A "little ice age missing carbon sink" ?

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.