Des chercheurs de l'Université d'East Anglia ont contribué à développer une nouvelle façon de mesurer la réaction des plantes arctiques au changement climatique.

Au cours des dernières décennies, l'Arctique s'est réchauffé plus de deux fois plus vite que le reste de la planète. À la fois, les mesures à long terme du dioxyde de carbone atmosphérique ont montré des augmentations substantielles de la quantité de carbone absorbée et émise par les plantes et le sol (l'écosystème terrestre) dans l'Arctique chaque année.

Les scientifiques avaient supposé que cet écosystème terrestre jouait un rôle important dans les changements qu'ils observent dans le cycle du carbone arctique.

Mais il leur manquait une technique pour mesurer l'absorption et la libération de carbone de manière indépendante. Et cela est essentiel pour comprendre comment la biosphère réagit au changement climatique induit par les émissions de combustibles fossiles.

Maintenant, une nouvelle étude, publié dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences , fournit de nouvelles perspectives sur cet important processus dans la région arctique et boréale, basé sur la modélisation des mesures atmosphériques d'un produit chimique apparenté, le sulfure de carbonyle.

Dirigé par des chercheurs de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), l'équipe internationale de scientifiques a développé une nouvelle façon d'analyser les mesures atmosphériques du gaz à l'état de trace carbonyl-sulfure, avec le CO atmosphérique 2 des mesures, fournir des informations sur la quantité totale de carbone absorbée par la végétation terrestre pendant la photosynthèse.

Dr Parvadha Suntharalingam, de l'École des sciences de l'environnement de l'UEA, et co-auteur de l'étude, a déclaré : « Ce travail nous donne des informations nouvelles et précieuses sur les processus contrôlant le CO 2 l'absorption par la végétation terrestre dans la région boréale de l'Arctique.

"Le sulfure de carbone est absorbé par les plantes lors de la photosynthèse, mais contrairement au CO 2 , il n'est pas relâché dans l'atmosphère par les processus de respiration de l'écosystème. Cela nous donne donc un moyen de séparer les deux processus clés - la photosynthèse et la respiration - qui contrôlent la façon dont le CO 2 s'échange entre la végétation terrestre et l'atmosphère.

"Cette recherche fournit de nouvelles estimations de l'absorption de carbone par les écosystèmes terrestres dans les régions de haute latitude nord-américaines.

« Cela réduit les incertitudes par rapport aux évaluations précédentes, et étudie également l'influence d'autres facteurs environnementaux, tels que la température et le rayonnement solaire, sur les processus contrôlant l'absorption de carbone par ces écosystèmes des hautes latitudes.

"Notre analyse montre le potentiel d'utiliser les mesures du sulfure de carbonyle comme moyen indépendant d'obtenir des informations supplémentaires sur les processus clés du cycle du carbone, " elle a ajouté.

Chercheur principal Lei Hu, un scientifique de l'Institut coopératif de recherche en sciences de l'environnement (CIRES) travaillant à la NOAA dans le Colorado, a déclaré :« Nous pouvons maintenant étudier comment les écosystèmes terrestres de l'Arctique réagissent au changement climatique au niveau des processus, parce que nous sommes capables de séparer l'absorption photosynthétique et la respiration de l'écosystème à l'échelle régionale."

Qu'est-ce que le sulfure de carbonyle?

Les scientifiques savent depuis longtemps que les plantes absorbent le dioxyde de carbone, ou CO 2 , alimenter la photosynthèse pendant la saison de croissance, puis l'émettent dans l'atmosphère pendant l'automne et l'hiver lorsque les tissus végétaux se désintègrent. Ce donnant-donnant, contre l'augmentation rapide du CO atmosphérique 2 niveaux, rend impossible pour les scientifiques d'estimer directement comment le CO 2 l'absorption par la photosynthèse change au fil du temps en fonction des mesures de CO 2 seul.

Cependant, les plantes ont besoin d'autres nutriments, y compris le soufre, qui n'est pas libéré à la fin de la saison de croissance. Sulfure de carbonyle, ou COS, est une molécule simple qui est très similaire au CO 2 .

Alors que le CO 2 est composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène, Le COS est constitué d'un atome de carbone, un atome d'oxygène et un atome de soufre. Produit en permanence par des processus océaniques, on le trouve aussi dans les gaz volcaniques, combustion de pétrole brut, marais et sols sulfureux, ainsi que les gaz d'échappement diesel, gaz naturel, et les émissions des raffineries.

Il est présent dans l'atmosphère en quantités infimes (parties par billion). L'absorption par les plantes est le processus dominant qui élimine le COS de l'atmosphère.

Comment évoluent les écosystèmes arctiques ?

Dans la nouvelle étude, Hu et une équipe de chercheurs de la NOAA, l'Université du Colorado, Université d'État du Colorado, Université de Californie—Santa Cruz, NASA/Association de recherche spatiale des universités, Université Rutgers, et l'UEA a analysé les mesures atmosphériques de sulfure de carbonyle recueillies auprès du réseau mondial de référence des gaz à effet de serre de la NOAA de 2009 à 2013 pour étudier le cycle du carbone dans les régions arctiques et boréales nord-américaines.

La contribution de l'UEA a fourni des données et des informations sur les sources océaniques de sulfure de carbonyle dans l'atmosphère. Oceanic emissions provide the largest global source of COS to the atmosphere—so accurate knowledge of these fluxes is needed when using atmospheric measurements to identify and quantify the uptake of COS and CO 2 by vegetation during photosynthesis.

The team estimated plants over this region took up 3.6 billion metric tons of carbon from the atmosphere during photosynthesis each year. They also found that warming temperatures were causing increases in both net uptake in spring and net off-gassing in fall, but not equally, due to regulation by both temperature and light.

From 1979–1988 to 2010–2019, the annual spring soil temperature in the region increased by an average of 0.9℉, while the autumn temperature increased by 1.8℉. The researchers found that in spring, the soil temperature increase helps to ramp up photosynthetic uptake of carbon as sunlight floods the region. In the autumn, the amount of carbon taken up by plants is reduced by the dwindling amount of sunlight, despite soil temperatures remaining elevated until late autumn.

En revanche, when it came to giving off CO 2 , the scientists found the rate was mainly controlled by temperature.

The results were also consistent with satellite remote-sensing-based gross primary production estimates in both space and time, boosting confidence in the findings.

Implications for the future

One of the big unknowns about the future Arctic is whether plant communities around the Northern Hemisphere will continue to increase their carbon uptake as atmospheric CO 2 rises. One way to obtain a clearer picture, Hu said, would be to make more COS measurements from the region.

If Arctic surface temperature continues to increase, especially in the fall and winter, the Arctic may start emitting more CO 2 than it takes up, exacerbating climate change.

Expanding the atmospheric COS observing system could improve scientists' ability to monitor how much carbon land plants are removing from the atmosphere as CO 2 levels increase and climate changes, which would improve understanding of the climate-carbon cycle feedbacks and climate projections in the Arctic and Boreal regions.

"COS-derived GPP relationships with temperature and light help explain high-latitude atmospheric CO 2 seasonal cycle amplification" is published in the Actes de l'Académie nationale des sciences .