Pergélisol, le sous-sol gelé en permanence dans les régions les plus septentrionales de la Terre, a collecté et stocké des matières végétales et animales bien avant la dernière période glaciaire. La décomposition d'une partie de cette matière organique libère naturellement du dioxyde de carbone (CO 2 ) dans l'atmosphère toute l'année, où il est absorbé par la croissance des plantes pendant les mois les plus chauds.

Cette région, appelé la région du pergélisol du nord, est difficile à étudier, et les expériences sont rares par rapport à celles menées dans des endroits plus chauds et moins éloignés. Cependant, une nouvelle synthèse qui intègre des ensembles de données recueillies sur plus de 100 sites d'étude de l'Arctique par des dizaines d'institutions, y compris le Laboratoire national d'Argonne du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), suggère qu'à mesure que les températures mondiales augmentent, la décomposition de la matière organique dans le sol du pergélisol pendant les mois d'hiver peut être considérablement plus importante qu'on ne le pensait auparavant. Les nouveaux chiffres indiquent une libération de CO 2 qui dépasse de loin la consommation estivale correspondante.

Plus important encore, lors de la modélisation du bilan carbone à l'aide de la grande collection de données, les scientifiques ont découvert que le CO 2 libérés par le sol du pergélisol en hiver pourraient augmenter de 41 % d'ici 2100 si les émissions de gaz à effet de serre d'origine humaine se poursuivent à leur rythme actuel.

L'étude, Publié dans Nature Changement Climatique en octobre dernier, est l'étude la plus complète sur ce phénomène à ce jour. Il met en évidence le besoin de plus de recherches sur le CO net de la région du pergélisol 2 émissions, et il démontre l'impact significatif que ces émissions pourraient avoir sur l'effet de serre et le réchauffement climatique.

L'étude rassemble une combinaison de mesures sur le terrain et d'études en laboratoire - ou incubations de sol - comme celles réalisées à Argonne. Pour mieux comprendre comment le réchauffement futur pourrait affecter le CO 2 émissions dans les régions de pergélisol, les scientifiques d'Argonne ont échantillonné une variété de sols de pergélisol et surveillé le CO 2 rejeter à une plage de températures contrôlées en laboratoire au-dessus et au-dessous du point de congélation qui imitent les conditions arctiques typiques. Les chercheurs voulaient identifier comment différentes propriétés du sol ou d'autres facteurs influencent le taux de décomposition et le CO 2 libération des sols gelés et dégelés - des informations qui pourraient aider à améliorer les modèles climatiques et du système terrestre.

"Les modèles du système climatique et terrestre traitent souvent ces CO du pergélisol hivernal 2 émissions comme insignifiantes voire inexistantes, " dit Roser Matamala, un scientifique de la division des sciences de l'environnement d'Argonne et un contributeur à l'étude. "Mais cette étude, avec son grand volume de données s'étendant sur plusieurs saisons, montre que la respiration hivernale est substantielle et significative. L'étude devrait convaincre les modélisateurs que ce flux de carbone hivernal vers l'atmosphère ne peut plus être ignoré. Ce n'est pas petit, et il faut en tenir compte."

La région nord du pergélisol couvre environ 15 % de la superficie terrestre de la Terre, s'étendant du littoral de l'océan Arctique à une grande partie de l'Alaska, nord du Canada et nord de l'Eurasie. Le sol toujours gelé de ces régions contient plus de carbone que les humains n'en ont jamais libéré, et environ un tiers du carbone stocké dans tout le sol de la Terre existe dans cette région.

Pendant l'été, les plantes dont les racines poussent dans un sol dégelé au-dessus du sous-sol gelé en permanence absorbent le CO 2 lors de la photosynthèse. À la fois, les microbes libèrent du CO 2 dans l'atmosphère car ils décomposent activement la matière organique du sol. En hiver, lorsque le sol de surface et le pergélisol sous-jacent sont tous deux gelés, le taux de décroissance et la quantité de CO 2 renvoyée dans l'atmosphère diminue considérablement. Encore, une petite quantité d'activité microbienne continue de décomposer une partie de la matière organique contenue dans films d'eau non gelés entourant les particules de sol, libérer de plus petites quantités de CO 2 . Pendant des années, cet équilibre a été incliné vers une plus grande absorption plutôt que la libération de CO 2 , mais cette étude indique que la perte de CO 2 des sols du pergélisol à l'atmosphère sur l'ensemble de l'année est maintenant supérieure à son absorption pendant l'été.

"Les sols arctiques ont retenu des quantités disproportionnées de matière organique parce que les conditions de gel ralentissent considérablement la décomposition microbienne des racines et des feuilles des plantes mortes, " a déclaré Julie Jastrow, spécialiste des sols d'Argonne et contributrice à l'étude. " Mais tout comme les aliments dans le compartiment congélateur d'un réfrigérateur se gâteront plus rapidement que dans un congélateur coffre, la température des sols gelés de façon saisonnière et du pergélisol affecte la quantité d'activité microbienne et de décomposition. »

Selon les scientifiques d'Argonne, l'activité microbienne peut augmenter de façon exponentielle à mesure que la hausse des températures mondiales réchauffe le pergélisol à des niveaux juste en dessous de zéro. Même avant le dégel du pergélisol, l'accélération de l'activité microbienne dans le sol du pergélisol provoque une accélération de son CO 2 émissions.

Sur la base de ces résultats et d'une mise à l'échelle dans l'Arctique, les auteurs estiment qu'environ 1,7 milliard de tonnes de CO 2 sont libérés pendant les saisons d'hiver en cours, mais que seulement 1 milliard de tonnes métriques seraient absorbées par les photosynthétiseurs pendant les mois d'été.

Les modèles informatiques ont également montré que si les humains devaient atténuer leurs propres émissions, même de manière minimale, hiver CO 2 les émissions dans la région du pergélisol augmenteraient encore de 17 % d'ici 2100.