Depuis 30 ans, des scientifiques observent respirer un marais salant du centre du Maryland. C'est-à-dire qu'ils étudient comment un écosystème de la baie de Chesapeake puise le dioxyde de carbone de l'atmosphère, stocke une partie du carbone sous terre et en rejette une partie dans l'air sous forme de méthane.
En cours de route, ils ont manipulé l'environnement pour imiter un monde futur avec plus de dioxyde de carbone atmosphérique (CO 2 ), le gaz à effet de serre le plus responsable du réchauffement planétaire, une élévation du niveau de la mer et davantage de nutriments dans l'eau provenant des eaux de ruissellement polluées. Quand la saison de croissance commencera ce printemps, ils exploreront encore une autre pièce du puzzle dans l’espoir d’obtenir une image plus claire de ce que l’avenir nous réserve. Ils veulent savoir ce qui se passe dans les marais lorsque la température augmente.
«Nous élevons du CO 2 dans ce marais depuis 30 ans, mais le CO 2 (élevé) entraîne un réchauffement», déclare Pat Megonigal, chercheuse principale de la nouvelle étude sur les zones humides de recherche sur le changement mondial au Smithsonian Environmental Research Center (SERC). . «Le réchauffement de l'air se traduit avec le temps dans le sol. Nous commençons seulement à nous attaquer à cette partie de celle-ci. "
En tant que directeur adjoint du Centre de recherche sur l'environnement, Megonigal supervise ce site où des dizaines de scientifiques conduisent des expériences. Ici, le marais est jonché de parcelles d’essai qui ressemblent à des salles en plastique transparent construites sur des plaques de roseaux et de graminées. Les engins en plastique parsèment un paysage sillonné de promenades en bois, de câbles et de tuyaux. Ici et là, les trottoirs sont ponctués de caisses en bois abritant les différents postes de contrôle.
Des chercheurs tels que Megonigal étudient les changements climatiques dans ce marais de 125 acres situé dans une partie non aménagée de la rivière Rhode depuis plus de trois décennies. Ce qu'ils ont appris a des implications importantes, non seulement pour l'avenir des zones humides, mais également pour les changements climatiques imminents, car la perte de zones humides telles que les marais et les tourbières pourrait libérer des millions de tonnes de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.
Bien qu'elles occupent seulement quatre à six pour cent de la superficie terrestre de la planète, les zones humides telles que les marais, les tourbières et les forêts de mangroves contiennent un quart du carbone stocké dans le sol de la planète.
Toutes les plantes absorbent le dioxyde de carbone de l'atmosphère et le transforment en feuilles, tiges et racines. Mais le carbone est libéré dans l'atmosphère lorsque les bactéries présentes dans le sol décomposent les feuilles mortes et autres matières végétales mortes.
Dans une zone humide, cependant, de fréquentes inondations avec de l'eau privent les bactéries qui aiment l'oxygène de leur oxygène et les ralentissent. Le matériel végétal mort ne se décompose pas aussi rapidement que dans un environnement plus sec. Il s'accumule donc, se compacte et se transforme en tourbe riche en carbone. Le stockage du carbone de cette manière protège l’atmosphère de l’émission de dioxyde de carbone.
Mais il y a un côté plus sombre à l'histoire. Les conditions humides détrempées sont propices à la fermentation, qui produit du méthane, un autre gaz à effet de serre à base de carbone 25 à 45 fois plus puissant que le dioxyde de carbone. En fait, les zones humides constituent la plus grande source de méthane et produisent environ 22% de toutes les émissions de méthane dans le monde.
En décembre 2015, des dirigeants de 195 pays ont signé un accord à Paris limitant le réchauffement climatique à 2 degrés Celsius (3, 6 degrés Fahrenheit) au-dessus des niveaux préindustriels. En outre, ils se sont engagés à poursuivre des méthodes permettant de réduire ce nombre à 2, 7 degrés Fahrenheit par rapport aux niveaux préindustriels.
En moyenne sur l'ensemble du globe, les températures ont déjà augmenté de 20 ° C au cours des 120 dernières années. La réalisation d'objectifs aussi ambitieux nécessitera donc une réduction rapide des émissions mondiales de gaz à effet de serre, ce qui ne peut être surveillé sans une comptabilité assez précise. entre les émissions de carbone et le stockage de carbone dans le monde. Pour cela, les dirigeants mondiaux doivent comprendre ce qui se passe dans les zones humides.
