Imaginez 500 millions de voitures empilées en rangées. C'est la quantité de carbone - environ 1, 000 pétagrammes, ou un milliard de tonnes métriques—est enfermé dans le pergélisol arctique.

Actuellement, les scientifiques estiment que 5 à 15 % du carbone stocké dans les sols de pergélisol de surface pourrait être émis sous forme de gaz à effet de serre dioxyde de carbone d'ici 2100, compte tenu de la trajectoire actuelle du réchauffement climatique. Cette émission, stimulé par l'action microbienne, pourrait conduire à 0,3 à 0,4 degrés Celsius de réchauffement climatique supplémentaire.

Mais cette estimation manque un chemin crucial par lequel le dioxyde de carbone pourrait entrer dans l'atmosphère :la lumière du soleil.

Selon une étude de l'Université du Michigan, le carbone organique contenu dans le dégel des sols de pergélisol déversés dans les lacs et les rivières peut être converti en dioxyde de carbone par la lumière du soleil, un processus connu sous le nom de photominéralisation.

La recherche, dirigé par la géochimiste aquatique Rose Cory, a découvert que le carbone organique provenant du dégel du pergélisol est très sensible à la photominéralisation par la lumière ultraviolette et visible, et pourrait contribuer 14% supplémentaire de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. L'étude de son équipe est publiée dans la revue Lettres de recherche géophysique .

"Ce n'est que récemment que les modèles climatiques mondiaux ont inclus les gaz à effet de serre provenant du dégel des sols du pergélisol. Mais aucun d'entre eux ne contient cette voie de rétroaction, " dit Cory, professeur agrégé de sciences de la terre et de l'environnement.

"Pour obtenir un chiffre sur la quantité de carbone qui pourrait être libérée des sols du pergélisol par oxydation, nous devons comprendre quels sont les processus et quelle est l'échelle de temps :peut-être que ce carbone est tellement résistant à l'oxydation que, même décongelé, il se déverserait simplement dans l'océan Arctique et serait enterré dans un autre congélateur. »

Cette voie a été débattue car il est difficile de mesurer comment la lumière du soleil dégrade le carbone du sol. Chaque longueur d'onde de la lumière a un effet différent sur le carbone organique du sol, tout comme le niveau de fer dans le sol. Pour mesurer avec précision comment le dioxyde de carbone est émis lorsque le carbone organique est exposé à la lumière du soleil, Le co-auteur de Cory, Collin Ward, un scientifique à la Woods Hole Oceanographic Institution et un ancien de l'UM, a développé une méthode pour mesurer l'effet de chaque longueur d'onde sur le carbone organique du sol. Pour faire ça, il a construit un nouvel instrument qui utilise des lumières LED pour imiter différentes longueurs d'onde du soleil.

"Cette nouvelle méthode à base de LED permet de comprendre beaucoup plus facilement et moins cher comment les réactions induites par la lumière varient pour différentes longueurs d'onde du soleil, " Ward a déclaré. "Après avoir construit l'instrument, j'ai immédiatement appelé Rose et lui ai dit que je voulais d'abord l'utiliser sur des échantillons de pergélisol."

Les chercheurs ont placé dans l'instrument du carbone organique lixivié à partir d'échantillons de sol provenant de six emplacements arctiques, puis soumis les échantillons à la lumière LED. Après l'exposition à la lumière, ils ont extrait le dioxyde de carbone par cryogénie et ont utilisé un spectromètre de masse pour mesurer l'âge et la quantité de dioxyde de carbone émis par le carbone du sol.

Ils ont découvert que non seulement la longueur d'onde de la lumière solaire avait un impact sur la quantité de dioxyde de carbone libérée, la quantité de fer dans l'échantillon a fait de même. Le fer a agi comme catalyseur, augmenter la réactivité du sol.

"Ce que nous soupçonnons depuis longtemps, c'est que le fer catalyse ce processus induit par la lumière du soleil, et c'est exactement ce que montrent nos résultats, " Cory a dit. " Comme la quantité totale de fer augmente, la quantité de dioxyde de carbone augmente."

L'équipe de Cory a également utilisé la datation au carbone pour vieillir le carbone organique du sol et le dioxyde de carbone émis pour démontrer que cette oxydation se produisait dans l'ancien pergélisol, pas seulement un sol qui dégèle chaque année. Ceci est important parce que le sol qui dégèle chaque année libérerait une quantité beaucoup plus petite de dioxyde de carbone que ce qui est disponible dans le pergélisol.

Les chercheurs ont constaté qu'il se situait entre 4, 000 et 6, 300 ans, et en démontrant l'âge du sol, ils montrent que le carbone du pergélisol est sensible, ou labile, à l'oxydation en dioxyde de carbone.

"Non seulement nous avons la première mesure spécifique à la longueur d'onde de cette réaction provoquée par la lumière du soleil, mais nous avons la vérification que c'est du vieux carbone qui est oxydé en dioxyde de carbone, " Cory a déclaré. "Nous pouvons dissiper tout doute que la lumière du soleil oxydera le vieux carbone et nous montrons ce qui contrôle ce processus - c'est le fer qui catalyse l'oxydation solaire du carbone ancien (ou ancien)."

L'inclusion des découvertes de l'équipe U-M dans les modèles de changement climatique signifie que, de manière prudente, il pourrait y avoir une libération de 6 % des 100 milliards de tonnes métriques de carbone actuellement stockées dans le pergélisol arctique. Si 6 % ne semble pas beaucoup, Considérez que c'est l'équivalent carbone d'environ 29 millions de voitures s'évaporant dans l'atmosphère.