Une source importante de gaz à effet de serre a commencé à s’échapper dans l’atmosphère terrestre depuis un endroit improbable. Au-dessus du cercle arctique, des terres gelées depuis des dizaines de milliers d’années ont commencé à dégeler pour la première fois. Les estimations actuelles indiquent que le sol gelé en permanence, appelé pergélisol, contient plus de deux fois la quantité de carbone présente dans l’atmosphère actuelle. Avec le dégel du pergélisol, une énorme quantité de ce carbone stocké pourrait être libérée sous forme de dioxyde de carbone ou de méthane.
Dans les environnements plus tempérés, la plupart du carbone contenu dans les végétaux morts se recycle relativement rapidement dans l’atmosphère grâce à l’action des microbes qui décomposent les matières organiques. Cependant, les restes de plantes mortes se sont accumulés pendant des millénaires dans les sols et les sédiments du pergélisol dans des régions comme le versant nord de l’Alaska et la Sibérie.
« Une fois que la matière organique est incorporée dans le pergélisol, elle est à peu près sortie du système. C’est comme garder de la nourriture dans le congélateur – le taux de décomposition est considérablement ralenti », a déclaré Julie Jastrow, écologiste au laboratoire national Argonne du ministère américain de l’énergie (DOE).
« Tant que le sol ou les sédiments restent gelés, il y a très peu d’action microbienne pour décomposer la matière organique », a ajouté Jastrow. « Mais une fois que le sol commence à dégeler, l’activité microbienne augmente, et lorsque les microbes se nourrissent des matières organiques, une partie du carbone est libérée dans l’atmosphère. Le souci est que cette source supplémentaire de gaz à effet de serre accélérerait alors le processus de réchauffement, conduisant à un dégel encore plus important d’une plus grande quantité de pergélisol. »
Les cycles de gel-dégel associés à la toundra arctique produisent un phénomène connu sous le nom de cryoturbation, dans lequel les couches supérieures du sol barattent ensemble avec les couches inférieures. Selon Jastrow, il y a des milliers d’années, ce processus a transporté les plantes mortes vers le bas, à travers les sédiments, jusque dans le pergélisol, avant qu’elles ne puissent être décomposées.
« Le problème est qu’il y a beaucoup de carbone relativement facile à décomposer qui est enfoui là-dessous, mais il est protégé par le fait d’être dans un état gelé. S’il dégèle et que les microbes agissent dessus, alors – tout comme la combustion de combustibles fossiles – vous allez libérer du carbone qui est sorti du cycle global depuis longtemps, et il ne peut vraiment pas être remis là d’où il vient. Ce que nous ne savons pas encore, c’est quelle quantité de ce carbone ancien sera libérée, à quelle vitesse, et sous quelle forme – dioxyde de carbone ou méthane ? », a-t-elle ajouté.
Pour les chercheurs et les décideurs préoccupés par le changement climatique, un aspect particulièrement troublant du dégel du pergélisol réside dans le fait que ces sols et sédiments contiennent généralement une grande quantité de glace. Si l’eau provenant du dégel de la glace s’évacue, les émissions de carbone seront principalement constituées de dioxyde de carbone. Mais dans les zones mal drainées, l’eau s’accumule et une quantité importante de méthane peut être émise. Lorsque le carbone est libéré sous forme de méthane, il génère 25 fois l’effet de réchauffement sur un siècle que produirait sa libération sous forme de dioxyde de carbone.
Jastrow et ses collègues d’Argonne et de l’université d’Alaska-Fairbanks ont prélevé des échantillons de sols de pergélisol sur le versant nord de l’Alaska, entre la chaîne de Brooks et Prudhoe Bay. En examinant de près les formes chimiques du carbone et des minéraux dans les sols de pergélisol et en observant le comportement des microbes se nourrissant du carbone lorsque ces sols sont lentement réchauffés dans différentes conditions de drainage, les chercheurs prévoient de développer des indicateurs de décomposabilité et des modèles prédictifs pouvant être utilisés pour mieux anticiper le sort du carbone dans le pergélisol en cours de dégel.
La recherche d’Argonne se concentrera sur les terrains de toute la région de pergélisol du nord, qui comprend des zones arbustives, des forêts boréales et des tourbières sous le cercle arctique, en plus de la toundra. « Notre mandat est d’examiner à la fois la quantité de carbone et sa décomposabilité potentielle. Les chercheurs sur le pergélisol pensent maintenant qu’il y a beaucoup plus de carbone dans ces régions que la plupart des gens ne le pensaient auparavant, mais nous n’avons encore que des estimations très grossières », a-t-elle déclaré.
En fin de compte, les efforts d’Argonne soutiendront l’objectif du DOE de développer des modèles climatiques qui peuvent mieux prédire les impacts sur les différents biomes. Pour comprendre les comportements à long terme des écosystèmes terrestres, il faut avoir une image plus complète des différents facteurs qui contrôlent la façon dont le carbone circule entre la terre et l’atmosphère dans différentes régions. « Nous sommes fréquemment confrontés à la question de savoir si nos mesures sont erronées ou si nos modèles sont erronés, et généralement c’est un peu des deux », a déclaré Jastrow.
Les études d’Argonne fourniront les précieuses données de « vérification au sol » nécessaires pour tester et améliorer les modèles de cycle du carbone en cours d’élaboration pour les régions de pergélisol. Les recherches futures impliqueront l’échantillonnage d’un plus grand nombre de sites, en particulier dans les zones de basse altitude, plus humides et moins accessibles, alors que le DOE poursuit ses efforts pour coupler les modèles de carbone avec les modèles climatiques.