«On ne peut rien enlever à la table», déclare Virginia Burkett , scientifique en chef pour le changement du climat et de l'utilisation des terres à l'US Geological Survey. «Tous les systèmes devront être évalués en termes de leur capacité à stocker le carbone, pas seulement les émissions. La séquestration du carbone et la manière dont les humains peuvent améliorer la capacité de systèmes tels que les zones humides à stocker le carbone sont également essentielles à comprendre, afin de réaliser ces réductions énormes qui sont projetées, attendues et auxquelles la communauté internationale s'engage. "
Des chercheurs tels que Pat Megonigal (à gauche) étudient les changements climatiques dans ce marais de 125 acres situé dans une partie non aménagée de la rivière Rhode depuis plus de trois décennies. (Smithsonian Environmental Research Center) La prise en compte des écosystèmes naturels dans l'équation ne sera toutefois pas facile.
La quantité de carbone absorbée par les zones humides, leur libération, la rapidité avec laquelle le sol s'accumule et la question de savoir si les zones humides soumises aux marées suivront ou seront avalées par la montée des mers sont des facteurs étroitement liés qui dépendent d'une variété d'influences.
Comme le tiraillement d’une ligne dans un ensemble de cordes enchevêtrées, alors qu’une boucle se desserre, une autre se resserre, modifiant ainsi la forme de l’ensemble du faisceau. Dans un marais, la température, la salinité, le dioxyde de carbone et la pollution provenant des terres changent en même temps. Au fil des ans, les scientifiques ont cerné les difficultés, en éclaircissant les complexités, mais il reste encore beaucoup à comprendre.
À mesure que l'expérience de réchauffement du sol de Megonigal commencera ce printemps , il augmentera la chaleur du dessus des plantes jusqu'au fond de la zone racinaire, à un mètre sous la surface.
Au printemps, son équipe aura ajouté 30 nouvelles parcelles d’essai dans leur coin du marais. En utilisant un groupe de lampes infrarouges et un réseau de câbles électriques enfoncés dans le sol, Megonigal augmentera la température de ses parcelles par incréments constants. L'augmentation variera de 0 à 7, 2 degrés Fahrenheit au-dessus de l'environnement, ce qui correspond aux conditions les plus chaudes prévues pour l'année 2100 si rien n'était fait pour enrayer le changement climatique.
Son objectif principal est de comprendre les facteurs qui influent sur la décomposition et l'accumulation de matière végétale morte dans le marais salant. Si le sol tourbeux se forme suffisamment rapidement, il pourra peut-être suivre le rythme de la montée du niveau de la mer. Sinon, le marais peut simplement se noyer.
La question inquiète beaucoup les communautés dépendant des marais, qui servent de pépinières pour d'importants poissons commerciaux et qui protègent les terres basses des ondes de tempête et des vagues violentes.
Le site de terrain, où des dizaines de scientifiques effectuent des expériences, est parsemé d’engins en plastique et quadrillé par des passerelles, des câbles et des tuyaux. (Coupe Kimbra) Selon les carottes de sol, le marais salant du Centre de recherche environnementale a survécu pendant 4 000 ans. Au cours de cette période, la baie de Chesapeake s’est élevée de 15 pieds et le marais s’est construit régulièrement pour suivre le rythme.
De nombreuses zones humides du monde entier ont fait de même. Mais le climat change et le niveau de la mer monte plus vite que jamais. En outre, la pollution a modifié la chimie de l'eau et les espèces de plantes et d'animaux nouvellement introduites peuvent modifier d'importants aspects du fonctionnement de l'écosystème. Même la quantité de sédiments entraînant dans les zones humides a changé rapidement avec le développement humain sur les terres.
Megonigal prévoit que la chaleur ajoutée accélérera la prolifération des microbes dans le sous-sol, augmentant ainsi la vitesse à laquelle les racines et autres matières organiques se décomposent. Si tel était le cas, cela pourrait présager du lent naufrage du marais et de la libération de plus de méthane dans l'atmosphère. Encore une fois, peut-être pas.
