Un ancien pollen piégé dans la glace du Groenland révèle les changements survenus dans les forêts canadiennes sur 800 ans


La calotte glaciaire du Groenland se trouve à des milliers de kilomètres de l'Amérique du Nord et recèle pourtant des indices sur l'histoire environnementale de ce continent lointain. D'une épaisseur de près de trois kilomètres par endroits, la calotte glaciaire s'agrandit à mesure que la neige tombe du ciel et s'accumule avec le temps. Mais la neige n'est pas la seule chose transportée par les courants d'air qui tourbillonnent dans l'atmosphère, avec des grains de pollen microscopiques et des morceaux de cendres se mélangeant aux chutes de neige et préservant les traces du passé dans la glace. Une nouvelle étude a examiné ces grains de pollen et identifié comment les forêts de l'est du Canada ont grandi, reculé et changé au fil du temps.

Publié en janvier dans la revue Lettres de recherche géophysique, la recherche a été dirigée par Sandra Brugger, Ph.D., au cours de son travail postdoctoral avec Joe McConnell, Ph.D., au Ice Core Lab de DRI. Bien que le laboratoire ait mené de nombreuses études en utilisant des carottes de glace extraites des paysages arctiques du monde entier – en utilisant les signaux chimiques piégés dans la glace et les bulles d'air pour suivre les changements dans l'histoire environnementale et humaine – c'est la première fois que le pollen est le centre de mise au point. Grâce à une analyse minutieuse de chaque grain de pollen au microscope, ils ont découvert un enregistrement des changements forestiers s'étalant sur 850 ans, couvrant à la fois le début du Petit Âge Glaciaire vers 1400 et l'arrivée des colons européens et les pratiques d'exploitation forestière intensive qui ont suivi vers 1650. ne donne qu’un aperçu du passé, mais peut aider à établir des bases de référence pour évaluer les changements dans le couvert forestier à mesure que le climat mondial se réchauffe.

“Nos résultats sont passionnants car le pollen qui a parcouru des milliers de kilomètres peut éclairer les changements survenus à grande échelle dans ces forêts”, a déclaré Brugger, qui travaille maintenant à l'Université de Bâle.

Le pollen étant relativement gros par rapport aux autres particules atmosphériques, peu de grains de pollen traversent les océans et sont conservés dans les calottes glaciaires de l’Arctique. Afin d'obtenir suffisamment de pollen pour reconstituer l'histoire des changements historiques dans la forêt, Brugger a développé de nouvelles méthodes qui ont rendu l'analyse possible, impliquant une évaporation prudente de l'eau de la carotte de glace pour collecter les minuscules grains de pollen. Cette étude marque l’une des premières fois où du pollen est extrait de carottes de glace polaire pour examiner les changements environnementaux au fil du temps. Le pollen présent dans les sédiments du lac a été utilisé dans le même but, mais il reflète un écosystème local entourant immédiatement le lac et ne rend pas compte des changements dans la végétation qui se produisent à l'échelle régionale.

“Nous obtenons également une chronologie plus précise à partir des carottes de glace que de la plupart des sédiments lacustres, car nous pouvons les dater presque à l'année”, a déclaré Brugger. “Cela permet de relier les informations, par exemple, aux colons européens arrivant dans l'est de l'Amérique du Nord, car nous savons, grâce à des sources historiques, quand ils sont arrivés et ce qu'ils ont fait au paysage.”

“Comme le Groenland n'a qu'une végétation clairsemée aux marges de la calotte glaciaire et si loin des régions boisées, nous ne pensons généralement pas à essayer de mesurer le pollen dans les carottes de glace du Groenland”, a déclaré Nathan Chellman, Ph.D, professeur de recherche adjoint à DRI et co-auteur de l’étude. “Il est assez incroyable de penser que l'histoire des forêts de conifères nord-américaines puisse être racontée en mesurant les quelques grains de pollen qui parviennent à traverser l'atmosphère jusqu'à la calotte glaciaire.”

Rejoindre le Ice Core Lab de DRI pour mener les travaux a permis à Brugger d'utiliser les décennies d'expertise de McConnell dans le développement et le perfectionnement de techniques pour effectuer des mesures chimiques précises des carottes de glace afin d'identifier des événements spécifiques dans le temps, notamment les épidémies, les éruptions volcaniques et l'évolution de la société industrielle.

