Les latitudes arctiques et boréales se réchauffent plus rapidement que toute autre région de la Terre. Dans trois nouvelles études, des scientifiques du système terrestre de l'Université de Californie à Irvine rapportent comment les écosystèmes de ces régions évoluent.
Dans une étude publiée dans Global Change Biology , une équipe dirigée par un docteur en sciences du système terrestre. Le candidat Jinhyuk Kim du laboratoire de James Randerson, professeur de sciences du système terrestre, révèle comment les incendies de forêt augmentent les taux de photosynthèse au Canada et en Alaska.
Ils constatent que l’augmentation des incendies de forêt détruit les forêts d’épinettes noires qui poussent relativement lentement et contribuent à la couche organique des sols sous-jacents. Dans de nombreuses régions, des arbustes et des arbres à feuilles caduques, comme le saule et le tremble, s'installent après un incendie. Ces plantes ont un métabolisme beaucoup plus élevé, ce qui signifie qu'elles peuvent s'établir plus rapidement que l'épicéa.
En 2023, le Canada a connu sa saison d’incendies de forêt la plus dévastatrice, avec plus de 46 millions d’acres brûlés. Les travaux des auteurs suggèrent que ces incendies pourraient accélérer les changements déjà en cours dans les forêts du Nord en raison du changement climatique.
"Nous constatons des niveaux plus élevés de photosynthèse qui persistent pendant des décennies après un incendie", a déclaré Kim. "Au lieu d'un retour immédiat des forêts de conifères à feuilles persistantes, dans certaines régions, nous assistons à un remplacement à long terme de ces forêts par des espèces à croissance plus rapide."
Plus il y a de photosynthèse, plus les plantes peuvent éliminer le dioxyde de carbone de l’atmosphère. Une hypothèse est que cela pourrait créer un puits de dioxyde de carbone et contribuer à atténuer le réchauffement climatique.
"Mais comme vous avez brûlé le carbone stocké dans les plantes et leurs sols organiques, même l'augmentation de la photosynthèse que nous observons ne se traduit pas nécessairement par davantage de stockage de carbone à long terme", a déclaré Kim. "Les tendances croissantes en matière d'incendies de forêt ont des implications significatives sur la composition des espèces forestières et le fonctionnement des écosystèmes, mais affectent probablement négativement le puits de carbone terrestre. C'est pourquoi il est important d'étudier comment l'évolution du paysage due aux incendies de forêt et au réchauffement influence différents aspects du cycle du carbone terrestre." /P>
Pour mesurer l'évolution du taux de photosynthèse dans les plantes boréales, Kim et son équipe ont utilisé les données des satellites Orbiting Carbon Observatory 2 qui suivent la fluorescence des plantes pour les utiliser comme indicateur de la photosynthèse.
"C'est une mesure plus récente que nous avons pu observer à l'échelle mondiale", a déclaré Kim, qui a expliqué que l'utilisation de mesures de fluorescence est une nouvelle approche pour mesurer la photosynthèse. "Nous disposons également de cette longue série chronologique de couverture terrestre de Landsat, et nous pouvons observer comment les incendies modifient la couverture végétale terrestre, puis la lier aux changements du signal de fluorescence induit par le soleil. Nous constatons que les incendies de forêt modifient la couverture terrestre, ce qui, à son tour, peut renforcer le caractère saisonnier des flux de carbone à grande échelle spatiale."
Kim a ajouté que c'est le signe d'écosystèmes instables dans lesquels les types de plantes de la région changent rapidement.
Dans une autre étude menée par une équipe dirigée par un docteur en sciences du système terrestre. candidate Allison Welch, les chercheurs décrivent quels types de plantes se développent dans la toundra arctique et alpine.
"Avec l'augmentation des températures et l'activité des incendies de forêt, nous constatons une croissance accrue d'arbustes à feuilles caduques plus gros", a déclaré Welch, dont l'équipe a étudié cinq sites différents de la toundra alpine pour la recherche, qui apparaît dans Arctic, Antarctic, and Alpine Research .
"Nous avons constaté une croissance accrue des arbustes d'une espèce spécifique appelée aulne", a déclaré Welch, qui travaille dans le laboratoire de Claudia Czimczik, professeur de sciences du système terrestre. "Et simplement une augmentation de la productivité de la végétation en général sur ces sites."
L'équipe de Welch a également signalé une diminution de l'épaisseur de la couche organique – la couche supérieure du sol caractérisée par une teneur élevée en carbone organique – sur leurs sites de toundra. Des couches organiques moins profondes, a expliqué Welch, signifient qu'il y a moins d'isolation pour le pergélisol arctique sous-jacent. Le pergélisol contient de vastes réserves de matière organique gelée qui, si elle est décongelée, peut se décomposer et libérer dans l'atmosphère des gaz qui réchauffent la planète, comme le dioxyde de carbone. "Si vous disposez d'une couche organique saine, vous favoriserez probablement la stabilité du pergélisol", a déclaré Welch.
Dans la troisième étude, publiée dans Geophysical Research Letters , une équipe dirigée par Ph.D. Le candidat Hui Wang, qui travaille au Département des sciences du système terrestre avec le professeur Alex Guenther, a obtenu des mesures sur le terrain, puis a effectué des simulations informatiques pour décrire comment, alors que les écosystèmes arctiques subissent un réchauffement climatique, les émissions de la molécule isoprène augmentent à des taux qui sont bien plus élevé que prévu.
"Ce changement modifiera indirectement le climat", a déclaré Wang. En effet, l'isoprène affecte la formation d'ozone, d'aérosols et les niveaux de méthane dans l'air. Les aérosols affectent la formation de nuages, qui peuvent à leur tour influencer le climat local. Et les plantes, a expliqué Wang, libèrent davantage d'isoprène lorsque le temps est plus chaud.
Les changements rapportés dans les études pointent vers des écosystèmes arctiques-boréals qui évoluent rapidement en réponse aux incendies de forêt et au réchauffement.
"Ces trois études sont des exemples de la façon dont l'Arctique évolue plus rapidement que prévu", a déclaré Czimczik, co-auteur de l'article de Welch. "L'augmentation de l'activité des incendies de forêt, via son effet sur la composition de la végétation, a le potentiel d'accélérer le dégel du pergélisol au-delà des taux que nous attendions du changement climatique."
"Nous pouvons voir que l'environnement est instable et qu'il existe des interactions complexes non seulement entre les communautés végétales changeantes, mais aussi avec les réponses de ces plantes au changement rapide du climat. Celles-ci ont des conséquences sur l'environnement et sur le système terrestre dans son ensemble, c'est donc quelque chose d'important. que nous devons mieux comprendre", a déclaré Kim.
Plus d'informations : Jinhyuk E. Kim et al, Augmentation de la photosynthèse induite par les incendies de forêt dans les écosystèmes forestiers boréaux d'Amérique du Nord, Global Change Biology (2024). DOI :10.1111/gcb.17151
Allison M. Welch et al, Implications de la croissance des aulnes sur les propriétés des sols de la toundra alpine dans l'intérieur de l'Alaska, Recherche arctique, antarctique et alpine (2023). DOI :10.1080/15230430.2023.2285334
Hui Wang et al, Les vagues de chaleur arctiques pourraient influencer de manière significative les émissions d'isoprène des arbustes, Lettres de recherche géophysique (2024). DOI : 10.1029/2023GL107599
Informations sur le journal : Lettres de recherche géophysique , Biologie du changement global
Fourni par l'Université de Californie, Irvine
