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28 octobre 2008 2 28 /10 /octobre /2008 18:41

Il y a quelques semaines paraissait dans Global Biogeochemichal Cycles un article de Pongratz et al. (du MPI de Hambourg) intitulé "A reconstruction of global agricultural areas and land cover for the last millennium".

Comme le titre l'indique, ces travaux portent sur la reconstruction de l'évolution de la végétation terrestre (le "land-use") au cours du dernier millénaire, plus précisément juqu'à l'"an" 800.
En effet, une des principales actions de l'homme sur son environnement est sa capacité à transformer les écosystèmes naturels: aujourd'hui, entre 30 et 50% des surfaces continentales ont été plus ou moins "anthropisées" (et n'oublions qu'une certaine partie du reste sont des déserts ou des montagnes...), principalement via l'expansion de l'agriculture (culture et élevage). Comme bien évidemment ces modifications ont potentiellement des répercussions sur l'atmosphère et le système climatique, via des effets biophysiques (modifications du bilan d'énergie en surface) et biogéochimique (modifications du cycle du carbone, principalement), quantifier ces évolutions est important pour l'étude du système climatique. Grâce au monitoring récent de le biosphère, et, en remontant dans le passé, à l'historique des données agricoles, on est capable d'en donner une description globale sur environ les trois derniers siècles (les différents jeux de données actuels remontent jusqu'en 1700). Ce qui permet à l'IPCC de donner une valeur au forcage radiatif global dû à l'effet biophysique du land-use depuis 1750 (quelquechose entre 0 et -0.5 W/m2 - l'effet global principal étant donc un refroidissement, via augmentation de l'albédo par déforestation) - toutefois ces valeurs globales faibles masquent des impact régionaux potentiellement bien plus importants. Et au niveau biogéochimique, Hougton (2003) indique  que 35% des émissions totales de CO2 au cours des 150 dernières années sont dues à cette évolution du land-use.

En revanche, pour remonter plus loin dans le passé, avant 1700, les sources commencent à manquer et les choses se corsent... Les quelques études qui se sont penchées sur l'effet du land use au cours des siècles ont fait l'hypothèse d'une végétation fixée à 1700, ou interpolent linéairement entre une végétation "potentielle"  et celle estimée pour  1700. Ici Pongratz et al., pour faire mieux, proposent de se baser sur les données de population comme proxy de l'activité agricole. En effet les données démographiques remontent plus facilement dans le passé. Ils appliquent ensuite cette évolution agricole sur une végétation naturelle potentielle afin de retrouver l'évolution des différents type de végétation. Et pour montrer tout de suite ce que ca donne, en carte:


Global historical cropland area. Units are percent of grid cell. Values smaller than 1% are colored white. Note the logarithmic scale

ou en graphs par régions :


Total area of crop (orange) and pasture (blue) from AD 800 to 1992 (in 106 km2). The insets show the time period AD 800 to 1700 at different scale and with shaded area indicating the uncertainty range.

Bien évidemment, des hypothèses simplificatrices leur sont nécessaires: par exemple que le ratio de surface de culture-élevage per capita reste constant à sa valeur avant 1700 (à sa valeur de 1700, donc); ou bien que le pattern de surfaces agricoles au sein d'un pays en 1700 reflète celui des siècles précédents, et qu'on peut donc l'extrapoler vers le passé. Bien entendu, ces hypothèses peuvent être contestées: les auteurs font l'effort de quantifier au plus large les incertitudes qui en résultent. Toutefois on peut parfois être surpris de certaines affirmations, comme par exemple, jusque dans l'abstract de l'article, que l'épisode de peste de 1347-1353 en Europe se "voit" dans l'évolution des surfaces agricoles et donc de la végétation - puisque cela ne repose justement que directement sur l'hypothèse d'une relation linéaire entre population et végétation (même si cela doit certainement être confirmé par des études indépendantes).

