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Les sols gelés : possible chaînon manquant pour expliquer l’évolution glaciaire-interglaciaire du CO2 atmosphérique

par Chargé(e) de communication - 24 août 2016 ( maj : 8 septembre 2016 )

Une équipe de chercheurs français du Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement (LGGE/OSUG, CNRS / UGA), du laboratoire Environnements et Paléoenvironnements Océaniques (EPOC/OASU, Université de Bordeaux / CNRS) et du Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE/IPSL, CNRS / CEA / UVSQ) a modélisé pour la première fois l’évolution temporelle des sols gelés à l’échelle globale et les transferts de carbone associés dans le contexte de la dernière transition climatique glaciaire-interglaciaire. Leurs travaux s’appuient sur un modèle simplifié du système Terre auquel ils ont couplé un module spécifiquement développé pour représenter les sols gelés. En évaluant ce modèle au regard notamment des données issues des carottes de glace (concentration en CO2 et rapport isotopique 13C/12C du CO2), leur étude pointe le dégel de ces sols en début de déglaciation comme le possible responsable de la première phase d’augmentation du CO2 dans l’atmosphère. Le même modèle utilisé dans le contexte du changement climatique du XXIe siècle indique une possible amplification de 10 à 40 % du réchauffement climatique en raison de ce couplage entre climat, dégradation des sols gelés et transfert de carbone de ces sols vers l’atmosphère.

L’évolution de la teneur en gaz carbonique dans l’atmosphère terrestre résulte de nombreux mécanismes dont l’importance relative dépend des périodes de temps considérées. Si les facteurs prépondérants aux échelles de temps géologiques de dizaines de millions d’années sont l’intensité de l’activité volcanique (principale source de CO2) et l’érosion continentale (principal puits de CO2), à l’échelle des milliers et dizaines de milliers d’années d’autres facteurs interviennent, impliquant deux réservoirs principaux de carbone : l’océan et la biosphère continentale. Aujourd’hui, l’importance relative de ces mécanismes pour expliquer l’augmentation de 40 % du CO2 atmosphérique entre une glaciation et une période interglaciaire demeure largement sujette à débat. Or ces mécanismes sont susceptibles d’amplifier le changement climatique futur, ce qui justifie d’en connaître précisément les influences.

Paysage de toundra en Sibérie, avec des polygones formés par le cycle de gel et dégel du sol
© Peter Prokosch, http://www.grida.no/photolib/detail/polygon-tundra-lena-delta_dff0

L’équipe de chercheurs français à l’œuvre sur cette étude s’est attachée à évaluer pour la première fois le rôle joué par les sols gelés dans l’évolution du CO2 au cours de la dernière déglaciation. Actuellement, les sols gelés renferment – selon les estimations – entre 1000 et 1500 milliards de tonnes de carbone. Une modélisation spécifique de ces sols a été mise au point et testée par rapport à la période actuelle pour laquelle on dispose de nombreuses observations. Ce nouveau module, intégré dans un modèle simplifié du système Terre comprenant déjà l’essentiel des autres mécanismes impliqués dans le cycle naturel du carbone, a permis ensuite de calculer les flux de carbone entrants et sortants depuis ce réservoir, en tenant compte de l’évolution de facteurs tels que l’insolation reçue à la surface de la Terre, le niveau des mers, ou encore les flux d’eau douce provenant des inlandsis en fonte. Pour tester les simulations, les chercheurs se sont attachés aux données issues des carottes marines, mais aussi des carottes de glace et notamment le rapport isotopique 13C/12C du CO2, une information permettant d’évaluer plus spécifiquement les apports de carbone atmosphérique d’origine continentale.

Leurs simulations montrent que, si l’évolution de la concentration en CO2 peut être raisonnablement reproduite par leur modèle lorsque tous les mécanismes du cycle du carbone sont pris en compte sans intégrer la dynamique des sols gelés, seule la prise en compte de cette dynamique permet de reproduire de manière satisfaisante l’évolution concomitante du rapport isotopique 13C/12C du CO2. Cette contribution importante du dégel des sols et du transfert de carbone vers l’atmosphère prédomine durant la période de temps comprise entre moins 17 500 et moins 16 000 ans, alors que le CO2 augmente d’environ 35 parties par million, soit plus d’un tiers de l’amplitude de l’augmentation glaciaire-interglaciaire du CO2, et le rapport isotopique 13C/12C du CO2 diminue de 0,4 ‰.

Jusqu’alors, on pensait que la biosphère continentale avait essentiellement absorbé du CO2 atmosphérique durant la déglaciation par la croissance végétale, voyant par exemple des steppes et toundras glaciaires remplacées par des forêts denses. Cette étude démontre qu’une autre composante du réservoir de carbone biosphérique, le carbone stocké dans les sols gelés, a partiellement compensé cet effet, au point de contribuer de manière importante à la tendance temporelle du CO2.

Le même modèle a ensuite été utilisé pour simuler l’évolution climatique future. Selon les scénarios considérés d’émissions de CO2 par les activités humaines, la prise en compte de la rétroaction climat / sols gelés dans le modèle de complexité intermédiaire conduit à une amplification du réchauffement global compris entre 10 et 40 %. Ainsi d’ici 2100, le modèle simule un transfert compris entre 40 et 80 milliards de tonnes de carbone entre les sols en dégel et l’atmosphère, augmentant d’autant plus la teneur en CO2 de l’atmosphère et le forçage radiatif associé.

Cette recherche a bénéficié du soutien de la Commission européenne au travers de deux projets du programme FP7 : l’action de formation et mobilité Marie Curie GREENCYCLES-II (contrat no 238366), et le projet de recherche PAGE21 (contrat no GA282700).

Source :
K. A. Crichton, N. Bouttes, D. M. Roche, J. Chappellaz and G. Krinner, Permafrost carbon as a missing link to explain CO2 changes during the last deglaciation, Nature Geoscience, Advanced Online Publication, 22 août 2016

Contact scientifique local :
- Jérôme Chappellaz, LGGE/OSUG : jerome.chappellaz (at) univ-grenoble-alpes.fr

Cette actualité est également relayée par
- l’institut national des sciences de l’Univers du CNRS (INSU)
- l’Université Grenoble Alpes (UGA)

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