Au cours de centaines de millions d’années, la Terre a vécu une série de changements climatiques, façonnant la planète telle que nous la connaissons aujourd’hui. Changements passés en CO₂ les niveaux et la température peuvent nous aider à comprendre la réponse actuelle de la planète au réchauffement climatique.

Dans le cadre d’un domaine en pleine croissance appelé biogéodynamique, les chercheurs s’efforcent de comprendre l’impact de ces changements sur la vie sur la planète dans le passé. "Nous essayons de comprendre les processus pertinents pour le présent en utilisant le passé géologique", explique Julian Rogger, spécialiste de la biogéodynamique à l'Institut de géophysique de l'ETH Zurich.

Rogger est fasciné par l’interaction entre la vie végétale et le climat. Jusqu’à présent, notre planète est la seule que nous connaissons dans l’univers adaptée à la vie des organismes vivants. Ses conditions climatiques permettent la présence de suffisamment d'eau liquide pour permettre aux plantes et autres organismes complexes de prospérer, ou du moins de survivre.

Lorsque le climat de la planète change, cela a un impact sur la vie végétale, obligeant les écosystèmes à évoluer et à s'adapter aux conditions changeantes. "Je m'intéresse au rôle de la vie elle-même dans l'ensemble du système", explique Rogger. "Je trouve vraiment fascinant de reconstruire le monde tel qu'il était il y a des millions d'années."

Les plantes façonnent activement le cycle climatique

Dans un article publié récemment dans la revue Science Advances , Rogger et ses collègues de l'ETH et de l'Université de Leeds affirment que ces plantes ne sont pas de simples participants passifs au cycle climatique de la Terre :elles peuvent jouer un rôle important dans sa formation. "Nous pourrions supposer que la vie ne fait que réagir aux changements, mais il est également possible qu'elle interagisse avec le système et le régule", explique Rogger.

Pour montrer comment, Rogger a utilisé des modèles informatiques qui simulent l’interaction entre le changement climatique, le mouvement des continents et la vie végétale dans un passé profond. Les modèles indiquent que les plantes aident probablement à réguler la composition de l'atmosphère de la planète en piégeant le carbone et en émettant de l'oxygène, contribuant ainsi à contrôler le CO₂. niveaux.

Ils accélèrent également le processus d'altération des minéraux dans les sols, un processus qui consomme du CO₂. . Les modèles de Rogger suggèrent que le climat et l'atmosphère de la planète font partie d'une boucle de rétroaction :la vie elle-même joue un rôle dans la régulation ou l'accélération des changements climatiques.

Reconstruire 390 millions d'années de l'histoire de la Terre

Lorsque le changement est lent – ​​suffisamment lent pour que les plantes évoluent ou se propagent à de nouvelles niches sur des millions d’années – l’activité des plantes peut agir comme un tampon, empêchant les températures de changer trop rapidement. Mais la géologie et les archives fossiles montrent également que des changements se sont produits trop rapidement et ont entraîné des perturbations majeures de la végétation, voire des extinctions massives.

"Ce que nous voulons savoir, c'est à quelle vitesse la végétation est capable de modifier ses caractéristiques lorsque la planète se réchauffe soudainement de 5 ou 6 degrés", explique Rogger. "L'objectif global est de comprendre la coévolution du climat, de la végétation et de la tectonique."

Rogger et ses co-auteurs, une équipe interdisciplinaire de géologues, d'informaticiens et de spécialistes de la Terre, ont créé un modèle informatique des 390 derniers millions d'années qui prenait en compte les changements des continents et du climat ainsi que la réponse de la végétation à ces changements. L'exécution de simulations sur de puissants supercalculateurs peut encore prendre jusqu'à un mois, compte tenu de la complexité du problème et de la durée qu'elles sont censées représenter.

Dans la mesure du possible, l'équipe utilise des données géologiques pour rendre les modèles aussi réalistes que possible :l'analyse chimique des sédiments, par exemple, peut être un indicateur des niveaux de dioxyde de carbone dans le passé. Les fossiles peuvent montrer quand des changements climatiques dramatiques ont conduit à des extinctions massives ou à l'évolution de nouveaux écosystèmes en réponse à des conditions changeantes.

Les modèles montrent que de longues périodes de stabilité permettent à la végétation de s'épanouir, absorbant le CO₂ et stabiliser le climat de la Terre au fil du temps. Dans leurs modèles, l'équipe a constaté que les plantes étaient capables d'évoluer suffisamment rapidement pour s'adapter aux changements progressifs du climat et des paysages dus à la dérive des continents, par exemple.

Mais lorsque le système climatique est perturbé et change trop rapidement pour que la végétation puisse s’adapter, c’est l’inverse qui se produit :les plantes sont anéanties et ne peuvent plus agir comme tampon pour ralentir la dégradation du climat. Sans les plantes qui agissent comme un frein, les changements environnementaux se produisent encore plus rapidement et poussent encore plus vers l'extrême.

"C'est comme un effet de rétroaction", explique Rogger. "Comme la réglementation disparaît, vous pourriez avoir une augmentation plus forte des émissions de CO₂ et un changement climatique plus important que prévu."

La résilience à l'épreuve

Dans les archives géologiques, les changements climatiques brusques s’accompagnent souvent d’extinctions massives. "Il y a de forts changements de végétation où il a fallu des milliers, voire des millions d'années pour que la végétation s'adapte et se rétablisse", explique Rogger, "et ce qui se rétablit peut être très différent de ce qui existait auparavant."

Ce n'est pas une bonne nouvelle. "Le taux de changement que nous connaissons actuellement est considéré comme sans précédent au cours des 400 derniers millions d'années", déclare Rogger. "Il pourrait y avoir une réduction de la capacité de la végétation à réguler le climat en cas de changement important, comme nous le vivons actuellement."

À une époque où le climat de la Terre change plus rapidement que jamais, les recherches de Rogger ont des implications pratiques :les informations du passé peuvent aider les gens d'aujourd'hui à comprendre à quel point les systèmes imbriqués de la Terre sont résilients.

"À quelle vitesse les écosystèmes sont-ils capables de réagir aux changements climatiques et paysagers ? C'est l'une des grandes inconnues", dit-il. "C'est une question aiguë :quelle est la résilience de la Terre ?"