Les émissions irréversibles d'un point de basculement du pergélisol

Les émissions irréversibles d'un point de basculement du pergélisol

Paysage thermokarstique. Crédit: A. Balser À travers de vastes étendues des étendues supérieures de l'hémisphère nord, le sol gelé contient des milliards de tonnes de carbone.

À mesure que les températures mondiales augmentent, cette terre de «pergélisol» est de plus en plus exposée au dégel, ce qui pourrait libérer son carbone de longue date dans l'atmosphère.

Le dégel brutal du pergélisol est l'un des «points de basculement» les plus fréquemment discutés qui pourraient être franchis dans un monde en réchauffement. cependant, recherche suggère que, bien que ce dégel soit déjà en cours, il peut être ralenti par l'atténuation du changement climatique.

Les points de basculement

Cet article fait partie d'une série spéciale d'une semaine sur les «points de basculement», où un changement climatique pourrait pousser des parties du système terrestre vers des changements brusques ou irréversibles

Pourtant, ce qui est irréversible, c'est la fuite du carbone qui a été - et qui est - émis. Le carbone libéré par le pergélisol pénètre dans l'atmosphère et y reste, exacerbant le réchauffement climatique.

Bref, ce qui se passe dans l'Arctique ne reste pas dans l'Arctique.

Le pergélisol et le climat mondial

Le pergélisol est un sol qui a été gelé pendant au moins deux années consécutives. Son épaisseur varie de moins d'un mètre à plus d'un kilomètre. En règle générale, il se trouve sous une «couche active» qui dégèle et recongèle chaque année.

Un réchauffement climatique met en péril ce sol toujours gelé. Lorsque les températures augmentent, le pergélisol dégèle - il ne fond pas.

Il y a une analogie simple: comparer ce qui arrive à un glaçon et à un poulet congelé lorsqu'ils sont sortis du congélateur. À température ambiante, le premier aura fondu, laissant une petite mare d'eau, mais le poulet aura décongelé, laissant un poulet cru. Finalement, ce poulet commencera à se décomposer.

C'est exactement ce qui arrive au pergélisol lorsque les températures augmentent. Un quart de la masse continentale de l'hémisphère nord repose sur le pergélisol, qui agit comme le gigantesque congélateur de la Terre et conserve d'énormes quantités de matière organique gelées.

Les émissions irréversibles d'un point de basculement du pergélisol Carte mondiale du pergélisol, Association internationale du pergélisol. Crédit: Brown, J., OJ Ferrians, Jr., JA Heginbottom et ES Melnikov, éds. 1997. Carte Circon-Arctique des conditions du pergélisol et de la glace de fond. Washington, DC: US ​​Geological Survey en coopération avec le Circum-Pacific Council for Energy and Mineral Resources. Série de cartes Circum-Pacifique CP-45, échelle 1: 10,000,000 1 XNUMX, XNUMX feuille.

Cette matière organique comprend les restes de plantes, d'animaux et de microbes morts qui se sont accumulés dans le sol et ont été congelés en pergélisol il y a des milliers d'années.

Les émissions irréversibles d'un point de basculement du pergélisol Pergélisol comprenant des ossements anciens (image de gauche) et des matières organiques (image de droite) dans le tunnel du pergélisol près de Fox, en Alaska. Crédit: C. Schädel

Les températures arctiques ont augmenté de plus de deux fois plus vite comme la moyenne mondiale. Cela a provoqué le dégel du pergélisol à de nombreux endroits et déclenché la décomposition de la matière organique par des microbes nouvellement réveillés, libérant ainsi du CO2 ou du méthane dans l'atmosphère.

Les deux gaz sont des gaz à effet de serre, mais le méthane est 28 à 36 fois plus puissant que le CO2 sur un siècle. Cependant, il y a plus de CO2 que de méthane dans l'atmosphère et le méthane est oxydé en CO2 sur des échelles de temps d'environ une décennie. C'est donc le changement de la concentration atmosphérique de CO2 qui compte vraiment pour le changement climatique à long terme.

Libération de carbone du pergélisol

Alors, quel rôle le pergélisol jouera-t-il dans les futures émissions de carbone? Et y a-t-il un point de basculement qui pourrait déclencher un dégel rapide?

Les scientifiques estiment qu'il y a environ deux fois plus de carbone stocké dans le pergélisol que circulant dans l'atmosphère. Cela représente environ 1460 à 1600 milliards de tonnes de carbone.