La carotte de glace a été collectée dans le sud du Groenland et contenait principalement du pollen provenant de forêts de conifères de la côte nord de l'Atlantique, avec de plus petites quantités de pollen provenant de la végétation de la toundra du nord et des forêts européennes. Entre 1160 et 1400 environ, période connue sous le nom de période chaude médiévale, environ 60 % des enregistrements de pollen provenaient d'espèces forestières du nord telles que le pin, l'épicéa et le sapin. Après le début du Petit Âge Glaciaire vers 1400, les mêmes espèces composent près de 80 % des archives polliniques, démontrant une expansion de ces forêts à mesure que le climat se refroidissait. Parce qu'il n'y a aucune preuve que la limite forestière la plus septentrionale s'est déplacée au cours de cette période, la propagation de la forêt est probablement due à des changements dans la densité forestière, à la productivité du pollen et à une expansion vers le sud dans des régions plus tempérées, écrivent les auteurs.

Le pollen des mêmes espèces de conifères a changé à nouveau entre 1650 et 1760, tombant à environ 40 % de l'enregistrement des glaces, ce qui est probablement dû à l'exploitation forestière intensive de la région par les colons européens pendant cette période. Les auteurs de l’étude ont exclu l’augmentation des incendies de forêt comme cause du déclin en mesurant des indicateurs d’incendie comme le charbon de bois et le carbone noir dans la carotte de glace. Ils ont également croisé leurs découvertes avec des documents historiques montrant que les forêts de pins blancs étaient considérées comme du bois d'œuvre précieux, ce qui a conduit à l'exploitation de nombreuses forêts le long des rivières Miramichi, Saint-Jean et des Outaouais vers 1850.

Vers 1760, des signatures chimiques de pollution par les combustibles fossiles ont commencé à apparaître dans les archives glaciaires, marquant le début de l’industrialisation dans l’est de l’Amérique du Nord. C’est à peu près à l’époque où les enregistrements polliniques reflètent les changements dans les activités humaines de manière plus visible que les influences climatiques, suggérant le début d’un écosystème dirigé par l’homme dans la région. Les forêts de conifères ont ensuite encore décliné au début du 20ème siècle, avec la poursuite de l'exploitation forestière et du défrichement des forêts pour les terres agricoles dans tout l'est du Canada. Parallèlement, les relevés polliniques montrent une augmentation de l'ambroisie, un arbuste connu pour proliférer dans les paysages perturbés. Les relevés polliniques indiquent que la régénération des forêts de pins a commencé vers 1950, lorsqu'un déclin de l'exploitation forestière a coïncidé avec l'abandon des fermes rurales et un changement climatique.

“Cette clarté du signal montrant l'expansion de la forêt de pins au début du Petit Âge Glaciaire, puis cette rétraction une fois le Petit Âge Glaciaire terminé, puis l'impact humain qui arrive – vous voyez cela à grande échelle”, a déclaré Brugger. . “Je ne m'attendais pas à ce que l'histoire soit aussi claire dans la glace.”

Cette étude fait suite à des travaux antérieurs de Brugger sur une autre carotte de glace du centre du Groenland, où les enregistrements polliniques étaient nettement différents de ceux de cette carotte de glace du sud du Groenland. En effet, les deux sites reçoivent des particules atmosphériques différentes, explique Brugger. La carotte de glace centrale du Groenland a enregistré plus de changements dans la végétation arctique que les endroits plus éloignés.

L’équipe a également travaillé avec des collègues de Vienne pour créer des modèles informatiques capables de simuler le mouvement du pollen dans l’atmosphère. Cela leur a permis de mieux comprendre et vérifier où se situe chaque site du Groenland dans les modèles de circulation atmosphérique mondiale.

“Cette carotte de glace du sud a vraiment suivi la forêt boréale”, a déclaré Brugger. “Vous obtenez un signal complètement différent de celui de l'étude précédente que j'ai menée dans le centre du Groenland, où nous avons suivi les changements dans l'Arctique. Ces deux sites de carottes de glace suivent des choses très, très différentes et tout cela est confirmé par des modèles atmosphériques, ce qui est magnifique.”

Des études comme celle-ci offrent une compréhension plus approfondie de l’histoire environnementale qui peut également être appliquée aux futurs changements climatiques. Brugger prévoit de continuer à utiliser du pollen ancien pour avoir un aperçu du passé et travaille à la publication des résultats d'une autre étude portant sur une carotte de glace beaucoup plus profonde qui représente 8 000 ans d'histoire.

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