Les forêts du Midwest américain cartographiées pour surveiller le stockage du carbone au cours des millénaires


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  • Lorsque les plantes respirent le carbone de l’atmosphère et le stockent dans leurs feuilles, leurs branches, leurs troncs et leurs racines, elles aident la Terre à maintenir un bilan carbone – un élément crucial pour un climat stable.

    Alors que cette biomasse ligneuse contient l’un des plus grands bassins de carbone terrestre, les changements dans l’ampleur de la biomasse ligneuse au cours des millénaires sont mal connus, la plupart des observations directes de la biomasse végétale ne couvrant pas plus de quelques décennies. Étant donné que les arbres poussent très lentement, ce manque de données entraîne un manque de connaissances considérable. En l’absence de données empiriques, les scientifiques émettent des hypothèses qui conduisent à des incertitudes sur le puits de carbone à long terme et les projections du futur système carbone-climat.

    Une nouvelle étude publiée dans la revue La science le 23 juin 2022 vise à combler ce manque de connaissances. Dirigée par Ann Raiho du Centre interdisciplinaire des sciences du système terrestre (ESSIC) de l’Université du Maryland, une équipe internationale de scientifiques a reconstruit le rythme et le schéma naturels de stockage du carbone, brossant une image vivante de la façon dont les forêts se sont développées au fil des siècles. Les résultats ont le potentiel de changer les débats en cours sur la façon dont les paysages peuvent être gérés pour maximiser le stockage du carbone tout en répondant aux objectifs de conservation.

    « Nous avons constaté que les forêts du Midwest américain se sont étendues et agrandies au cours des 10 000 dernières années », a déclaré Raiho, associé postdoctoral à l’ESSIC. « Cela nous indique que la base préhistorique pour comprendre les forêts était erronée et qu’il est important du point de vue de la séquestration du carbone de préserver les arbres qui poussent plus gros et vivent plus longtemps. »

    Pour l’étude, l’équipe a développé ReFAB (Reconstructing Forest Aboveground Biomass), un modèle bayésien qui estime la biomasse ligneuse aérienne sur la base d’une série chronologique d’assemblages de pollen fossile dans les sédiments. Ils ont utilisé ReFAB pour reconstruire statistiquement les changements de la biomasse ligneuse sur une zone de plus de 600 000 kilomètres dans le Haut-Midwest des États-Unis au cours des 10 000 dernières années.

    Les chercheurs ont découvert qu’après un premier déclin postglaciaire, la biomasse ligneuse avait presque doublé au cours des 8 000 dernières années. Ce résultat diffère considérablement des reconstitutions antérieures de la biomasse forestière dans l’est du Canada, ce qui pourrait être dû aux différences d’espèces forestières entre les régions. Des études antérieures ont également utilisé des modèles plus simples qui ne tenaient pas compte des incertitudes dans les données et ont trouvé des résultats indiquant peu ou pas de changement dans la biomasse au cours des 6 000 dernières années. ReFAB corrige ces incertitudes – en tenant compte de l’autocorrélation temporelle, de l’incertitude dans la datation des sédiments et de l’incertitude dans la relation entre la biomasse ligneuse aérienne et les données polliniques multivariées – permettant aux chercheurs de zoomer à une échelle plus fine, découvrant des tendances qui étaient auparavant cachées.

    « Nous avons constaté que l’écologie des forêts est importante pour comprendre le cycle du carbone », a déclaré Raiho. « L’accumulation constante de carbone a été entraînée par deux réponses écologiques distinctes au changement climatique régional : la propagation des biomes forestiers et l’expansion de la population d’espèces d’arbres à biomasse élevée dans les forêts. »

    Cependant, la biomasse ligneuse qui a mis des millénaires à s’accumuler a mis moins de deux siècles à se détruire. L’exploitation forestière et l’agriculture de l’ère industrielle ont gravement appauvri cette accumulation de carbone. Les chercheurs ont découvert que le déclin de la biomasse ligneuse dans la région étudiée s’est produit à plus de 10 fois le taux de changement de la biomasse ligneuse aérienne au cours de n’importe quel siècle au cours des 10 000 dernières années.

    Cette découverte pourrait changer la façon dont les forêts sont gérées pour atténuer les effets du changement climatique. Le stockage de la biomasse dans la région a été entraîné par l’expansion de la population d’espèces d’arbres à biomasse élevée telles que la pruche de l’Est et le hêtre d’Amérique. Une fois ces espèces établies, les forêts à haute biomasse ont été maintenues à l’échelle régionale pendant des millénaires. Cette reconstruction confirme les arguments selon lesquels les espèces à forte biomasse dans les forêts anciennes jouent un rôle important dans le stockage du carbone et doivent être préservées.

    « La gestion forestière devrait mettre l’accent sur le maintien des populations de grands arbres », a déclaré Raiho. « Cela a le potentiel d’imiter les processus naturels de séquestration du carbone et d’étendre finalement les échelles de temps et l’ampleur auxquelles les écosystèmes terrestres continueront d’amortir le changement climatique en agissant comme un puits de carbone. »

    L’équipe poursuivra ce travail avec le Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) de la NASA, qui permettra de protéger les grands arbres en fournissant des cartes haute résolution de la structure 3D des forêts du monde entier. GEDI élargira les connaissances existantes sur l’ampleur, la structure et la densité de la biomasse. Grâce à cette mine d’informations, les chercheurs pourront mieux prédire l’avenir des forêts.

    Raiho et son équipe prévoient d’utiliser ces données de reconstruction pour améliorer les modèles de simulation utilisés par le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat afin de mieux comprendre l’impact du changement climatique sur la Terre et ses écosystèmes. Les travaux de Raiho amélioreront ces simulations et prévisions en informant la composante végétation dans les modèles.

    « Ce travail ne serait pas possible sans toutes les personnes qui ont collecté et compté les données sur les pollens fossiles », a déclaré Raiho. « Il y avait probablement une centaine de personnes au cours des dernières décennies qui ont fait tout le travail sur le terrain. Nous avons utilisé plus de 232 noyaux de pollen fossile dans cette recherche. Des milliers d’heures ont été consacrées à la collecte de données. Nous avons utilisé la base de données Neotoma pour accéder à ces précieuses données. « 

    En plus de Raiho, cette étude comprenait des chercheurs de l’Université de Notre Dame, de l’Université de Californie, de Berkeley, de l’Université de Calgary et de l’US Geological Survey.

    Cette recherche a été soutenue par la National Science Foundation (prix n° DEB-1241874, 1241891, 1241868, 1241868 et 5 1458021).

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