Science du sol : comme jouer dans un bac à sable

Les sols stockent de grandes quantités de carbone. Pour comprendre comment les sols arctiques se développent et changent à mesure que le climat se réchauffe, nos blogueurs ont dû faire des recherches à Svalbard, un archipel norvégien de l’océan Arctique.

Ce contenu a été publié le 23 mars 2023
23 mars 2023
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Les pédologues sont parfois comme des enfants qui jouent dans un bac à sable. Imaginez plusieurs adultes creusant un trou et allongés autour ou dedans, ramassant de la boue avec leurs doigts et la roulant pour déterminer le type de texture. Ils l’emballeront ensuite dans des béchers et des sacs en métal pour encore plus de plaisir analytique en laboratoire. Ces procédures peuvent sembler étranges aux spectateurs, mais elles suivent des règles et des protocoles scientifiques établis pour décrire et échantillonner les sols de manière représentative. Et si vous savez où chercher, il suffit parfois de quelques pas pour entrer dans un nouveau monde.

À Svalbard, pour les pédologues comme moi, cela signifiait prélever côte à côte des échantillons de sols très différents. A seulement quelques mètres de distance, les sols peuvent être profonds et relativement bien développés, ou rocheux et peu profonds, tandis que la végétation superficielle ne présente pas de différences évidentes. Cependant, les conséquences de ces différences sur le cycle du carbone et des nutriments sont d’importance mondiale, en particulier dans le contexte du changement climatique.

Notes de terrain Svalbard 2 Mo

2MB : C’était la quantité quotidienne de données que nos blogueurs antarctiques pouvaient à l’origine nous envoyer par satellite au sujet de leurs recherches sur les microplastiques. Le streaming de données est également limité pour nos blogueurs actuels, un groupe de doctorants à l’ETH Zurich qui étudient le verdissement de l’Arctique dans l’archipel norvégien de Svalbard. Le verdissement de l’Arctique est un processus initié par le réchauffement climatique et entraîné localement par la chimie, l’épaisseur et l’âge du sol.

Le pédologue Moritz Mainka a rejoint le projet Arctic Greening en janvier 2023. Son objectif de recherche est de comprendre comment les sols réagissent au réchauffement et comment cela affectera les écosystèmes et notre climat futur. Pour cela, Mainka modélise le comportement à long terme des sols. Ses recherches sont basées sur des échantillons de sol que ses collègues ont collectés l’année dernière et qui sont actuellement analysés dans les laboratoires de l’ETH Zurich.

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Nous voulons étudier la quantité de carbone stockée dans les sols du Svalbard. Plus important encore, nous voulons mieux comprendre comment le cycle du carbone se déroulera dans ces sols à mesure que l’Arctique se réchauffera rapidement, et à quelle vitesse les différents types de sols changeront et se développeront dans les nouvelles conditions climatiques. La réponse des sols arctiques aura un impact considérable sur le système climatique mondial. La grande crainte est que de grandes quantités de carbone précédemment stockées dans le pergélisol soient libérées dans l’atmosphère, intensifiant et accélérant le réchauffement climatique.

Et en effet, les micro-organismes du sol sont déjà plus actifs, décomposant le carbone ancien stocké dans le pergélisol depuis des milliers d’années. Dans le nord de la Suède, par exemple, les conséquences du dégel du pergélisol sont visibles sous la forme de bulles de méthane, un puissant gaz à effet de serre exhalé par un sol préalablement gelé. La libération de méthane pourrait intensifier le réchauffement climatique dans ces endroits.

Mais une planète plus chaude signifie également une meilleure croissance des plantes et un développement plus rapide du sol, car les roches s’altèrent et libèrent des minéraux qui peuvent grandement influencer la séquestration du carbone dans le sol. Des surfaces plus minérales dans des sols plus développés, par exemple, peuvent protéger contre la décomposition microbienne l’apport de carbone qu’elles reçoivent d’une végétation plus luxuriante. Pourtant, on ne sait pas à quel rythme et quelle quantité de carbone peut être stabilisé dans les sols, et si ce processus compense de manière significative la perte de carbone due au dégel du pergélisol ancien.

À Svalbard, le matériau d’origine, les roches à partir desquelles les sols se forment au fil du temps, est exceptionnellement diversifié. Lors de notre étude de terrain en juillet et août 2022, nous avons été surpris de voir à quel point les sols changeaient en fonction de la roche à partir de laquelle ils se formaient et de l’endroit dans le paysage où nous trouvions ces sols. Mais si les cartes géologiques nous ont donné quelques indications, il n’a pas toujours été facile de trouver et d’identifier les différentes roches sur lesquelles les sols se sont développés.

Nous avons trouvé des sols de toundra où la végétation semblait assez similaire, mais les âges du matériau parental étaient séparés de millions d’années. Ils avaient souvent des compositions géochimiques complètement différentes, entraînant des différences prononcées de profondeur et des propriétés importantes telles que la texture. De même, les sols qui se sont développés près des falaises d’oiseaux, où les nutriments sont abondants (merci, le caca d’oiseau) et les plantes poussent bien, se sont développés beaucoup plus profondément que leurs proches parents sur le même matériau parental, mais sans les avantages nutritionnels que les oiseaux fournissent.

Les échantillons de sol que nous avons collectés dans les toundras du Svalbard au cours de l’été 2022 sont désormais stockés en toute sécurité dans des congélateurs au laboratoire de l’ETH Zurich, en attendant l’analyse de leurs propriétés chimiques, biologiques et physiques. Comprendre ce que ces différentes propriétés signifient pour le cycle du carbone sera la prochaine étape de notre projet.

Nous prévoyons également de réaliser plusieurs expériences en laboratoire qui fourniront des informations sur le rythme du cycle du carbone dans des conditions climatiques variables. Ces expériences nous aideront à comprendre comment différents minéraux du sol peuvent stabiliser le carbone dans les sols arctiques et quels micro-organismes travaillent à décomposer le carbone que les plantes apportent aux sols.

Un jeu populaire dans les bacs à sable consiste à “faire cuire” des gâteaux. Cependant, en tant que pédologue, je dois admettre que “cuire” des gâteaux de sol est beaucoup plus amusant en laboratoire car les sols peuvent être clairement distingués par leur couleur.

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