Les émissions de CO2 du permafrost arctique sont largement supérieures aux estimations

Cette nouvelle étude alarmante révèle que les modèles climatiques concernant le dégel du permafrost avaient omis de prendre en compte la photominéralisation, un processus naturel contribuant largement à la libération de CO2 dans l’atmosphère.

Des émissions de dioxyde de carbone largement sous-estimées

Le permafrost renferme environ 1,5 milliard de tonnes de carbone, dont une partie est émise dans l’atmosphère en raison de l’activité microbienne. Jusqu’à présent, les spécialistes estimaient qu’entre 5 et 15 % du carbone organique stocké dans le permafrost serait libéré sous forme de dioxyde de carbone d’ici 2100, induisant une augmentation supplémentaire du réchauffement climatique de 0,3 à 0,4 °C.

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Menée par des chercheurs de l’université du Michigan et publiée dans la revue Geophysical Research Letters, cette nouvelle étude montre que ces émissions ont été largement sous-estimées, car les précédentes estimations ne tenaient pas compte d’un autre processus naturel entraînant la libération de CO2 : la photominéralisation, ou l’oxydation du carbone organique par la lumière solaire.

Les auteurs de l’étude ont en effet démontré que le carbone organique provenant du dégel du permafrost était particulièrement sensible à la photominéralisation par les rayons ultraviolets et la lumière visible, et déterminé que ce phénomène entraînerait une augmentation d’environ 14 % de la quantité de dioxyde de carbone libérée dans l’atmosphère.

« Ce n’est que récemment que les modèles climatiques mondiaux ont commencé à inclure les émissions de gaz à effet de serre provenant du dégel du permafrost. Mais aucun d’entre eux ne prenait en compte cette voie de rétroaction », explique Rose Cory, auteure principale de l’étude. « Afin d’obtenir une estimation précise de la quantité de carbone libérée par la fonte du permafrost susceptible de se transformer en dioxyde de carbone via l’oxydation, nous avons dû tenir compte de l’ensemble des paramètres impliqués. »

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« Plus la quantité totale de fer est élevée, plus la quantité de dioxyde de carbone libérée augmente »

Mesurer les effets potentiels de la photominéralisation a constitué un véritable défi pour l’équipe, car ce processus est influencé par des longueurs d’onde spécifiques de la lumière. Afin de quantifier l’effet de chacune d’entre elles sur le carbone organique libéré par la fonte du permafrost, les chercheurs ont mis au point un nouvel instrument utilisant des LED pour imiter les différentes longueurs d’onde de la lumière.

« Cette nouvelle méthode permet de comprendre beaucoup plus facilement et à moindre coût comment ces réactions peuvent varier d’une longueur d’onde à l’autre », explique Collin Ward, co-auteur de l’étude.

Les chercheurs ont ensuite placé différents échantillons de permafrost prélevés dans six zones de l’Arctique sous la lumière du dispositif, et ont utilisé un spectromètre de masse afin d’estimer l’âge du carbone organique qu’ils renfermaient ainsi que la quantité de dioxyde de carbone libérée. Et il s’est avérée que cette dernière était impactée par la longueur de la lumière solaire, mais également par la quantité de fer, agissant comme un catalyseur et augmentant la réactivité du sol, présente dans l’échantillon.

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« Nous soupçonnions depuis longtemps que le fer catalysait ce processus, et c’est exactement ce que nos expériences ont montré », avance Cory. « Plus la quantité totale de fer est élevée, plus la quantité de dioxyde de carbone libérée augmente. »

L’équipe a par ailleurs démontré que l’oxydation du carbone organique intervenait non seulement pour le pergélisol dégelant chaque année, qui libère des quantités beaucoup plus faibles de dioxyde de carbone, mais également dans l’ancien permafrost. La datation au carbone 14 a en effet révélé que certains échantillons de sol avaient entre 4 000 et 6 300 ans, confirmant que le carbone ancien pouvait être converti en CO2 et constituait par conséquent la principale source de ce type d’émissions.