Au total, les auteurs estiment qu'entre 800 et 1700, environ 5 MKm2 de végétation naturelle ont été convertis à l'agriculture - à mettre en regard avec les 40 MKm2 estimés entre 1700 et 2000. 

Là où, en plus de son intérêt pour des études de "climat et land-use" au long cours, ce travail devient intéressant, c'est qu'il permet aux auteurs d'estimer les émissions de CO2 correspondantes, entre 1200 et 1700, à quelquechose entre 29 et 55 Gt de C (pour comparaison, on émet aujourd'huin, toutes sources confondues, environ 10 GtC/an). A vu de nez, ca fait donc quelque chose de l'ordre de la 10aine de ppm injectés dans l'amtosphère. Or dans le même temps, les concentrations de CO2 atmosphériques, mesurées dans les carottes de glace, decroissaient (enfin, surtout vers la fin entre 1500 et 1700, avec le Petit Age Glaciaire...) de quelques ppm: qui plus est, l'analyse isotopique de ce carbone indique que la biosphère a probablement été un puits de carbone durant cette période, la respiration diminuant plus fortement, avec le refroidissement, que la photosynthèse.
Les auteurs voient donc là une contradiction, qu'on pourrait appeler un "Little Ice Age missing Carbon sink": les émissions de CO2 historiques et les concentrations mesurées dans les glaces sont dures à réconcilier...
Ils avancent une possiblité: un fort feedback climat-carbone - c'est-à-dire que la sensibilité de la biosphère aux variations de T°, en termes de stockage de CO2, est telle, que le refroidisssement du PAG a entrainé une réduction des émissions de C biosphériques qui, non seulement a compensé les émissions dues à la déforestation, mais est parvenue à faire diminuer la concentration atmosphérique de CO2. Evidemment, en pointillé derrière ca, il y a l'idée que si ce feedback est plus fort que prévu, inversement, le réchauffement à venir risque d'être un peu amplifié par rapport aux projections actuelles...
Bon, de façon plus rassurante, on peut aussi suggérer qu'éventuellement leur estimation de déforestation et d'émissions de CO2 sur 1200-1700 soit un peu trop généreuse... mais notons que même ainsi, la sensibilité Carbone-T° dérivée du Petit Age Glaciaire, en considérant les émissions anthropiques de l'époque comme négligeables, implique un feedback climat-carbone plutot dans le haut de la fourchette de ce qui est estimé par les modèles couplés.






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commentaires

Néandertalis 26/03/2009 17:01

Pénible à lire ce sabir franco-britanique... Ça sort d'un traducteur automatique?

Ira 28/11/2008 13:11

I should've realized that your "ecosysteme" included heterotrophic organisms, thanks for the clarification (obviously, I haven't spending enough time on Benjamin's bacteria blog ^^)

in fact, the pumpkin pie was a failure !!!
everything else turned out perfectly, though ... and since on Thanksgiving there are always at least a dozen desserts, it didn't matter at all, cheers, IRA still in new york city

ira 26/11/2008 20:34

Ice-Man, I just read the previous post,
BUT since I am not a climatologist, let's start a little bit at the beginning -- at the level of BOTANY :-)

In colder temperatures, why does respiration of plant life decrease at a faster rate than photosynthesis ?
Please tell me if my reasoning is correct.

Given that sunlight remains constant, there is a strong tendency for plants to take in historical levels of carbon (for photosynthesis) WITHOUT HOWEVER an equivalent metabolic need to convert the carbon (glucose) to energy -- since plant need less energy to survive in colder temperatures.

???????

Ice-Man, j'ai retrouvé votre blog par le biais de Benjamin sur over-blog. J'habite New York, les températures ont refroidi dernièrement; nous bien approchons l'hiver. C'est très beau. Demain est la fête de Thanksgiving, donc il y a une demi-heure, j'ai mis une tarte de citrouille dans le four, ça sent très bien. Je ne suis pas un scientiste mais au moins je suis un bon cuisinier!

