Les vagues de chaleur sont des phénomènes météorologiques extrêmes qui peuvent avoir des effets dévastateurs sur la santé humaine, l’agriculture et les écosystèmes.
Ils sont également de plus en plus fréquents et intenses en raison du changement climatique. L’un des effets des vagues de chaleur est qu’elles modifient l’activité photosynthétique des plantes, processus par lequel les plantes convertissent l’énergie lumineuse en énergie chimique et produisent de l’oxygène.
La photosynthèse est essentielle à la survie des plantes et au fonctionnement du cycle global du carbone, qui régule la quantité de dioxyde de carbone dans l’atmosphère.
Cependant, mesurer comment les vagues de chaleur affectent la photosynthèse à grande échelle est difficile, car cela nécessite des observations continues et à haute résolution de l’activité des plantes dans différentes régions et heures de la journée.
Heureusement, les progrès récents de la technologie satellitaire ont permis aux chercheurs de surveiller la photosynthèse depuis l’espace, à l’aide de capteurs qui mesurent la fluorescence émise par les plantes lorsqu’elles absorbent la lumière.
La fluorescence est un indicateur de la photosynthèse, car elle indique la quantité d’énergie lumineuse utilisée pour les réactions biochimiques et la quantité dissipée sous forme de chaleur.
Les données satellitaires révèlent un changement à grande échelle de l’activité de photosynthèse
L’étude a été menée par une équipe de chercheurs de Corée du Sud, d’Allemagne et des États-Unis. Ils ont analysé les données de deux satellites géostationnaires de nouvelle génération : le spectromètre de surveillance de l’environnement géostationnaire (GEMS) et le satellite environnemental opérationnel géostationnaire-16 (GOES-16).
Ces satellites fournissent des observations continues et à haute résolution de la fluorescence au-dessus de l’Asie et de l’Amérique du Nord, respectivement.
Les chercheurs se sont concentrés sur deux périodes de sécheresse et de vague de chaleur survenues en 2020 : une en juillet sur l’Asie de l’Est et une en août sur l’Amérique du Nord.
Ils ont comparé les schémas diurnes de fluorescence (c’est-à-dire comment la fluorescence change tout au long de la journée) entre des conditions normales et de sécheresse, et entre des régions humides et sèches.
Ils ont également utilisé des données météorologiques pour tenir compte d’autres facteurs susceptibles d’influencer la photosynthèse, tels que la température, l’humidité, le rayonnement et l’humidité du sol.
Les résultats ont montré qu’en conditions de sécheresse, les plantes des régions sèches augmentaient leur fluorescence (et donc leur photosynthèse) le matin, tandis que les plantes des régions humides ne montraient aucun changement significatif.
Cela suggère que les plantes des régions sèches profitent des conditions plus fraîches et plus humides du matin pour maximiser leur absorption de CO2 et leur efficacité d’utilisation de l’eau.
Cependant, dans les heures de la mi-journée et de l’après-midi, les plantes des régions sèches et humides ont diminué leur fluorescence (et donc leur photosynthèse) pendant les conditions de sécheresse, par rapport aux conditions normales.
Cela indique que les plantes réduisent leur photosynthèse pour éviter une perte d’eau excessive et un stress thermique lorsque les conditions environnementales deviennent défavorables.
Les chercheurs ont estimé que l’effet net de ces changements diurnes de la photosynthèse était une réduction de 9% de l’absorption quotidienne de carbone pendant les conditions de sécheresse en Asie de l’Est et une réduction de 12% en Amérique du Nord.
Ces réductions sont comparables à celles observées lors de sécheresses sévères précédentes, comme la sécheresse de 2012 en Amérique du Nord.
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Implications pour l’adaptation des plantes, le fonctionnement des écosystèmes et les rétroactions climatiques
L’étude fournit de nouvelles informations sur la façon dont les plantes font face à la sécheresse et au stress thermique à grande échelle et dans différentes régions.
Les résultats suggèrent que les plantes ont différentes stratégies pour optimiser leur photosynthèse en fonction de leur disponibilité en eau et de leur exposition aux vagues de chaleur.
Les plantes des régions sèches augmentent leur photosynthèse le matin pour profiter de conditions favorables, tandis que les plantes des régions humides n’ont pas besoin d’ajuster autant leur photosynthèse.
Cependant, les deux types de plantes réduisent leur photosynthèse en milieu de journée et en après-midi pour éviter une perte d’eau excessive et un stress thermique.
Ces stratégies ont des implications sur l’adaptation des plantes, le fonctionnement des écosystèmes et les rétroactions climatiques.
Pour l’adaptation des plantes, l’étude suggère que les plantes peuvent avoir différents niveaux de tolérance et de résilience à la sécheresse et au stress thermique en fonction de leur disponibilité en eau.
Les plantes des régions sèches peuvent être plus adaptées pour faire face aux sécheresses à court terme, mais peuvent être plus vulnérables aux sécheresses à long terme qui épuisent leurs réserves d’humidité du sol.
Les plantes des régions humides peuvent être moins adaptées pour faire face aux sécheresses à court terme, mais peuvent être plus résistantes aux sécheresses à long terme qui n’affectent pas autant l’humidité de leur sol.
Pour le fonctionnement des écosystèmes, l’étude implique que les sécheresses et les vagues de chaleur peuvent avoir des impacts significatifs sur le cycle du carbone en réduisant l’absorption de carbone par les plantes.
Cela peut affecter la productivité et la diversité des écosystèmes, ainsi que leurs services tels que la production alimentaire, la régulation de l’eau et la conservation de la biodiversité.
L’étude souligne également l’importance de prendre en compte les schémas diurnes de la photosynthèse, car ils peuvent révéler comment les plantes réagissent aux changements environnementaux tout au long de la journée.
Pour les rétroactions climatiques, l’étude indique que les sécheresses et les vagues de chaleur peuvent avoir des rétroactions positives sur le réchauffement climatique en diminuant le puits de carbone des plantes et en augmentant la source de carbone de l’atmosphère.
Cela peut amplifier l’effet de serre et entraîner des vagues de chaleur plus fréquentes et plus intenses à l’avenir.
L’étude suggère également que les sécheresses et les vagues de chaleur peuvent avoir des rétroactions négatives sur le réchauffement local en réduisant l’évapotranspiration des plantes et en augmentant l’albédo de la surface terrestre. Cela peut refroidir l’air et modérer les effets de la canicule.
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