Une étude, dont les résultats intitulés «Permafrost carbon as a missing link to explain CO ₂ changes during the last deglaciation» sont publiés dans la revue Nature Geoscience, a permis de modéliser pour la première fois l’évolution temporelle des sols gelés à l’échelle globale et les transferts de carbone associés dans le contexte de la dernière transition climatique glaciaire-interglaciaire. Les mécanismes en question sont ainsi apparu en mesure d'amplifier fortement le changement climatique futur.

Notons tout d'abord que «l'évolution de la teneur en gaz carbonique dans l’atmosphère terrestre résulte de nombreux mécanismes dont l’importance relative dépend des périodes de temps considérées». Plus précisément, «si les facteurs prépondérants aux échelles de temps géologiques de dizaines de millions d’années sont l’intensité de l’activité volcanique (principale source de CO₂) et l’érosion continentale (principal puits de CO₂)», d’autres facteurs interviennent à l’échelle des milliers et dizaines de milliers d’années: ils impliquent les deux réservoirs principaux de carbone que sont l’océan et la biosphère continentale.

Comme «l’importance relative de ces mécanismes pour expliquer l’augmentation de 40 % du CO₂ atmosphérique entre une glaciation et une période interglaciaire» fait aujourd'hui débat, l'étude ici présentée a cherché à évaluer «le rôle joué par les sols gelés dans l’évolution du CO₂ au cours de la dernière déglaciation».

Pour cela, dans un premier temps, une modélisation spécifique des sols gelés, qui renferment actuellement selon les estimations «entre 1000 et 1500 milliards de tonnes de carbone», «a été mise au point et testée par rapport à la période actuelle pour laquelle on dispose de nombreuses observations».

Dans un deuxième temps, l'intégration de ce nouveau module «dans un modèle simplifié du système Terre comprenant déjà l'essentiel des autres mécanismes impliqués dans le cycle naturel du carbone» a permis «de calculer les flux de carbone entrants et sortants depuis ce réservoir, en tenant compte de l’évolution de facteurs tels que l’insolation reçue à la surface de la Terre, le niveau des mers, ou encore les flux d’eau douce provenant des inlandsis en fonte» (Les simulations ont été testées grâce «aux données issues des carottes marines, mais aussi des carottes de glace et notamment le rapport isotopique ¹³C/¹²C du CO₂, une information permettant d’évaluer plus spécifiquement les apports de carbone atmosphérique d’origine continentale»).

Les simulations ont montré que seule la prise en compte de la dynamique des sols gelés permet de reproduire de manière satisfaisante l’évolution du rapport isotopique ¹³C/¹²C du CO₂. Concrètement, «cette contribution importante du dégel des sols et du transfert de carbone vers l’atmosphère prédomine durant la période de temps comprise entre moins 17 500 et moins 16 000 ans, alors que le CO₂ augmente d’environ 35 parties par million, soit plus d’un tiers de l’amplitude de l’augmentation glaciaire-interglaciaire du CO₂, et le rapport isotopique ¹³C/¹²C du CO₂ diminue de 0,4 ‰».

Alors que jusqu'ici «on pensait que la biosphère continentale avait essentiellement absorbé du CO₂ atmosphérique durant la déglaciation par la croissance végétale, voyant par exemple des steppes et toundras glaciaires remplacées par des forêts denses», cette étude indique «qu’une autre composante du réservoir de carbone biosphérique, le carbone stocké dans les sols gelés, a partiellement compensé cet effet, au point de contribuer de manière importante à la tendance temporelle du CO₂».

Enfin, l'utilisation de ce modèle «dans le contexte du changement climatique du XXIe siècle» pour simuler «l’évolution climatique future», fait apparaître «une amplification du réchauffement global compris entre 10 et 40 %», selon «les scénarios considérés d’émissions de CO₂ par les activités humaines» avec «la prise en compte de la rétroaction climat / sols gelés dans le modèle de complexité intermédiaire». En particulier, il prévoit d’ici 2100, «un transfert compris entre 40 et 80 milliards de tonnes de carbone entre les sols en dégel et l’atmosphère, augmentant d’autant plus la teneur en CO₂ de l’atmosphère et le forçage radiatif associé».