Les montagnes libèrent la même quantité de carbone chaque année que les volcans – environ 100 mégatonnes – et pourtant nous en savons très peu sur le processus. Comprendre ces émissions pourrait nous en dire plus sur leurs effets sur le climat, à la fois dans le passé et dans le futur.

Les plaques tectoniques mouvantes sous la surface de la Terre créent des volcans, qui éclatent dans une profusion de gaz et de roche en fusion. Mais lorsque les assiettes se déplacent lentement avec le temps, ils donnent également naissance à des montagnes et soulèvent de la matière émettrice de carbone qui est enfouie sous la surface depuis des millénaires.

Alors que les humains pompent des quantités sans précédent de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, les chercheurs s'efforcent de comprendre comment fonctionne le cycle naturel du carbone, et comment il sera affecté non seulement par l'augmentation du carbone dans l'atmosphère, mais la hausse des températures et l'évolution des conditions météorologiques du changement climatique mondial.

Depuis des millions d'années, le carbone est resté piégé dans la roche des montagnes. Une partie se trouvait autrefois dans les coquilles de minuscules organismes sur les fonds marins ou d'arbres morts enfouis sous le poids de la terre qui s'est cimentée dans la roche au fil du temps. Mais alors que les plaques tectoniques de la Terre se déplacent au fil des millénaires, des plaques de roche qui gisaient autrefois au fond de l'océan se sont effondrées, fléchis ou s'élevèrent jusqu'aux hautes hauteurs des montagnes.

"Quand ces roches sont exposées près de la surface, l'oxygène de l'air et de l'eau peut réagir avec la matière organique de ces roches et libérer le carbone sous forme de dioxyde de carbone, " a expliqué le professeur Robert Hilton, géologue à l'Université de Durham, ROYAUME-UNI. "C'est comme si la Terre respirait, cette consommation de matière organique et une libération lente."

La vie telle que nous la connaissons repose sur le carbone, et son mouvement entre la terre, les océans et l'atmosphère s'appelle le « cycle du carbone ».

Le professeur Hilton dirige un projet appelé ROC-CO 2 qui vise à quantifier la contribution du carbone organique des roches de montagne à ce cycle naturel du carbone.

Dans les modèles précédents, on pensait que les montagnes emprisonnaient le carbone de l'atmosphère. L'acide carbonique et l'eau érodent les minéraux et les roches, et le carbone s'écoule finalement vers l'océan via les rivières. Mais la libération de carbone organique par l'érosion pourrait réduire la quantité de carbone que nous supposons être retirée de l'atmosphère. Ces contributions - et savoir comment elles vont changer à mesure que la planète se réchauffe - sont importantes pour comprendre quel monde nous vivrons dans un siècle.

Cycle

Il existe de nombreuses lacunes dans notre compréhension du cycle du carbone, principalement sur les processus qui se produisent sur terre plutôt que dans les océans, selon le professeur Susan Trumbore, directeur de l'Institut Max Planck de biogéochimie en Allemagne. "Avec le changement climatique, changements dans la quantité de dioxyde de carbone (disponible), changements dans les écosystèmes eux-mêmes en changeant la faune, nouvelles maladies, et de nouvelles espèces, la capacité de prédire l'avenir est plus faible. Nous ne comprenons fondamentalement pas ces processus, " elle a dit.

Au cours de son doctorat, Le professeur Hilton a reconnu le rôle de l'érosion des montagnes comme l'une de ces lacunes. « J'ai été surpris que certains de ces aspects soient si mal compris, " il a dit.

Alors que les émissions de carbone liées à l'homme et leurs effets sont un axe majeur de la recherche sur le climat, elles représentent environ 9, 400 mégatonnes de carbone, près de 100 fois plus que l'altération des montagnes ou des volcans - des contributions plus petites sont également des pièces importantes du puzzle et se produisent sur des échelles de temps plus longues. Leurs effets se font sentir au fil des siècles et font partie intégrante de notre climat. Émissions de carbone anthropiques, d'autre part, se produire sur une échelle de temps très courte, provoquant un taux de changement sans précédent dans les systèmes naturels.

"Nous devons comprendre comment (l'altération des montagnes) fonctionnait dans le passé, " a déclaré le professeur Hilton. C'est important, il dit, parce que le cycle du carbone est si étroitement lié au climat de la Terre, qui à leur tour a défini le cadre de l'évolution des plantes et des animaux.

Et avec les montagnes et l'érosion, « la surface du sol est constamment rafraîchie par des matériaux qui descendent les pentes, mettant de nouvelles roches en contact avec l'atmosphère et l'eau."

