ils ont pu isoler les effets des changements dans les tendances à long terme de l'humidité du sol (c. les effets d'événements extrêmes tels que les inondations et les sécheresses) sur la capacité des terres à absorber le carbone.

"Nous avons vu que la valeur du NBP, en l'occurrence un gain net de carbone à la surface du sol, serait en fait presque deux fois plus élevé sans ces changements (variabilité et tendance) de l'humidité du sol, " dit Vert, l'auteur principal du journal. « C'est un gros problème ! Si l'humidité du sol continue de réduire le NBP au rythme actuel, et le taux d'absorption de carbone par la terre commence à diminuer d'ici le milieu de ce siècle - comme nous l'avons constaté dans les modèles - nous pourrions potentiellement voir une forte augmentation de la concentration de CO2 atmosphérique et une augmentation correspondante des effets du réchauffement climatique et changement climatique."

Gentine et Green notent que la variabilité de l'humidité du sol réduit considérablement le puits de carbone terrestre actuel, et leurs résultats montrent que la variabilité et les tendances d'assèchement la réduisent à l'avenir. En quantifiant l'importance critique de la variabilité sol-eau pour le cycle du carbone terrestre, et la réduction de l'absorption de carbone due aux effets de ces changements d'humidité du sol, les résultats de l'étude soulignent la nécessité de mettre en œuvre une modélisation améliorée de la réponse de la végétation au stress hydrique et au couplage terre-atmosphère dans les modèles du système Terre afin de contraindre le futur flux de carbone terrestre et de mieux prédire le climat futur.

"Essentiellement, s'il n'y avait pas de sécheresse et de canicule, s'il n'y avait pas de séchage à long terme au cours du siècle prochain, alors les continents pourraient stocker presque deux fois plus de carbone qu'aujourd'hui, " dit Gentine. " Parce que l'humidité du sol joue un si grand rôle dans le cycle du carbone, dans la capacité de la terre à absorber le carbone, il est essentiel que les processus liés à sa représentation dans les modèles deviennent une priorité de recherche."

Il existe encore une grande incertitude sur la façon dont les plantes réagissent au stress hydrique, Ainsi Green et Gentine poursuivront leurs travaux sur l'amélioration des représentations de la réponse de la végétation aux changements d'humidité du sol. Ils se concentrent maintenant sur les tropiques, une région pleine d'inconnues, et le plus grand puits de carbone terrestre, pour déterminer comment l'activité de la végétation est contrôlée à la fois par les changements d'humidité du sol et par la sécheresse atmosphérique. Ces résultats fourniront des orientations sur l'amélioration de la représentation du stress hydrique des plantes dans les tropiques.

"Cette étude est très précieuse car elle met en lumière l'importance de l'eau pour l'absorption de carbone par la biosphère, " dit Chris Schwalm, chercheur associé au Woods Hole Research Center et expert en changement environnemental global, sensibilité au cycle du carbone et cadres de modélisation qui n'ont pas participé à l'étude. "Il expose également des aspects sous-développés de la modélisation du système Terre tels que les processus liés au stress hydrique de la végétation et à l'humidité du sol, qui peuvent être ciblés lors du développement du modèle pour une meilleure capacité de prévision dans le contexte du changement environnemental mondial. »