La majeure partie est actuellement gelée et préservée, mais si même une petite fraction était rejetée dans l'atmosphère, les émissions seraient probablement importantes - potentiellement d'une ampleur similaire à la libération de carbone par d'autres flux environnementaux, tels que la déforestation.

Ce serait encore environ un ordre de grandeur inférieure aux émissions provenant de la combustion de combustibles fossiles d'ici la fin de ce siècle. Néanmoins, chaque molécule supplémentaire de CO2 ou de méthane ajoutée à l'atmosphère accélère le changement climatique et affecte la planète entière et son climat.

Les émissions irréversibles d'un point de basculement du pergélisolPergélisol qui s'effondre avec un grand volume de glace. Crédits: A. Balser

A notre connaissance actuelle, la libération de carbone du pergélisol est un processus graduel et soutenu qui ajoute continuellement du carbone à l'atmosphère - renforçant ainsi davantage le réchauffement.

Une fois que la matière organique dans le pergélisol se décompose et libère du CO2 et du méthane, il n'y a plus moyen de la récupérer. En ce sens, le dégel du pergélisol est irréversible - répondant à l'une des conditions de la définition d'un point de basculement.

Toutefois, recherches récentes suggère que si l'augmentation de la température devait ralentir et s'arrêter, le dégel du pergélisol ralentirait également - et potentiellement arrêter, donc, limiter les émissions supplémentaires. Néanmoins, cela prendrait un certain temps. Le dégel du pergélisol est un peu comme un train de marchandises lourd - une fois qu'il se déplace, il ne peut pas être arrêté immédiatement. Et même après avoir serré les freins, il continuera de rouler pendant un certain temps. Recherche suggère que les émissions pourraient se poursuivre pendant des décennies, voire des siècles, même après le dégel du pergélisol.

Cela suggère que le pergélisol dans son ensemble ne sera pas passé à un état complètement nouveau - comme c'est le cas avec certains points de basculement, comme la fonte de la calotte glaciaire du Groenland. En conséquence, il serait possible d'empêcher de nouvelles émissions en cas d'arrêt du réchauffement climatique.

Mais, en l'état actuel des choses, le dégel du pergélisol a déjà été observé dans de nombreux endroits de l'Arctique. Et comme le récent rapport spécial sur l'océan et la cryosphère par le Groupe d'experts intergouvernemental sur les changements climatiques (GIEC) souligne que le réchauffement de ce siècle entraînera des émissions importantes de pergélisol:

«D'ici 2100, la superficie de pergélisol près de la surface diminuera de 2 à 66% pour RCP2.6 et 30 à 99% pour RCP8.5. Cela pourrait libérer 10 à 100 s de gigatonnes de carbone sous forme de CO2 et de méthane dans l'atmosphère pour le RCP8.5, avec le potentiel d'accélérer le changement climatique. »

Comment ajouter de la certitude à la libération de carbone du pergélisol

La contribution ultime du carbone du pergélisol au changement climatique dépend de divers facteurs: quelle quantité de carbone sortira sous forme de CO2 ou de méthane, par exemple, et combien les plantes et les arbres peuvent-ils compenser une partie de la libération supplémentaire de carbone.

La dégradation du pergélisol peut se produire sous forme de dégel graduel de haut en bas ou d'effondrement brutal du sol en décongélation. Les deux processus libèrent du carbone dans l'atmosphère. Le dégel progressif de haut en bas est le résultat de températures de l'air plus chaudes provoquant le dégel du sol de haut en bas, tandis qu'un dégel brutal se produit soudainement et de manière imprévisible.

Le pergélisol peut contenir jusqu'à 80% de glace. Si la glace fond - rappelez-vous que la glace fond même si le sol ne fond pas - le sol s'effondre soudainement et les couches profondes sont exposées à la température de l'air.

L'effondrement du sol peut laisser le paysage marqué par «thermokarst»Des lacs remplis d'eau de fonte, de pluie et de neige. Ces conditions humides peuvent favoriser la libération du méthane, un gaz à effet de serre plus puissant.

Dans les hautes terres, le drainage naturel crée des conditions de sol plus sèches après le dégel du pergélisol, accélérant ainsi la décomposition de la matière organique et libérant de grandes quantités de CO2. L'impact ultime de la libération de carbone du pergélisol sera plus forte lorsqu'un plus grand pourcentage de la zone de pergélisol se dessèche après le dégel.

La fraction du paysage qui deviendra plus humide ou plus sèche après le dégel dépend de la distribution de la glace de sol, mais les mesures actuelles de la glace ne sont que sporadiques et une meilleure couverture spatiale et des mesures plus à jour sont urgemment nécessaires.

