Le projet Spruce and Peatland Responses Under Changing Environments utilise une série d'enceintes pour exposer les tourbières à des températures et au dioxyde de carbone élevés. Crédit :Misha Krassovski/ORNL, Département américain de l'énergie
Des scientifiques du laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie ont démontré une relation directe entre le réchauffement climatique et la perte de carbone dans un écosystème de tourbière. Leur étude publiée dans AGU Avances donne un aperçu des futurs potentiels où d'importantes réserves de carbone dans les tourbières pourraient être libérées dans l'atmosphère sous forme de gaz à effet de serre.
Les tourbières couvrent actuellement environ 3 % de la masse continentale de la Terre et contiennent au moins un tiers du carbone du sol mondial, soit plus de carbone que celui stocké dans les forêts du monde.
Les tourbières sont particulièrement efficaces pour emprisonner le carbone à cause du froid, mouiller, conditions acides qui préservent des couches de plusieurs mètres de profondeur de matière végétale ancienne. Les scientifiques se sont beaucoup intéressés à ces énormes réserves de carbone, questionner combien et à quelle vitesse le plus chaud, des conditions plus sèches dans une tourbière peuvent déclencher des processus microbiens qui libèrent du carbone sous forme de dioxyde de carbone et de méthane dans l'air, favoriser le cycle de réchauffement car les gaz piègent la chaleur dans l'atmosphère.
Entrez les réponses du DOE sur les épinettes et les tourbières dans des environnements changeants, ou projet SPRUCE, une expérience unique de manipulation de l'ensemble de l'écosystème dans les forêts du nord du Minnesota. SPRUCE utilise une série d'enclos pour exposer de grandes parcelles de tourbières à cinq températures différentes, avec la plus chaude des chambres connaissant une augmentation d'environ 16 degrés Fahrenheit au-dessus et profondément sous terre. La moitié des enclos ont également reçu des niveaux élevés de dioxyde de carbone.
Les scientifiques ont utilisé les enclos expérimentaux SPRUCE pour enregistrer la perte nette de carbone des parcelles chauffées dans les tourbières du Minnesota. Crédit :Misha Krassovski/ORNL, Département américain de l'énergie
Cette expérience futuriste permet aux scientifiques de mesurer les effets de conditions que cet écosystème n'a jamais connues auparavant, donnant un aperçu des futurs climats potentiels.
"En raison de l'investissement du DOE dans une expérience à grande échelle, nous avons pu étudier le réchauffement de l'ensemble de l'écosystème sur une plage de températures qui ne peut pas être extrapolée à partir de données historiques, " a déclaré Paul Hanson, Ecologiste ORNL et coordinateur du projet SPRUCE. « Ce faisant, nous avons la preuve que des pertes de carbone seront anticipées pour les systèmes de tourbières en évolution rapide à l'avenir. »
Hanson et ses collègues ont examiné trois années de données SPRUCE, suivre les changements dans la croissance des plantes, niveaux d'eau et de tourbe, activité microbienne, la croissance des racines fines et d'autres facteurs qui contrôlent le mouvement du carbone dans et hors de l'écosystème. Ensemble, ces apports et ces extrants constituent ce que l'on appelle le budget carbone.
L'étude a révélé qu'en seulement trois ans, toutes les parcelles de tourbières réchauffées sont passées d'accumulateurs de carbone à émetteurs de carbone, ce qui marque la première fois que des parcelles d'écosystème entier ont été utilisées pour documenter de tels changements. Ce changement fondamental dans la nature de la tourbière s'est produit même au niveau de réchauffement le plus modeste (environ 4 degrés F au-dessus de la température ambiante), et a montré des taux de perte de carbone cinq à près de 20 fois plus rapides que les taux d'accumulation historiques.
Les enclos SPRUCE hautement instrumentés ont mesuré le mouvement du carbone à travers les tourbières, enregistrement que les tourbières réchauffées sont passées d'accumulateurs de carbone à émetteurs de carbone. Crédit :ORNL, Département américain de l'énergie
Des températures plus chaudes se traduisant directement par des émissions de carbone plus importantes, la plus chaude des parcelles chauffées expérimentalement émettant le plus de dioxyde de carbone et de méthane. Les scientifiques ont été surpris de trouver une relation aussi linéaire entre la chaleur et la perte de carbone.
"C'est une relation très étroite pour les données biologiques, " Hanson a déclaré. "Ces résultats étaient dans la gamme des hypothèses que nous nous sommes permis de penser, mais la sensibilité de la perte de carbone à la température était un peu surprenante."
Le déclin de la sphaigne, une espèce clé de cet écosystème, contribué notamment à la perte nette de carbone. Une étude précédente du collègue de l'ORNL, Richard Norby, a détaillé le rôle de la sphaigne dans l'accumulation de carbone dans la tourbe et sa dégradation potentiellement irréversible à mesure que le réchauffement assèche les tourbières.
Les données SPRUCE informeront un nouveau modèle de zone humide pour une utilisation potentielle dans le projet de modèle du système terrestre à l'échelle exascale du DOE, qui utilise le calcul haute performance pour simuler et prédire les changements environnementaux importants pour le secteur de l'énergie. Le modèle des zones humides a prédit avec précision les effets de la température, mais a surestimé l'impact du dioxyde de carbone élevé par rapport aux données SPRUCE, qui n'a montré aucun effet significatif au niveau de l'écosystème après trois ans de traitement.
