(traduction approchée de l'original)
points clés
Le changement de couverture des sols, particulièrement la déforestation, peut avoir un impact majeur sur le climat régional, mais, à l’échelle globale, son plus gros impact provient des émissions de CO2 dans les processus.
Des observations, effectuées lors de la sécheresse de 2005 en Amazonie, suggèrent que les forêts tropicales pourraient devenir des sources de carbone si les précipitations diminuaient.
Les changements de teneur en CO2, lors du Petit Age Glaciaire, indiquent que le réchauffement peut, en retour, conduire à des émissions de carbone depuis les sols, une rétroaction qui pourrait amplifier le changement climatique du 21ème siècle.
Eviter les déforestations tropicales pourrait prévenir 20% des émissions de CO2 anthropiques et aideraient à maintenir la biodiversité.
Comment l’usage des sols affecte le climat ?
Le climat de la Terre est fortement influencé par la nature de la surface des terres, incluant la végétation, les types de sols, l’eau stockée, l’humidité des sols, la neige et l’eau des nappes.
La végétation affecte l’albédo de surface qui détermine la quantité de lumière solaire absorbée.
L'état de surface des terres influence également la répartition entre l’évapotranspiration (qui refroidit la surface et humidifie l’atmosphère) et le ruissellement (plus généralement l’eau qui reste liquide et qui fournit notre eau douce).
Cette répartition peut affecter la convection locale et donc les pluies.
Les changements d’usage des sols, associés au développement de l’agriculture, de l’urbanisation et de la déforestation, peuvent altérer ces mécanismes.
L’utilisation des sols peut aussi affecter la rugosité de la surface, les émissions de gaz en traces, et quelques composés organiques volatiles (COV) comme l’isoprène.
En dépit du rôle clé du changement de l'état de surface des terres aux échelles régionales, les prévisions des modèles depuis l’AR4 ont exclu ce point.
Il y a eu des progrès significatifs dans la modélisation du rôle des sols depuis l’AR4 (Piekle et al 2007), avec la première étude systématique démontrant que les changements de grande échelle de la surface des terres affectent directement et de façon significative le climat régional (Pitman et al. 2009).
Ceci a d’importantes implications pour comprendre les futurs changements climatiques ; les modèles ont besoin de simuler le changement d’état des surfaces pour prédire les changements climatiques dans les régions où il est intense.
Cependant, ne pas tenir compte de ce changement n’a probablement pas affecté les prédictions globales (Pitman et al. 2009), si on note que les émissions émanant des sols ont déjà été prises en compte.
Le changement de l'état de surface des terres affecte aussi le climat en émettant du CO2 et en modifiant le puits de carbone terrestre (Bondeau et al. 2007; Fargione et al. 2008).
L’exemple le plus évident est celui de la déforestation tropicale qui contribue au cinquième des émissions et influence aussi les flux d’eau et d’énergie entre terres et atmosphère (Bala et al. 2007).
Eviter la déforestation élimine une partie significative des émissions de CO2 et maintient des régions comme la forêt amazonienne qui abrite une grande biodiversité et joue un rôle important dans le système climatique (Malhi et al. 2008).
Changement climatique et forêt amazonienne
(photo NASA: mitage de la forêt amazonienne)
La distribution et les fonctions végétatives dépendent de la température et des précipitations de par le globe.
Le changement climatique affecte donc l’état de la surface, même en absence de changement d’usage des sols.
En rapport avec ce point, la forêt amazonienne est susceptible de périr, dans certains modèles, en conséquence de l’effet combiné des GES et de la réduction des aérosols dans l’hémisphère nord (Cox et al. 2008).
Cependant ces projections sont très dépendantes d’aspects incertains du changement climatique régional, plus notablement dans le signe et la magnitude des variations des pluies dans l’Amazonie du 21ème siècle (Malhi et al. 2008, 2009).
Il y a quelques doutes sur une sensibilité aussi élevée de la forêt amazonienne aux réductions des pluies, telle que prédite par les modèles.
La sécheresse de 2005 en Amazonie occidentale a fourni un test de cette hypothèse en utilisant un monitoring, sur le long terme, de la croissance des arbres (Phillips et al. 2009), et en détectant une émission massive de carbone alors que la forêt était un puits significatif dans les décennies antérieures.
Les forêts amazoniennes sont donc sensibles à des sécheresses du type 2005 qui sont attendues plus nombreuses au 21ème siècle (Cox et al. 2008).
Une problématique similaire émerge des analyses satellite et des mesures de flux de carbone lors de la vague de chaleur européenne de 2003 (Reichstein et al. 2007).
L’AR4 avait suggéré un lien entre le RC et la canicule de 2003, et l’analyse avait montré que la sécheresse avait eu un impact énorme sur la santé et le fonctionnement des espaces naturels et gérés.
Quelles sont les amplitudes des rétroactions liant surfaces terrestres et climat ?
La réponse des surfaces aux anomalies climatiques provoque une rétroaction en changeant les flux d’énergie, d’eau et de CO2 entre terres et atmosphère.
