Quelles réponses de la zone critique des régions froides au changement climatique ?



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Article dans Annual Review of Environment and Resources

Les zones critiques de moyennes à hautes latitudes ainsi que celles des régions montagneuses sont plus fortement et plus rapidement affectées par le changement climatique. C’est cette constatation qui a motivé la rédaction d’une synthèse bibliographique publiée en octobre 2021 dans le journal Annual Review of Environment and Resources. Ce travail a été coordonné par le groupe de recherche Ecohydrology de Philippe Van Capellen (Université de Waterloo, Ontario) dans le cadre d’une collaboration internationale avec la Chine, la Suède, la France et la Russie. Anniet Laverman et Céline Roose-Amsaleg d’ECOBIO (CNRS, Univ Rennes 1) y ont contribué sur les aspects biogéochimiques et microbiologiques.

Sous le terme zone critique sont désignés les environnements proches de la surface de la Terre qui hébergent les organismes vivants et qui sont en interaction à la fois avec la biosphère, l’atmosphère, l’hydrosphère et la géosphère. C’est pourquoi, dans cet article, sont passés en revue les divers aspects induits par le changement climatique sur les régions froides à savoir les conséquences hydrogéologiques, hydrogéochimiques mais aussi écologiques et agricoles (voir Figure 1).

Rappelons ce qui fait la particularité de ces zones froides par rapport aux tempérées. Avec une couverture neigeuse plus persistante, des sols congelés une partie de l’année (les pergélisols) et de ce fait des cycles marqués de congélation-décongélation des sols, ces zones froides montrent une saison de croissance plus courte. En outre, ces régions froides représentent des réserves importantes en eau douce et fournissent des services écosystémiques clés aux populations locales que ce soit d’ordre culturel ou d’approvisionnement. Enfin, elles offrent de nouvelles ressources telles que de nouveaux espaces pour y développer l’agriculture.

A ce jour, dans ces régions froides, parmi les modifications des conditions hivernales qui ont pu être observées, il faut noter la fonte des pergélisols, un raccourcissement des hivers, des cycles plus contrastés de congélation-décongélation des sols ou encore des étés plus secs. Ces modifications induisent le recul de l’enneigement (neiges éternelles) et une fonte des neiges plus précoce ; deux phénomènes qui ont des impacts hydrologiques directs. D’une part, les écoulements des rivières sont accélérés, ces dernières montrant des débits moyens plus élevés. D’autre part, les périodes de ruissellement sont plus précoces.

D’un point de vue hydrogéochimique, le changement climatique entraine dans ces zones froides, une modification de la disponibilité de certains ions. Ceci stimule l’activité des micro-organismes notamment ceux en charge de la décomposition de la matière organique du sol. La modification des cycles biogéochimiques entraine l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre ou de la libération de contaminants (comme l’arsenic). Ainsi, une mobilisation accrue du carbone, de contaminants ou encore de nutriments comme l’azote fait craindre quant à une dégradation accélérée de la qualité des eaux, qu’elles soient souterraines ou de surface.

Au niveau écologique et biologique, c’est surtout la diminution de l’épaisseur de neige ainsi que l’augmentation de la température du sol qui engendrent des modifications dans ces zones froides. Ainsi, sont observées des modifications de la faune et de la flore présentes notamment en termes de couvert végétal ou de macrofaune du sol. En augmentant la taille de la couche active des sols, ainsi que sa durée d’activité, le changement climatique contribue à stimuler l’activité microbienne et à accélérer le recyclage du carbone et divers nutriments ou contaminants.

Enfin, au niveau des agrosystèmes de ces zones froides, le changement climatique, s’il facilite le développement de l’agriculture en permettant une expansion des surfaces agricoles, il se traduit aussi par une dégradation des sols. Des pratiques agricoles non durables sont en effet à l’origine de pertes en carbone organique des sols. Conjointement à l’agriculture, est observée une expansion urbaine et le développement de l’exploitation de ressources naturelles. Tous accentuent les pressions anthropiques appliquées aux paysages, à la santé du sol et à la biodiversité des régions froides

Cette étude conclut que tous les effets rapides du changement climatique dans les zones froides ont à leur tour des répercussions sur le système climatique. En termes de perspectives, cette étude montre le besoin urgent de comprendre et de prévoir le comportement des zones critiques des régions froides notamment à l’aide de deux outils que sont les observations et suivis sur le terrain et la modélisation.

Laverman Amsaleg Annual Review 2021 Fig1
Figure 1 : Réponses hydrogéologiques, biogéochimiques et écologiques de la zone critique des zones froides au changement climatique. GHG : Green House Gas, gaz à effet de serre ; Talik : zone de pergélisol restant dégelé toute l’année





Laverman Amsaleg Annual Review 2021 Fig2
Figure 2 : Agroécosystème hypothétique de région froide dans un climat futur plus chaud (b) comparé aux conditions actuelles (a). Le panneau b illustre les réponses combinées (texte rouge) aux changements de conditions (texte bleu) tels que le raccourcissement de la saison hivernale, l'expansion des terres cultivées, l'application accrue d'engrais et une température de l'air généralement plus élevée. Le raccourcissement de la saison hivernale (c'est-à-dire de la période de non-croissance), la modification du régime hydrologique (notamment la réduction de la couverture neigeuse, l'augmentation des épisodes de gel-dégel et la modification de l'état d'humidité du sol) et l'intensification de l'agriculture peuvent entraîner un enrichissement accru des eaux de surface en éléments nutritifs, une augmentation des émissions de gaz à effet de serre (GES) et une modification de la biodiversité de l'agroécosystème des régions froides.

 


Laverman Amsaleg Annual Review 2021 Fig3b
Légende d'accroche : sol noir de Chine, en zone froide


Référence

Kunfu Pi, Magdalena Bieroza, Anatoli Brouchkov, Weitao Chen, Louis J.P. Dufour, Konstantin B. Gongalsky, Anke M. Herrmann, Eveline J. Krab, Catherine Landesman, Anniet M. Laverman, Natalia Mazei, Yuri Mazei, Mats G. Öquist, Matthias Peichl, Sergey Pozdniakov, Fereidoun Rezanezhad, Céline Roose-Amsaleg, Anastasia Shatilovich, Andong Shi, Christina M. Smeaton, Lei Tong, Andrey N. Tsyganov, Philippe Van Cappellen. The Cold Region Critical Zone in Transition: Responses to Climate Warming and Land Use Change, Annual Review of Environment and Resources 2021 46:1, 111-134, doi.org/10.1146/annurev-environ-012220-125703



Contact OSUR
Céline Roose-Amsaleg (CNRS, ECOBIO) / @
Anniet Laverman (CNRS, ECOBIO) / @
Alain-Hervé Le Gall (CNRS, OSUR multiCOM) / @