S'étendant rapidement et sans avertissement, la sécheresse qui a frappé une grande partie des États-Unis à l'été 2012 a été l'une des plus étendues que le pays ait connue depuis les années de Dust Bowl des années 1930. La « sécheresse soudaine », alimentée par une chaleur extrême qui a détruit l'humidité du sol et des plantes, a conduit à de mauvaises récoltes généralisées et à des pertes économiques coûtant plus de 30 milliards de dollars.

Alors que les sécheresses archétypales peuvent se développer au fil des saisons, les sécheresses éclair sont caractérisées par un assèchement rapide. Ils peuvent s’installer en quelques semaines et sont difficiles à prévoir. Dans une étude récente publiée dans Geophysical Research Letters , une équipe dirigée par des scientifiques du Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud a pu détecter les signes de sécheresses soudaines jusqu'à trois mois avant leur apparition. À l'avenir, un tel préavis pourrait faciliter les efforts d'atténuation.

Comment l’équipe a-t-elle fait ? En suivant la lueur.

Un signal vu de l'espace

Pendant la photosynthèse, lorsqu'une plante absorbe la lumière du soleil pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau en nourriture, sa chlorophylle « laisse échapper » certains photons inutilisés. Cette faible lueur est appelée fluorescence induite par le soleil, ou SIF. Plus la fluorescence est forte, plus une plante absorbe de dioxyde de carbone de l'atmosphère pour alimenter sa croissance.

Bien que la lueur soit invisible à l'œil nu, elle peut être détectée par des instruments à bord de satellites tels que l'Orbiting Carbon Obsevatory-2 (OCO-2) de la NASA. Lancé en 2014, OCO-2 a observé le Midwest américain illuminé pendant la saison de croissance.

Les chercheurs ont comparé des années de données de fluorescence à un inventaire des sécheresses éclair qui ont frappé les États-Unis entre mai et juillet de 2015 à 2020. Ils ont découvert un effet domino :dans les semaines et les mois précédant une sécheresse éclair, la végétation a d'abord prospéré à mesure que les conditions changeaient. chaud et sec. Les plantes florissantes émettaient un signal de fluorescence inhabituellement fort pour la période de l'année.

Mais en réduisant progressivement les réserves d’eau du sol, les plantes créaient un risque. Lorsque des températures extrêmes ont frappé, les niveaux d'humidité déjà faibles ont chuté et une sécheresse soudaine s'est développée en quelques jours.

L'équipe a corrélé les mesures de fluorescence avec les données d'humidité du satellite SMAP de la NASA. Abréviation de Soil Moisture Active Passive, SMAP suit les changements dans l'eau du sol en mesurant l'intensité des émissions naturelles de micro-ondes provenant de la surface de la Terre.

Les scientifiques ont découvert que le modèle inhabituel de fluorescence était extrêmement bien corrélé aux pertes d’humidité du sol au cours des six à 12 semaines précédant une sécheresse soudaine. Un modèle cohérent a émergé dans divers paysages, depuis les forêts tempérées de l'est des États-Unis jusqu'aux grandes plaines et zones arbustives de l'ouest.

Pour cette raison, la fluorescence des plantes "s'avère prometteuse en tant qu'indicateur fiable d'alerte précoce d'une sécheresse soudaine avec suffisamment de temps pour agir", a déclaré Nicholas Parazoo, un scientifique de la Terre au JPL et auteur principal de l'étude récente.

Jordan Gerth, un scientifique du Bureau d'observations du Service météorologique national qui n'a pas participé à l'étude, s'est dit heureux de voir des travaux sur les sécheresses soudaines, compte tenu du changement climatique. Il a noté que l'agriculture bénéficie de la prévisibilité autant que possible.

Bien que l'alerte précoce ne puisse pas éliminer les impacts des sécheresses soudaines, Gerth a déclaré :« Les agriculteurs et les éleveurs ayant des opérations avancées peuvent mieux utiliser l'eau pour l'irrigation afin de réduire les impacts sur les cultures, éviter de planter des cultures susceptibles d'échouer ou planter un autre type de culture. pour obtenir le rendement le plus idéal s'ils disposent de semaines, voire de mois de délai de livraison."

Suivi des émissions de carbone

En plus d'essayer de prédire les sécheresses soudaines, les scientifiques voulaient comprendre leur impact sur les émissions de carbone.

En convertissant le dioxyde de carbone en nourriture pendant la photosynthèse, les plantes et les arbres sont des « puits » de carbone, absorbant plus de CO₂. de l'atmosphère qu'ils libèrent. De nombreux types d'écosystèmes, y compris les terres agricoles, jouent un rôle dans le cycle du carbone :l'échange constant d'atomes de carbone entre la terre, l'atmosphère et l'océan.

Les scientifiques ont utilisé les mesures de dioxyde de carbone du satellite OCO-2, ainsi que des modèles informatiques avancés, pour suivre l'absorption du carbone par la végétation avant et après les sécheresses soudaines. Les plantes soumises à un stress thermique absorbent moins de CO₂ de l'atmosphère, les chercheurs s'attendaient donc à trouver davantage de carbone libre. Ce qu'ils ont trouvé à la place était un exercice d'équilibre.

Les températures chaudes précédant le début de la sécheresse éclair ont incité les plantes à augmenter leur absorption de carbone par rapport aux conditions normales. Cette absorption anormale était, en moyenne, suffisante pour compenser entièrement les diminutions de l’absorption de carbone dues aux conditions chaudes qui ont suivi. Cette découverte surprenante pourrait aider à améliorer les prévisions des modèles du cycle du carbone.

Célébrant sa 10e année en orbite cet été, le satellite OCO-2 cartographie les concentrations de dioxyde de carbone naturelles et d'origine humaine ainsi que la fluorescence de la végétation à l'aide de trois spectromètres de type caméra réglés pour détecter la signature lumineuse unique du CO₂. . Ils mesurent le gaz indirectement en suivant la quantité de lumière solaire réfléchie qu'il absorbe dans une colonne d'air donnée.