Cet été, L'Alaska a connu des températures record et des incendies de forêt dévastateurs. Si de tels événements deviennent plus fréquents, quel impact cela pourrait-il avoir sur nos forêts les plus septentrionales? Une équipe de chercheurs dirigée par le Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du ministère de l'Énergie a prévu que la combinaison du changement climatique et de l'augmentation des incendies de forêt entraînerait l'éviction des emblématiques conifères à feuilles persistantes de l'Alaska au profit des feuillus à feuilles caduques, qui perdent leurs feuilles de façon saisonnière.

En utilisant un modèle d'écosystème bien testé appelé ecosys, ils ont prédit que d'ici l'an 2100, la dominance relative des conifères à feuilles persistantes (épinette noire) diminuera de 25 % et que les plantes herbacées non ligneuses telles que la mousse et le lichen diminueront de 66 %. tandis que les feuillus à feuilles caduques (tremble) deviendront dominants, presque le double de la prévalence. Avec des baisses aussi importantes, ce changement de végétation aura très probablement des répercussions sur l'ensemble de l'écosystème et du climat.

« L'expansion des forêts de feuillus à feuilles caduques dans un climat plus chaud peut entraîner plusieurs rétroactions écologiques et climatiques qui affectent le cycle du carbone des écosystèmes nordiques, " dit Zelalem Mekonnen, un boursier postdoctoral de Berkeley Lab qui était le premier auteur de l'étude.

Le papier, "Expansion des forêts de feuillus de haute latitude entraînée par les interactions entre le réchauffement climatique et le feu, " a été publié aujourd'hui dans Plantes naturelles . L'étude a été financée dans le cadre de l'Office of Science du DOE par le biais du projet Next-Generation Ecosystem Experiment—Arctic et comprenait des co-auteurs de l'UC Irvine, l'Université de l'Alberta, et Woods Hole Research Center. NGEE-Arctic cherche à acquérir une compréhension prédictive de la rétroaction de l'écosystème terrestre de l'Arctique sur le climat et est une collaboration entre les scientifiques du Oak Ridge National Laboratory, Laboratoire de Berkeley, Laboratoire national de Los Alamos, Laboratoire national de Brookhaven, et l'Université d'Alaska Fairbanks.

"Nous prévoyons que le système forestier restera un puits net de carbone, ce qui signifie qu'il absorbera plus de carbone qu'il n'en émet, " a déclaré le co-auteur William J. Riley, chercheur principal dans le domaine des sciences de la Terre et de l'environnement du Berkeley Lab. "Mais s'agira-t-il plus ou moins d'un puits ? Notre prochaine étude quantifiera les bilans du carbone et de l'énergie de surface. Cette étude s'est davantage concentrée sur la façon dont les types de végétation devraient changer."

Les changements dans le type de couvert forestier affecteront de nombreux processus écosystémiques importants. Par exemple, une augmentation des feuillus feuillus, qui perdent leurs feuilles chaque année, contrairement aux conifères, pourrait entraîner une décomposition microbienne plus rapide et une transpiration accrue (la perte d'humidité à travers les feuilles); ces deux processus introduisent des rétroactions amplificatrices au réchauffement climatique. D'autre part, une réflectance de surface plus élevée peut avoir un effet de refroidissement lorsque plus de neige est exposée en raison de moins d'arbres à feuilles persistantes; quoi de plus, les arbres à feuilles caduques sont moins inflammables que les arbres à feuilles persistantes. Les chercheurs ont prédit des effets modestes sur les bilans nets de carbone et analyseront cela plus en détail dans des travaux futurs.

Riley a ajouté que l'étude comprenait de nombreuses étapes pour confirmer que les résultats d'ecosys étaient valides. « Nous avons évalué les performances du modèle par rapport à de nombreuses observations actuelles de la couverture forestière et des mesures du cycle du carbone, et contre les changements à long terme sous la variation naturelle du climat, " il a dit.