Professeur Sophie Opfergelt, un géologue à l'UC Louvain en Belgique qui étudie l'altération chimique des roches, décrit les montagnes et les intempéries comme un grand réacteur.

"Les montagnes sont des moyens d'amener des matériaux dans le réacteur. Lorsqu'il y a un soulèvement d'une montagne ou une érosion, vous exposez plus de minéraux et de surface aux intempéries, ", a-t-elle déclaré. "Cela couvre également certains de ces matériaux et empêche les matériaux d'entrer dans le réacteur."

Flux

Via ROC-CO 2 , Le professeur Hilton et ses collègues développent des techniques pour mesurer le taux d'émissions de carbone, ou fondant, des montagnes.

Une technique, qu'ils décrivent dans un article récent, mesure directement les émissions de carbone de la montagne en forant un trou de 40 cm de profondeur dans la roche, et ériger une chambre étanche à l'air au-dessus pour mesurer la quantité de carbone libérée.

"Il y a du carbone dans l'atmosphère tout autour de nous, et tu ne veux pas mesurer ça, " a déclaré le professeur Hilton. " Lorsque nous expirons, nous expirons beaucoup de carbone et nous sommes très sûrs de ne pas vouloir mesurer cela. Quand les plantes expirent, ils libèrent du dioxyde de carbone et cela ne nous intéresse pas non plus."

Le professeur Hilton et ses collègues évitent la contamination en recouvrant la roche avec la chambre hermétique et en la vidant à plusieurs reprises des gaz qu'ils collectent pour analyse. Plus tard, dans le laboratoire, ils doivent prouver que les gaz ne proviennent pas d'autres sources.

Tout le carbone moderne contient du carbone-14, une forme instable de carbone qui se décompose avec le temps. Le carbone ancien des roches ne contient plus aucun de ce carbone radioactif car il s'est déjà décomposé. "C'est essentiel car sinon les gens pourraient simplement dire que vous mesurez le carbone d'une plante et de ses racines (à l'intérieur de la roche), " a déclaré le professeur Hilton.

Une autre méthode consiste à rechercher les restes de ces réactions d'altération et à les utiliser pour estimer le flux. "L'idée ici est que lorsque vous cassez ces roches, vous libérez d'autres choses que vous pourriez être en mesure de retracer. Donc, par exemple, nous pouvons mesurer l'eau d'un ruisseau ou d'une rivière et dire quelque chose sur les réactions (chimiques) qui se produisent en amont, " a déclaré le professeur Hilton.

Dans un article de 2017, les auteurs, dont le professeur Hilton, ont mesuré la quantité de particules de carbone organique dans les sédiments en suspension de la rivière Kosñipata au Pérou au cours d'une année. Ils ont constaté qu'il y avait un écart important entre l'érosion estimée dans les montagnes des Andes et ce qui s'est réellement retrouvé dans la rivière en aval. Cela soulève des questions sur le bilan carbone réel du bassin de l'Amazone, considéré comme l'un des principaux puits de carbone de la planète.

Enquêter

Le professeur Hilton étudie actuellement les flux de carbone sur des sites du monde entier, du Canada à la France et de la Suisse à la Nouvelle-Zélande.

"Nous reconnaissons que nous ne pouvons pas mesurer le flux partout, ", a déclaré le professeur Hilton. Les échelles sont "trop ​​​​grossières", mais le fait d'avoir une variété de sites signifie qu'elles peuvent essayer de caractériser les flux pour différents environnements.

"L'une des raisons de le faire est de quantifier les flux globaux, mais la chose la plus importante à dire est pourquoi ce flux changerait-il, qu'est-ce qui le contrôle, et comment il réagit à des choses comme les changements de température."

Le professeur Hilton espère finalement décrire comment le flux a changé au cours des siècles, voire des millénaires. "L'aspiration est de pouvoir en dire plus aux gens sur les raisons pour lesquelles ce processus change au fil du temps - dans le lointain, passé géologique ou même (prédire ce qui se passera) au siècle prochain."

Des chercheurs, dont le professeur Hilton, ont montré que le climat et une augmentation ou une diminution des pluies et du ruissellement des eaux affectent la rapidité avec laquelle l'érosion se produit. L'objectif est maintenant de comprendre si une érosion accrue pourrait déterrer encore plus de carbone qui se trouve enfermé dans la roche depuis des millénaires, et accélérer encore le changement climatique.

C'est une question que le professeur Hilton espère également répondre.

« Comment ce processus (flux) pourrait-il changer pour avoir un impact sur le cycle naturel du carbone ? » Il a demandé. "(Cela) affecte la durée de vie des émissions de dioxyde de carbone dans l'atmosphère."