(in many ways, the crafts of scientist and cook are similar. For example, today I put a big pumpkin pie in the oven alongside a few very small pumpkin tarts in a large pan of water. Result: Big climate/ecosystem feedback!! Lots of pan water evaporated, making the oven moister than usual, which then slowed down the solidification of the pumpkin filling in the big pie. As a result, I need to leave the pie in the oven 15 minutes longer than usual.)

see ya, Ice Man
ira in new york city

ICE 28/11/2008 11:17



Hi ira, thanks for your comments. Hope your thanksgiving pie was still ok. IMO, cooking is a lot of chemistry and physics, so yes, it is certainly close to science ! Actually, in the greenhouse
effect context, water vapor is a positive feedback: hotter, then wetter, then hotter again, etc... for water vapor is a greenhouse gaz.


As for your question, one has to take into account heterotrophic respiration as well - mainly bacteria and fungi respiring carbon in the soils (that's why i mentionned ecosystem (total)
respiration). This heterotrophic respiration, as a result from bacteria activity, is clearly a function of t° - maybe more strongly than "autotrophic" respiration (plants respiring
their own carbohydrates). i'd guess. Whereas plant photosynthesis depends first on water availability, radiation, CO2 ( although it of course also has a dependance on t°, with a bell-type
curve). So, with everything more or less equal, a decreasing T° means a decrease in respiration, and a decrease in photosynthesis but smaller - so ultimately some
carbon is stored.


Anyway, this was more a statement at global, which i guess may not hold true at all time scale and all regions.  


 



ira 25/11/2008 21:12

Ice-Man, merci pour l'article

à vous citer: "le refroidisssement du PAG a entrainé une réduction des émissions de C biosphériques"

je ne comprends pas, pourquoi ??

ICE 26/11/2008 10:57



Merci - peut-être que ma formulation n'était pas très claire. Simplement, on peut dire que dans une certaine gamme il y a une sensibilité négative, vis-a-vis de la T°,  du stockage de C dans
la biosphère terrestre : quand il fait plus froid globalement, la respiration des écosytèmes (les émissions de C) diminuent plus vite que la photosynthèse (l'assimilation de C), donc le carbone
se stocke (et il diiminue dans l'atmosphère). Et inversement qd il fait plus chaud.


Je crois le post suivant est plus clair à cet égard.



meteor 07/11/2008 13:35

bonjour,

ça me fait penser un peu au CH4 de Ruddiman.
Ceci dit, il est vrai que la courbe du CO2 entre 1200 et 1700 ne montre pas de croissance.
D'après la doc que j'ai, elle est stable entre 1200 et 1550 (grossièrement) vers 282+-1ppm, puis chute, en 70 ans, de 8 ppm.
Cela me fait penser aux variations lors des passages glaciaire/interglaciaire qui sont de 16 ppm/°C.
Si on considère une variation depuis l'optimum médiéval de 0.5°C c'est pas idiot.
Faudrait voir, par contre, si ça colle avec le fameux lag température/CO2 car la variation me semble tout de même très rapide.
Et puis les phénomènes qui accompagnent le PAG ne sont pas forcément identiques à ceux qui accompagnent les épisodes glaciaires.
Intéressant en tous cas.

ICE 10/11/2008 11:28


merci pour le comment.
c'est vrai que la diminution de CO2 se fait surtout apres 1500. Je comptais aussi relater un science récent de cox et jones, à propos de climat-Carbone et qui considèrent que le lag CO2/T° au
niveau du pag est cohérent ...
Et en effet, les process à l'échelle glaciaire ne sont pas nécessairement les memes que ceux à l'échelle de la décennie dans un épisode tel que le pag, donc on ne peut pas comparer directement les
deux sensibilités...(et d'ailleurs à l'échelle du changement climatique actuel ce serait plutot le pag qui nous intéresse)