Un autre facteur important dans le bilan carbone de la zone de pergélisol est l'absorption de carbone par les plantes. La question est de savoir quelle quantité de carbone dégagée par la fonte du pergélisol peut être compensée par une croissance accrue des plantes? Les plantes absorbent le carbone de l'atmosphère et l'utilisent pour croître et maintenir leur métabolisme.

Conditions plus chaudes dans l'Arctique et tous ses changements associés stimuler la croissance des plantes, ce qui signifie qu'une partie du carbone ajouté à l'atmosphère par la fonte du pergélisol est absorbée par la stimulation de la croissance des plantes. Mais on ne sait pas combien de carbone sera compensé par les plantes et on ne sait pas dans quelle mesure ce processus se poursuit.

L'amélioration des projections des modèles de libération de carbone du pergélisol est cruciale pour déterminer l'impact global de la fonte du pergélisol sur le climat mondial. Résultats récents de l'Arctique canadien montrent que le dégel du pergélisol se produit beaucoup plus tôt que prévu par les scientifiques compte tenu des projections actuelles du modèle.

Pour l'instant, les modèles ne prennent en compte que le dégel descendant progressif, mais estimations récentes montrent que le dégel brutal et l'effondrement du sol pourraient doubler la libération de carbone du pergélisol. Une chose est claire: moins les températures augmentent dans l'Arctique, plus le pergélisol restera gelé et la plus de carbone restera enfermé dans le pergélisol.

Hydrates de méthane

Souvent mentionné dans le même souffle que le dégel du pergélisol est le danger potentiel associé à la hydrates de méthane, également connu sous le nom de «clathrates». Il s'agit de «glace» de méthane qui se forme à basse température et à haute pression dans les sédiments marins de la marge continentale ou à l'intérieur et sous le pergélisol.

Les hydrates de méthane stockés sous le plateau arctique de la Sibérie orientale (ESAS), une région côtière peu profonde au nord de la Russie, sont particulièrement préoccupants. d'Études ont suggéré que la fonte du pergélisol libère ce méthane, le laissant bouillonner et sortir de l'eau de mer. Cela a conduit à recherche avertissant que la fuite de grandes quantités de méthane pourrait avoir des «conséquences catastrophiques pour le système climatique» et les rapports des médias d'une "bombe à retardement méthane" imminente.

Les émissions irréversibles d'un point de basculement du pergélisol

En conversation avec Dr Carolyn Ruppel, scientifique en chef du Projet d'hydrates de gaz du US Geological Survey, elle me dit que les hydrates de méthane piègent environ un sixième du carbone méthane de la Terre et que certains gisements peut, en fait, se dégrader maintenant que le climat se réchauffe. Mais elle dit:

«Si le méthane libéré lors de la dégradation de l'hydrate de gaz atteint l'océan, il serait principalement consommé par les bactéries dans la colonne d'eau et n'atteindrait pas l'atmosphère. Dans les zones de pergélisol, l'hydrate de gaz dégradant est généralement profondément enfoui, de sorte que le dégel du pergélisol est le plus important contributeur aux émissions de gaz à effet de serre. »

Bien qu'il "puisse y avoir une fuite importante de méthane des plateaux continentaux de l'Arctique dans les zones de dégel du pergélisol sous-marin", dit Ruppel, "études ont montré que les taux de flux sont probablement surestimés et que la source la plus probable de fuite de méthane n'est pas la décongélation des hydrates de gaz ». Elle ajoute:

«Les hydrates associés au pergélisol ne sont pas si répandus et se produisent souvent plus profondément que les sources de méthane moins profondes qui peuvent plus facilement s'échapper dans l'atmosphère.»

Ainsi, les dernières recherches suggèrent qu'un bombe au méthane du dégel des hydrates n'est pas à l'horizon. Cependant, pour le pergélisol, la science montre que le dégel est déjà en cours et que le carbone qu'il libère contribuera déjà à notre réchauffement climatique.

A propos de l'auteur

Dr Christina Schädel, professeure adjointe de recherche au Center for Ecosystem Science and Society de la Northern Arizona University. Elle est également coordinatrice principale du Permafrost Carbon Network, un programme de recherche basé sur la synthèse des données, et codirigeante de l'équipe de collaboration sur le pergélisol de la politique interagences de recherche dans l'Arctique (IARPC).

Cet article a paru sur Coussin carbone

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