Les microbes les plus lents commenceront peut-être à dominer », a déclaré Stephen Long, professeur de phytotechnie et de biologie végétale à l'Université de l'Illinois et rédacteur en chef de la revue Global Change . La combinaison du réchauffement et de l'ajout de dioxyde de carbone entraînera la croissance des plantes plus rapidement qu'elles ne peuvent pourrir, ce qui pourrait augmenter le niveau du marais. «Il devient très difficile de prédire avec certitude ce qui va se passer, c'est pourquoi une expérience de ce type est si importante», dit-il.
Long fait partie des nombreux chercheurs qui ont mené des expériences sur le site du marais Smithsonian. Il a déclaré que l'idée même de faire ce type de travail dans l'environnement naturel était révolutionnaire lorsque la première expérience a été mise en place il y a 30 ans. Il y a tellement de facteurs qui doivent être contrôlés ou pris en compte dans la nature que beaucoup de membres de la communauté scientifique ont pensé que cela ne pourrait être fait.
Bert Drake, écologiste des plantes et scientifique émérite au Centre de recherches sur l'environnement, est l'homme qui a prouvé qu'ils avaient tort en 1985.
La croissance d'une plante est en corrélation avec la quantité de carbone qu'elle absorbe et Drake a initialement conçu une expérience élégante pour surveiller la croissance dans le marais. «J'ai bien dit qu'au lieu de mesurer toutes les plantes, nous allons simplement mesurer le flux de CO 2 », dit-il. «Les personnes qui ont examiné notre proposition pensaient que nous allions bien au-delà de ce qu’elles pensaient être réalisable en laboratoire sur le terrain.»
Bert Drake, écologiste des plantes et scientifique émérite au Centre de recherche sur l'environnement, a mis au point une expérience élégante pour surveiller la croissance du marais. (Smithsonian Environmental Research Center) Drake a conçu une série de chambres cylindriques à fond ouvert à placer sur des zones de marais. Environ trois pieds de diamètre, ils avaient un cadre de tuyau en aluminium octogonal avec des murs en plastique transparent et un sommet ouvert afin qu'ils ne retiennent pas la chaleur comme une serre. Il a ensuite injecté du dioxyde de carbone dans les chambres, élevant le niveau à ce qui était attendu dans 100 ans.
"Nous pourrions surveiller la concentration de CO 2 entrant dans les chambres, le CO 2 à l' intérieur et le CO 2 sortant", dit-il. Les résultats immédiats ont montré que les carex dans les chambres de Drake se développaient avec une vigueur accrue, absorbant facilement le dioxyde de carbone supplémentaire, alors que les herbes ne changeaient pas. Le motif correspond à ce que les scientifiques ont vu dans le laboratoire et prouve que sa méthode fonctionne. Il avait dirigé avec succès une étude contrôlée dans un environnement autrement incontrôlable. Drake pouvait désormais se fier à d’autres observations sur la manière dont les plantes utilisaient l’eau et les nutriments et interagissaient avec leur environnement enrichi en dioxyde de carbone. "Avec ce type d'approche, nous pourrions mesurer le gain net en carbone ou en perte de carbone, et le faire en corrélation avec la température, les précipitations, le soleil, vous l'appelez."
Pour démontrer qu'une telle expérience était possible, Drake ne s'attendait pas à ce que son projet serve de base à un site de terrain qui durerait trois décennies et inspirerait des travaux similaires dans d'autres environnements du monde. Il s'agit maintenant de la plus longue étude de terrain jamais réalisée sur les effets de l'augmentation du dioxyde de carbone sur une communauté végétale, et elle se poursuit.
«Pendant que nous l’étudions, le dioxyde de carbone dans l’atmosphère a augmenté d’environ 13 ou 14%», explique Drake. «Le niveau de la mer a atteint environ 10 ou 15 cm (4 à 6 pouces).» De plus, lui et les dizaines de chercheurs qui ont mené des expériences sur le site ont pu observer le marais dans toute une gamme de conditions environnementales., des années humides au sec, des années chaudes aux années froides, des saisons de croissance longues et courtes.
«Avoir une aussi longue étude continue nous donne vraiment une énorme quantité d'informations que nous ne pouvons tout simplement pas obtenir autrement», dit Long. «[Drake] a pris quelque chose de complètement nouveau quand il l'a mis en place. C'était une chose très audacieuse à faire et cela a réussi. "
L'une des premières découvertes de Drake fut que l'augmentation des émissions de dioxyde de carbone dans le marais entraînait une augmentation des émissions de méthane. Ils ont également appris que les plantes de carex ne dépassaient pas les graminées, malgré leur capacité à se développer plus rapidement dans un environnement riche en dioxyde de carbone.
