Une étude révèle de nouveaux indices sur la façon dont le « thermostat de la Terre » contrôle le climat

Les roches, la pluie et le dioxyde de carbone aident à contrôler le climat de la Terre pendant des milliers d’années, comme un thermostat, grâce à un processus appelé altération. Une nouvelle étude menée par des scientifiques de Penn State pourrait améliorer notre compréhension de la façon dont ce thermostat réagit aux changements de température.

« La vie est présente sur cette planète depuis des milliards d’années, nous savons donc que la température de la Terre est restée suffisamment constante pour qu’il y ait de l’eau liquide et pour soutenir la vie », a déclaré Susan Brantley, professeur à l’Université Evan Pugh et professeur Barnes de géosciences à Penn State. « L’idée est que l’altération des roches silicatées est ce thermostat, mais personne n’a jamais vraiment convenu de sa sensibilité à la température. »

Étant donné que de nombreux facteurs entrent en jeu dans l’altération, il a été difficile d’utiliser uniquement les résultats d’expériences en laboratoire pour créer des estimations mondiales de la façon dont l’altération réagit aux changements de température, ont déclaré les scientifiques.

L’équipe a combiné des mesures en laboratoire et des analyses de sol de 45 sites pédologiques à travers le monde et de nombreux bassins versants pour mieux comprendre l’altération des principaux types de roches sur Terre et a utilisé ces résultats pour créer une estimation globale de la façon dont l’altération réagit à la température.

« Lorsque vous faites des expériences en laboratoire plutôt que de prélever des échantillons de sol ou d’une rivière, vous obtenez des valeurs différentes », a déclaré Brantley. « Donc, ce que nous avons essayé de faire dans cette recherche, c’est de regarder à travers ces différentes échelles spatiales et de comprendre comment nous pouvons donner un sens à toutes ces données que les géochimistes du monde entier ont accumulées sur l’altération de la planète. Et cette étude est un modèle pour la façon dont nous peut faire ça. »

L’altération représente une partie d’un acte d’équilibrage du dioxyde de carbone dans l’atmosphère terrestre. Les volcans ont émis de grandes quantités de dioxyde de carbone tout au long de l’histoire de la Terre, mais au lieu de transformer la planète en une maison chaude, le gaz à effet de serre est lentement éliminé par les intempéries.

La pluie absorbe le dioxyde de carbone de l’atmosphère et crée un acide faible qui tombe sur Terre et use les roches de silicate à la surface. Les sous-produits sont transportés par les ruisseaux et les rivières vers l’océan où le carbone est finalement enfermé dans les roches sédimentaires, ont déclaré les scientifiques.

« On a longtemps émis l’hypothèse que l’équilibre entre le dioxyde de carbone entrant dans l’atmosphère par les volcans et extrait par les intempéries pendant des millions d’années maintient la température de la planète relativement constante », a déclaré Brantley. « La clé, c’est quand il y a plus de dioxyde de carbone dans l’atmosphère et que la planète se réchauffe, les intempéries vont plus vite et extraient plus de dioxyde de carbone. Et quand la planète est plus froide, les intempéries ralentissent.

Mais beaucoup reste inconnu sur la sensibilité de l’altération aux changements de température, en partie à cause des longues échelles spatiales et temporelles impliquées.

« Dans un profil de sol, vous voyez une image du sol où l’obturateur de la caméra était ouvert pendant parfois un million d’années – il y a des processus intégrés qui se produisent pendant un million d’années et vous essayez de comparer cela avec une expérience en flacon de deux ans, « , a déclaré Brantley.

Brantley a déclaré que le domaine de la science des zones critiques – qui examine les paysages de la végétation la plus haute aux eaux souterraines les plus profondes – a aidé les scientifiques à mieux comprendre les interactions complexes qui influencent l’altération.

Par exemple, les roches doivent se fracturer pour que l’eau pénètre dans les fissures et commence à décomposer les matériaux. Pour que cela se produise, la roche doit avoir de grandes surfaces exposées, et cela est moins susceptible de se produire dans les régions où le sol est plus profond.

« Ce n’est que lorsque vous commencez à traverser des échelles spatiales et temporelles que vous commencez à voir ce qui est vraiment important », a déclaré Brantley. « La surface est vraiment importante. Vous pouvez mesurer toutes les constantes de vitesse que vous voulez pour cette solution en laboratoire, mais jusqu’à ce que vous puissiez me dire comment la surface se forme là-bas dans le système naturel, vous ne pourrez jamais prédire le vrai système. »

Les scientifiques rapporté dans le journal Science que les mesures de sensibilité à la température en laboratoire étaient inférieures aux estimations des sols et des rivières dans leur étude. En utilisant les observations des sites de laboratoire et de terrain, ils ont amélioré leurs résultats pour estimer la dépendance de la température globale aux intempéries.

Leur modèle peut être utile pour comprendre comment l’altération réagira au futur changement climatique et pour évaluer les tentatives faites par l’homme d’augmenter l’altération pour extraire plus de dioxyde de carbone de l’atmosphère, comme la séquestration du carbone.

« Une idée a été d’améliorer les intempéries en déterrant beaucoup de roches, en les broyant, en les transportant et en les mettant dans les champs pour permettre aux intempéries de se produire », a déclaré Brantley. « Et ça marchera, ça marche déjà. Le problème, c’est que c’est un processus très lent. »

Bien que le réchauffement puisse accélérer les intempéries, extraire tout le dioxyde de carbone de l’atmosphère que les humains ont ajouté pourrait prendre des milliers ou des centaines de milliers d’années, ont déclaré les scientifiques.

Les autres chercheurs de Penn State qui ont participé à l’étude étaient Andrew Shaughnessy, candidat au doctorat au Département des géosciences et Marina Lebedeva et Victor Balashov, scientifiques principaux au Earth and Environmental Systems Institute.