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L’impact climatique des premières forêts remis en question

Crédits : capture vidéo / igpcolorado.

Contrairement à l’idée qui prévalait jusqu’à présent, l’apparition des premières forêts n’aurait pas diminué de façon significative le taux de CO2 dans l’atmosphère. C’est du moins ce que rapporte une étude parue dans la revue Nature communications ce 20 décembre. Ces résultats font voler en éclats trente ans de compréhension sur le climat du Dévonien.

Les premières formes de végétation ont colonisé les terres il y a environ 470 millions d’années, à l’Ordovicien. Il s’agissait de petites plantes arbustives sans fleurs, faiblement enracinées et d’abord concentrées à proximité des cours d’eau. Aussi, il faudra attendre près d’une centaine de millions d’années, vers le milieu du Dévonien, pour que de véritables forêts apparaissent sur les continents.

Jusqu’à présent, les scientifiques pensaient que l’apparition des premières forêts avait induit une chute notable de la concentration de l’atmosphère en dioxyde de carbone (CO2), donc de l’effet de serre et de la température moyenne du globe. Cela permettait ainsi de rendre compte du refroidissement climatique progressif survenu entre le Dévonien et le Carbonifère, avec le développement d’une calotte sur la partie polaire du Gondwana. Toutefois, les résultats obtenus par une équipe de chercheurs viennent remettre en question ce paradigme.

Forêts primitives et climat : un paradigme vole en éclats

L’hypothèse précédente suppose un niveau élevé de CO2 avant l’apparition des forêts. Or, il se trouve que la teneur de l’atmosphère en dioxyde de carbone était bien plus faible qu’envisagé. Partant d’un niveau déjà bas, on ne peut plus expliquer le refroidissement Dévonien-Carbonifère par la chute des concentrations en CO2.

La reconstitution des niveaux passés de CO2 est une tâche complexe. Au-delà du million d’années, il n’existe plus d’archives directes. Il faut alors calculer les concentrations de façon indirecte, ce qui implique de faire des hypothèses sur les variables physiques ou biologiques. Par ailleurs, ces dernières ne peuvent pas être contraintes de façon indépendante. Dans leur étude, les chercheurs ont utilisé une technique novatrice qui réduit le nombre d’hypothèses et facilite les contraintes, permettant une approche plus directe que celles utilisées jusqu’à présent.

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Évolution de la concentration atmosphérique en CO2 (courbe bleue) et en dioxygène (courbe rouge) entre 480 et 320 millions d’années. Les inscriptions sous le graphique situent l’apparition de divers types de plantes, dont les arbres (arborescent plants). La frise du bas situe le passage à un climat chaud sans glace (greenhouse) à un climat plus froid avec présence de calotte(s) polaire(s) (icehouse). Crédits : Tais W. Dahl & coll. 2022.

« Nous avons calibré un modèle mécaniste d’échange de gaz entre les feuilles des plantes et l’air ambiant sur la base de la plus ancienne lignée de plantes terrestres vasculaires, à savoir les cactus », détaille Tais W. Dahl, auteur principal de l’étude. « Grâce à cette approche, nous avons pu calculer le niveau de CO2 dans l’air uniquement à partir des observations faites sur le matériel végétal ».

Considérer la profondeur des systèmes racinaires

Le rapport carbone-12/13 des végétaux fossiles âgés de 380 à 410 millions d’années ainsi que l’ouverture de leurs stomates (les pores des feuilles) sont étonnement proches de ceux que l’on retrouve sur les plantes actuelles. Aussi, en lieu et place des estimations précédentes qui donnaient des niveaux de CO2 de 2000 à 8000 ppm (parties par million) avant l’apparition des premières forêts, celles obtenues ici donnent un intervalle de 525 à 750 ppm, soit trois à quinze fois moins.

Le climat de la Terre qui a précédé l’apparition des premières forêts n’était donc pas très différent de celui qui a suivi. Des calottes de glace étaient déjà présentes selon les simulations climatiques effectuées par les chercheurs. La véritable chute du CO2 et le refroidissement associé se situeraient en fait quelques dizaines de millions d’années plus tôt dans l’histoire de la Terre, au moment où les premières plantes vasculaires sont apparues. Et pour cause, leurs systèmes racinaires moins profonds auraient permis une meilleure altération des sols et donc un pompage du CO2 bien plus efficace.

« (…) l’apparition d’arbres aux racines profondes n’a pas augmenté de façon notable le puits de CO2 atmosphérique. Au contraire, les écosystèmes vasculaires à racines peu profondes pourraient avoir provoqué simultanément une brusque oxygénation de l’atmosphère et un refroidissement climatique bien avant l’apparition des forêts, même si les niveaux de CO2 antérieurs sont encore inconnus », conclut l’étude dans son résumé.

Damien Altendorf

Rédigé par Damien Altendorf

Habitant du Nord-est de la France, je suis avant tout un grand passionné de météorologie et de climatologie. Initialement rédacteur pour le site "Monsieur Météo", je contribue désormais à alimenter celui de "Sciencepost".