Chaque découverte a conduit à plus de questions et le site de terrain a connu une croissance exponentielle. Des scientifiques comme Megonigal, qui a suivi Drake, ont amélioré leur conception, remplacé les cadres en aluminium soudés pour le PVC, agrandi les chambres et en ajouté d’autres pour des études supplémentaires. En cours de route, de nouvelles expériences ont approfondi des interactions complexes dans l'écosystème.
La croissance d'une plante est corrélée à la quantité de carbone qu'elle absorbe et Bert Drake (vérifiant les mesures) a initialement conçu une expérience élégante pour surveiller la croissance dans le marais. (Smithsonian Environmental Research Center) Lorsque les scientifiques ont augmenté l'azote dans le sol pour simuler l'augmentation du ruissellement provenant de la terre, ils ont découvert que toutes les plantes ne réagissaient pas de la même manière et que leurs réactions changeaient en fonction du dioxyde de carbone et de l'eau disponibles. Une étape à la fois, ils ont taquiné des interactions importantes, cherchant une fenêtre sur ce à quoi le marais pourrait ressembler dans les 100 prochaines années.
En 2015, Megonigal a publié une étude dans laquelle lui et ses collègues ont soumis les plantes à différents niveaux d'eau pour voir comment elles réagiraient à la hausse du niveau de la mer. «Nous nous attendions à ce que le marais commence à s’immerger, il devrait être capable de conserver plus de carbone et de pouvoir suivre l’élévation du niveau de la mer», déclare Megonigal. Ils pensaient que des inondations plus fréquentes avec de l'eau maintiendraient les niveaux d'oxygène bas dans la couche supérieure du sol. Cela ralentirait les microbes qui décomposent les racines des plantes mortes et permettrait à plus de terre de s'accumuler.
Mais ce n'est pas ce qui s'est passé. Comme les petits tubas pour les microbes, les racines transportent l'oxygène de l'air dans le sol, ce qui signifie que le temps passé sous l'eau n'a pas vraiment d'importance. Ce qui compte, c'est le nombre de racines qui fournissent de l'oxygène aux microbes. Megonigal a découvert que plus vous avez de racines, plus la décomposition se produit.
«La manière dont la décomposition est représentée dans les modèles ne prend pas en compte l'influence des plantes», explique Megonigal. «Nos modèles sont donc généralement erronés, du moins sur la base de cette étude. Nous devons nous concentrer sur la combinaison de ces éléments, car ce sont leurs interactions qui seront vraiment importantes pour comprendre le changement climatique. "
Pour les décideurs, comprendre la combinaison de facteurs qui influent sur la survie des zones humides va au-delà de la simple connaissance de ce qui se passera. La gestion active des terres constituera un élément crucial des stratégies de certains pays pour lutter contre le réchauffement climatique.
Selon Burkett de l'US Geological Survey, cela ne pourrait être plus urgent. «[Les zones humides] émettent naturellement du méthane, mais elles stockent également des milliards de tonnes de carbone et leur gestion influe sur les taux de séquestration et de rejet de carbone.»
Le maintien ou la restauration de l'hydrologie naturelle dans les zones humides peut augmenter leur capacité à stocker le carbone, tandis que leur conversion en agriculture ou en étangs à crevettes peut libérer ce qui est stocké dans le sol sous forme de dioxyde de carbone.
«Un message clé pour les décideurs est que les zones humides sont des systèmes complexes», a-t-elle déclaré. «Pour améliorer le stockage à long terme du carbone dans ces systèmes, vous devez comprendre le cycle biogéochimique du carbone qui les contient. C'est une entreprise scientifique qui contribuera à soutenir l'engagement pris à Paris par des pays du monde entier. "
Ce que les scientifiques ont appris dans le cadre de ce projet sur le terrain est important, non seulement pour l'avenir des zones humides, mais également pour les changements climatiques imminents, car les zones humides perdues, telles que les marais et les tourbières, pourraient libérer des millions de tonnes de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. (Tom Mozdzer)
