L’humanité a modifié le cycle de la vie dans les rivières de la planète | Science

La vie dans les rivières change. Le rythme de décomposition de la matière organique qui les atteint est perturbé par l’augmentation de la température et la plus grande disponibilité des nutriments. À l’aide de toiles (celles utilisées par les peintres), des centaines de scientifiques ont mesuré la vitesse à laquelle les débris végétaux se dégradent dans plus de 500 cours d’eau sur six continents. En plus de parvenir à une méthode standard valable pour la planète entière, les auteurs de cette vaste recherche ont détecté les schémas globaux par lesquels le carbone présent dans les feuilles et autres résidus végétaux est libéré dans l’atmosphère sous forme de CO₂ ou est piégé dans l’atmosphère. fond des lacs et des mers dans lesquels meurent les rivières. La première voie accélère le changement climatique, la seconde contribuerait à l’arrêter.

Si les mers sont les artères du système circulatoire de la planète, les fleuves en sont les capillaires. D’énormes quantités de matière organique leur parviennent des écosystèmes terrestres. On estime qu’environ 720 millions de tonnes par an. Ces débris végétaux ont plusieurs destinations sur leur chemin vers la mer. Une grande partie est incorporée dans les micro-organismes qui le dégradent, dans les microbes qui se nourrissent des restes de plantes et constituent la base de la chaîne alimentaire, du cycle de la vie. Dans ce processus de dégradation des composés végétaux en leurs composants essentiels, appelé catabolisme, une bonne partie est rejetée dans l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone ou de méthane, un gaz à effet de serre bien pire que le premier.

Un tiers de ces millions de tonnes finit piégé dans les terminaux des fleuves, comme les zones inondables, les lacs et surtout les océans pendant des décennies, des siècles ou des millénaires. La répartition dépend du taux de décomposition : plus elle est rapide, plus le pourcentage piégé et minéralisé est faible. Mais mesurer le taux de décomposition et le faire de manière universelle et comparable semblait impossible. Elle implique des dizaines de facteurs fortement dépendants des conditions locales, de l’acidité du sol à la température, en passant par les caractéristiques de la feuille à dégrader ou les micro-organismes existants. Aujourd’hui, plus de 800 expériences réalisées dans des centaines de cours d’eau ont permis de trouver, d’abord, un modèle permettant de prédire la décomposition, puis, avec lui, les schémas globaux qui la régissent. ET Ils ont publié le modèle pour une utilisation par le reste des scientifiques dans leur domaine.

« À l’échelle mondiale, l’augmentation de la température devrait favoriser la décomposition microbienne »

Luz Boyero, chercheuse et co-responsable du Groupe d’Ecologie Fluviale de l’Université du Pays Basque

Parmi plus d’une centaine de variables qu’ils ont mesurées au travail, Publié dans Science, a vérifié que la température et la disponibilité des nutriments sont parmi celles qui affectent le plus la vitesse de décomposition. “La température a un effet direct sur la décomposition microbienne, plus ou moins, comme le prédit la théorie métabolique de l’écologie”, rappelle Luz Boyero, du Département de biologie végétale et d’écologie de l’Université du Pays Basque et co-auteur de la recherche. . La variable thermique pourrait expliquer le principal schéma global observé : le taux de décomposition organique augmente à mesure que la latitude diminue. Ainsi, les taux de dégradation les plus élevés ont été constatés en Amérique centrale, en Afrique de l’Ouest (à travers laquelle coule le gigantesque fleuve Congo) ou en Asie du Sud-Est. “Mais le rapport avec la décomposition totale n’est pas aussi direct”, ajoute Boyero. Ce qu’ils ont observé, c’est que même si la température moyenne de l’air ne semble pas modifier le taux de dégradation, la température de l’eau le fait.