Le feu et le réchauffement climatique pourraient altérer les forêts d'ici 40 ans

Le changement climatique frappe particulièrement durement les latitudes septentrionales en raison du phénomène d'amplification arctique, une rétroaction positive qui fait augmenter les températures plus rapidement que la moyenne mondiale. Alors que les températures mondiales moyennes devraient augmenter d'environ 4 degrés Celsius d'ici 2100 dans un scénario « business as usual », certaines études récentes prédisent des augmentations beaucoup plus importantes pour l'Arctique.

La mesure dans laquelle les incendies augmenteront est encore plus incertaine. Les chercheurs ont donc modélisé quatre scénarios, d'une augmentation nulle de la superficie brûlée jusqu'à une augmentation de 150 % d'ici 2100. Les scénarios ont été tirés d'études publiées qui tenaient compte de facteurs tels que les températures plus chaudes et l'augmentation du nombre de coups de foudre.

Ce que l'on sait des incendies, ce sont les impacts qu'ils ont sur l'écosystème forestier. "Les feux approfondissent la couche active, qui est la zone de sol qui n'est pas gelée, " a déclaré Riley. " Cela conduit à une augmentation des éléments nutritifs du sol disponibles pour les plantes. L'augmentation des éléments nutritifs du sol favorise les plantes à feuilles caduques, c'est l'une des raisons pour lesquelles nous prévoyons qu'ils s'en sortiront si bien dans un climat qui se réchauffe. Une plus grande couverture d'arbres à feuilles caduques s'est produite sous les climats précédents; études paléoécologiques des 10 dernières, 000 ans suggèrent que les forêts d'Alaska ont subi des changements similaires dans les espèces d'arbres dominantes."

Un autre facteur qui favorise les feuillus à feuilles caduques par rapport aux conifères à feuilles persistantes est que leurs feuilles se décomposent plus rapidement, conduisant à un renouvellement plus rapide du carbone, qui détermine les nutriments disponibles dans l'écosystème. "Comme vous obtenez un chiffre d'affaires plus rapide, vous obtenez plus de plantes à feuilles caduques, " dit Riley. " C'est un mécanisme qui s'auto-renforce. "

Bien que des études antérieures aient examiné l'impact du changement climatique sur les forêts boréales, Riley a déclaré que c'était le premier à considérer les interactions complexes entre les plantes, sol, et les nutriments—à la fois au-dessus et au-dessous du sol—et comment ils évoluent au fil du temps. "Cette étude est une explication plus détaillée et mécaniste de ces processus, " il a dit.

D'autres facteurs qui favorisent les feuillus à feuilles caduques dans un futur climat plus chaud sont leur plus grande capacité de régénération des semis après le feu et leur capacité à croître rapidement et ainsi rivaliser pour la lumière. "Les plantes ont des stratégies différentes pour survivre dans des conditions environnementales différentes, " a déclaré Mekonnen.

L'étude a révélé que le changement climatique et l'augmentation des incendies étaient nécessaires pour produire la dominance des feuillus à feuilles caduques. Dans tous les scénarios d'incendie testés où les incendies ont augmenté, ce changement devait se produire vers 2058. Si le réchauffement se produisait sans augmentation des incendies ou vice versa, le modèle a révélé que les conifères à feuilles persistantes sont restés le type d'arbre dominant en Alaska tout au long du 21e siècle.

Une autre composante forestière qui sera touchée est la faune. "Les feuillus à feuilles larges ont une grande canopée qui recouvre la végétation sous-jacente, couverture végétale herbacée potentiellement décroissante. Ces plantes, surtout la mousse, sont un fourrage très important pour la faune, " a déclaré Mekonnen.

Quoi de plus, la technique de modélisation peut être utilisée pour étudier comment le changement climatique et les incendies affecteront d'autres zones géographiques. « Notre approche de modélisation est applicable à d'autres régions nordiques car les mécanismes fondamentaux qui contrôlent ces dynamiques sont similaires partout, " a déclaré Mekonnen.