Au cours de centaines de millions d’années, la Terre a connu des changements climatiques successifs qui ont façonné la planète telle que nous la connaissons aujourd’hui. Les changements de température et de teneur en CO#x#sub##2 dans l’atmosphère au cours de cette période peuvent nous aider à comprendre comment la Terre réagit aujourd’hui au changement climatique.
Dans le cadre d’un domaine de recherche en pleine expansion - la biogéodynamique - les scientifiques travaillent d’arrache-pied pour découvrir comment les changements climatiques ont influencé la vie sur Terre dans le passé. "Nous essayons de comprendre des processus importants du présent en regardant dans le passé géologique", explique Julian Rogger, qui s’occupe principalement de biogéodynamie à l’Institut de géophysique de l’ETH Zurich.
Rogger est fasciné par l’interaction entre le climat et le monde végétal. Jusqu’à présent, l’humanité ne connaît aucune autre planète dans l’univers sur laquelle des organismes vivants peuvent se développer. Les conditions climatiques particulières de la Terre assurent une quantité d’eau liquide suffisante pour que les plantes et autres organismes vivants complexes puissent bien se développer ou du moins survivre. Dès que le climat de la Terre change, cela influence également le monde végétal. L’écosystème est alors contraint d’évoluer et de s’adapter aux conditions changeantes. "Ce qui m’intéresse, c’est le rôle que jouent les organismes vivants eux-mêmes dans l’ensemble du système", explique Rogger.
Les plantes participent activement au cycle climatique
En collaboration avec des collègues de l’ETH Zurich et de l’Université de Leeds, Rogger a publié une étude scientifique dans la revue spécialisée externe Seite Science Advances call_made. Ils y montrent que les plantes ne participent pas seulement passivement au cycle climatique - elles peuvent même le façonner de manière déterminante. "On pourrait supposer que les êtres vivants ne font que réagir aux changements - mais il est également possible qu’ils interagissent avec l’écosystème et le contrôlent de cette manière".Pour le démontrer, le doctorant de l’ETH a utilisé des modèles informatiques pour simuler l’interaction entre le changement climatique, le déplacement des continents et la flore dans le passé. Les modèles montrent comment les plantes ont pu aider à réguler la nature de l’atmosphère. En effet, elles fixent le carbone et rejettent de l’oxygène, contribuant ainsi à stabiliser la teneur en CO2 de l’atmosphère. En outre, les plantes accélèrent le processus de décomposition des minéraux dans les sols, ce qui permet également de fixer le CO2. Le modèle de Rogger montre que les plantes sont un élément important de la boucle de régulation du climat et du carbone de la Terre : La capacité de réaction de la végétation joue un rôle dans le fait que les changements climatiques soient freinés ou même accélérés.
Un changement climatique amorti
L’activité des plantes peut agir comme un tampon qui empêche que la température ne change trop rapidement dans différentes parties du monde. Mais ce tampon ne fonctionne que si le climat change lentement. Si lentement que les plantes peuvent évoluer pendant des millions d’années et s’adapter aux nouvelles conditions dues aux changements climatiques mais aussi aux plaques continentales qui se déplacent en raison de la tectonique des plaques. Les analyses géologiques et les fossiles découverts montrent toutefois que certains changements ont été trop rapides et ont conduit à une extinction de masse. "Nous voulons savoir à quelle vitesse la végétation peut s’adapter lorsque la température augmente soudainement de cinq ou six degrés. Notre grand objectif est de comprendre la coévolution du climat, de la végétation et de la tectonique", explique Rogger.390 millions d’années d’histoire de la Terre reconstituées
En collaboration avec ses coauteurs - une équipe interdisciplinaire de géologues, d’informaticiens et de géoscientifiques - Rogger a créé un modèle informatique des 390 millions d’années passées. Il intègre dans ses calculs le déplacement des continents, les changements climatiques et les réactions respectives de la végétation. L’exécution d’une telle simulation sur des ordinateurs puissants peut prendre jusqu’à un mois. Cela s’explique par la complexité de la question et la longue période que la simulation doit représenter.Chaque fois que possible, l’équipe utilise des données géologiques pour rendre les modèles aussi réalistes que possible : Par exemple, l’analyse chimique des sédiments peut être un indicateur de la teneur en dioxyde de carbone. Les fossiles peuvent fournir des informations sur le moment où des changements climatiques dramatiques ont entraîné des extinctions de masse. Ils peuvent également révéler le développement de nouveaux écosystèmes qui, à leur tour, ont été une réaction à des conditions changeantes.
Les modèles montrent que : De longues périodes de stabilité permettent une végétation florissante avec des plantes qui absorbent le CO2 et stabilisent ainsi à nouveau le climat de la Terre au fil du temps. Dans son modèle, l’équipe a observé que les plantes peuvent se développer suffisamment rapidement pour s’adapter aux changements successifs du climat et du paysage - par exemple en raison des déplacements des continents.
Le contraire se produit lorsque le système climatique est perturbé et qu’il change trop rapidement pour que la végétation puisse s’adapter : Les plantes ne peuvent alors plus remplir leur fonction de tampon pour ralentir les changements climatiques. Sans l’effet de freinage des plantes, les changements environnementaux s’accélèrent même et deviennent de plus en plus extrêmes. "C’est comme un effet de rétroaction", explique Rogger. "Si la régulation disparaît, la teneur en CO2 peut augmenter plus fortement et les changements climatiques peuvent être plus importants que prévu jusqu’à présent".
La résistance à l’épreuve
Les études géologiques montrent que les changements climatiques soudains s’accompagnent souvent d’extinctions de masse. "Cela a également entraîné des changements importants dans la végétation et il a parfois fallu des milliers, voire des millions d’années, pour que la végétation se rétablisse et s’adapte, et la partie qui revient peut être très différente de ce qui existait auparavant", explique Rogger.Ce n’est pas une bonne nouvelle. "La vitesse du changement que nous observons actuellement est considérée comme sans précédent au cours des 400 derniers millions d’années", explique le chercheur. "Des changements aussi importants que ceux auxquels nous assistons actuellement pourraient affecter la capacité de la végétation à réguler le climat".
À une époque où le climat change plus rapidement que jamais, il est également possible de tirer des conséquences pratiques des recherches de Rogger : Les informations du passé peuvent aujourd’hui aider à comprendre à quel point les systèmes interdépendants de la Terre sont résistants. "A quelle vitesse les écosystèmes peuvent-ils réagir aux changements du climat et du paysage ? C’est l’une des plus grandes inconnues", dit-il. "La question urgente est la suivante : quelle est la capacité de résistance de la Terre ?".