Une autre variable critique est la présence de nutriments. “La cellulose est essentiellement du carbone, mais pour la dégrader, les micro-organismes ont besoin d’autres éléments non présents dans les plantes, comme l’azote ou le phosphore”, explique Antonio Camacho, professeur d’écologie à l’Université de Valence, dont l’équipe de recherche du groupe a participé à l’étude. étude, fournissant des données sur les fleuves ibériques du bassin méditerranéen et (les seuls à l’avoir fait) sur les cours d’eau de l’Antarctique. Une grande partie de la révolution verte du siècle dernier et de l’augmentation continue de la production agricole est due à l’utilisation d’engrais. Mais beaucoup d’entre eux finissent dans les rivières ou les lacs, dopant leurs écosystèmes microscopiques dans un processus connu sous le nom d’eutrophisation de l’eau, devenu une menace mondiale. L’équipe de Camacho s’est rendue aux sources des rivières pour isoler la présence naturelle de nutriments de la présence anthropique. “Nous avons ainsi pu déterminer que la disponibilité d’éléments comme l’azote ou le phosphore est critique pour le taux de décomposition”, conclut le professeur.

Même si de nombreux autres éléments entrent en jeu, l’impact humain via les engrais pourrait expliquer certains résultats des travaux. La superficie des grands lacs d’Amérique du Nord et des fleuves d’Europe centrale, se trouvant aux latitudes moyennes, dégrade la matière organique presque au même rythme que le fleuve Congo ou le Gange, considéré comme l’un des plus dégradés de la planète. Pendant ce temps, les grandes étendues d’eau amazoniennes, comme l’Orénoque ou l’Amazonie, ont des ratios comparativement plus faibles. Quel est le point commun entre le Danube et le Brahmapoutre ? Ils traversent des zones densément peuplées entretenues par une agriculture très exigeante en engrais. Le schéma géographique se complète avec les latitudes plus élevées. Les rivières du Canada, des pays nordiques et, dans une moindre mesure, celles de Sibérie, dégradent la matière organique à un rythme très lent, surpassé seulement par celui observé par l’équipe de Camacho dans un cours d’eau de l’île où se trouve l’une des bases antarctiques espagnoles.

“Nous avons pu déterminer que la disponibilité d’éléments tels que l’azote ou le phosphore est essentielle au taux de décomposition.”

Antonio Camacho, professeur d’écologie à l’Université de Valence

L’étude a été réalisée par des centaines de scientifiques utilisant une toile. “Il s’agit d’un matériau standardisé, dont le pourcentage de cellulose et la tension du tissu sont déterminés”, souligne Camacho. La toile est réalisée avec des fibres de coton, riches en cellulose, le polymère végétal le plus présent dans les plantes. Grâce à elle, les scientifiques recherchaient une méthode standard valable pour l’ensemble de la planète et indépendante des variables locales. “Nous déterminons le taux de décomposition avec la perte de tension des bandes, signe que la cellulose se dégrade”, ajoute Camacho. Le principal produit de cette dégradation est le carbone. La répétition de ces expériences avec des feuilles de 35 genres végétaux (couplées aux données antérieures d’études locales) leur a permis de valider cette méthode à base de cellulose pour prédire le taux de décomposition de presque toutes les rivières.

Le directeur de l’Institut catalan de recherche sur l’eau (ICRA, pour son acronyme en catalan), Vicenç Acuña rappelle que « les arbres sont un puits de CO₂, leur bois retient le carbone pendant des siècles, mais il y a aussi les feuilles ». Que ce soit parce qu’elles sont feuillues ou en raison de leur renouvellement naturel, une bonne partie des feuilles mortes finissent dans les rivières. “On pensait que la plupart finissaient dans d’autres puits de carbone, comme le fond des lacs et des océans”, ajoute-t-il. “Mais nous savons maintenant qu’il se décompose dans les rivières et que le carbone atteint l’atmosphère, ce qui alimente le changement climatique”, ajoute-t-il. Pour Acuña, trouver un modèle comme la cellulose pour prédire le rythme de ce processus dans pratiquement toutes les rivières est la grande contribution de ce travail.

Dans la lignée d’Acuña et des États-Unis, un autre auteur détaille les conséquences de ces changements. David Costello, de l’Université d’État de Kent, affirme que « une décomposition plus rapide dans les rivières signifie qu’une plus grande quantité de CO₂ retourne dans l’atmosphère au lieu de se déplacer vers les lacs, les estuaires et les océans, où il pourrait potentiellement être enfoui et stocké pendant une longue période ».

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