Par exemple, il semble probable que des changement de surface des terres, qui eux-mêmes modifient les flux de matière et d’énergie vers l’atmosphère, aient joué un rôle important dans la durée et la rigueur de la canicule européenne de 2003 (Fischer et al. 2007).
Dans certaines régions, comme le Sahel, le couplage surface/atmosphère peut être assez fort pour supporter deux modes alternatifs de « climat végétation » ; l’un, humide et couvert de végétation, l’autre sec et désertique.
Il y a peut-être d’autres points chauds où ce couplage contrôle de façon significative le climat régional.
Par exemple, il apparaît que la surface assure un fort contrôle du climat dans beaucoup de régions semi-arides et de climat méditerranéen.
Toutefois les rétroactions les plus fortes sur le climat global au 21ème sont probablement dues aux changements du puits de carbone terrestre.
Les modèles intégrant le cycle du carbone figurant dans l’AR4 (Friedlingstein et al. 2006), reproduisaient l’évolution du puits de carbone terrestre au travers de la fertilisation par le CO2.
Il y a évidence de fertilisation CO2 limitée par la disponibilité en nutriments (Hyvonen et al. 2007), mais les premières générations de modèles couplés climat carbone n’incluaient pas le cycle des nutriments (N, P, S,…)
Les modèles AR4 représentaient aussi une tendance contraire pour le CO2 à être émis plus rapidement des sols alors que le climat se réchauffe, et en conséquence ces modèles prévoyaient une réduction de l’efficacité du puits de carbone terrestre.
Il y a quelque suggestion d’un ralentissement des puits naturels dans les observations récentes (Canadell et al. 2007), et une forte rétroaction positive semble être consistante avec les enregistrements du Petit Age Glaciaire (Canadell et al. 2007).
Est-ce que les causes du changement climatique sont importantes pour la surface terrestre ?
Oui. La végétation est affectée différemment par les différents polluants atmosphériques et cela signifie que les effets du changement de composition atmosphérique ne peuvent pas être uniquement appréhendés en terme d’impact sur le climat global.
L’augmentation du CO2 affecte les terres au travers du climat, mais aussi au travers de l’effet sur la photosynthèse et de l’effet induit de fermeture des stomates qui tend à augmenter le rendement eau de la plante.
Des études observationnelles ont montré un impact direct du CO2 sur les stomates des plantes, qui régulent les flux de vapeur d’eau et de CO2 au niveau de la feuille.
Dans un environnement plus riche en CO2, les stomates réduisent leur ouverture puisqu’ils sont capables de capter du CO2 de façon plus efficace.
En transpirant moins, les plantes accroissent leur efficacité en eau, ce qui affecte de façon conséquente les équilibres énergie et eau à la surface.
Si la transpiration est diminuée, sous fort CO2, le refroidissement du à l’évaporation est plus bas, ce qui peut conduire à de plus hautes températures (Cruz et al. 2009).
Il y a aussi un potentiel pour des impacts positifs significatifs sur les ressources en eau, mais c’est encore le sujet d’un débat actif (Gedney et al. 2006, Piao et al. 2007, Betts et al. 2007).
Par contraste des augmentations de l’ozone de surface ont de forts impacts négatifs sur la végétation en détériorant les feuilles et leur capacité photosynthétique.
Comme conséquence, les augmentations historiques d’ozone de surface ont probablement diminué l’absorption de carbone par les terres au 20ème siècle.
Sitch et al. (2007) estiment que ce forçage indirect du climat double la contribution de l’ozone au changement climatique.
La pollution par aérosols a aussi un impact direct sur la physiologie des plantes en changeant la nature de la lumière atteignant la surface.
Des émissions d’aérosols en augmentation de 1950 à 1980, issues de la combustion de charbon soufré, ont réduit la quantité de lumière solaire à la surface, ce qui a été décrit comme le « global dimming » (assombrissement global) (Wild et al. 2007).
Puisque les plantes ont besoin de lumière solaire pour la photosynthèse, on aurait pu s’attendre à une réduction du puits de carbone terrestre pendant cette période, mais il n’en fut rien.
Mercado et al. (2009) ont offert une explication basée sur le fait que les plantes sont plus efficaces pour le captage de la lumière solaire si cette dernière est diffuse.
La pollution par aérosols aurait certainement diffusé la lumière solaire, tout en réduisant la quantité totale arrivant au sol.
Il semble que l’effet « fertilisation par lumière diffusée » ait gagné la bataille, amplifiant le puits carbone terrestre d’un quart de 1960 à 2000 (Mercado et al. 2009).
Ceci implique que le puits de carbone déclinera si nous réduisons la quantité de particules atmosphériques.
Ces études récentes depuis l’AR4 militent fortement pour des mesures afin de comparer les différents polluants atmosphériques qui, outre leurs effets sur le réchauffement climatique, impactent les écosystèmes en relation avec la disponibilité en nourriture et eau.
