La géo-respiration du carbone fossile libère autant de gaz carbonique que les volcans à l’échelle globale

L’oxydation de la matière organique fossile des roches, la « géo-respiration », est un processus majeur qui libère du CO₂ dans l’atmosphère et influence le climat aux longues échelles de temps. Deux études récentes, publiées respectivement dans PNAS et Nature, ont permis de déterminer que cette géo-respiration libère autant de CO₂ que les volcans à l’échelle globale, et que les flux sont les plus importants dans les chaines de montagnes et dans leurs plaines d’inondation associées. Ces résultats changent ainsi profondément notre compréhension du cycle géologique du carbone.

Les processus d’érosion et d’altération jouent un rôle clé dans l’évolution du climat en libérant ou piégeant lentement du carbone sur des échelles de temps longues (> 100 000 ans). Les roches sédimentaires contiennent de la matière organique dite « fossile » (c’est cette même matière organique qui peut se transformer en pétrole ou en gaz), qui peut s’oxyder au contact de l’oxygène de l’air et ainsi libérer du CO₂. Cette « géo-respiration » est, avec le volcanisme, l’une des principales émissions naturelles de CO₂ dans l'atmosphère. Elle reste pourtant très mal connue car il est très difficile de mesurer directement ce CO₂ d’origine fossile. Cependant, lorsque la matière organique fossile s’oxyde, elle libère aussi un élément trace, le rhénium (Re), dont elle est riche. Le rhénium oxydé est soluble et se retrouve en solution dans les rivières. On peut donc quantifier la géo-respiration du carbone fossile à l’échelle des bassins versant en mesurant le flux de rhénium (Re) dissous des rivières.

Dans une étude publiée dans la revue PNAS, une équipe internationale a mesuré les concentrations en rhénium dans les rivières du Madre de Dios (Pérou) dans le bassin du fleuve Amazone. Les résultats montrent que les teneurs en rhénium dissous sont bien plus élevées dans les rivières Andines que dans les rivières qui s’écoulent uniquement dans les plaines (relief < 500m). La géo-respiration est donc nettement plus importante en montagne qu’en plaine. Ils montrent aussi que le flux de rhénium des rivières Andines continue d’augmenter à la sortie des Andes lorsque les rivières forment de larges plaines d’inondation où des sédiments andins sont déposés sur de longues périodes de temps. Ainsi, la géo-respiration de la matière organique fossile contenue dans les sédiments issus de l’érosion des Andes se perpétue dans ces plaines inondables qui bordent certaines chaînes de montagne.

Une seconde étude, publiée dans la revue Nature, a estimé précisément, pour la première fois, la quantité totale de CO₂ émise à l’échelle globale par la géo-respiration du carbone fossile. Les auteurs ont utilisé une base de données de concentrations en Re dans plusieurs grands fleuves ainsi qu’un modèle d’extrapolation spatiale permettant de quantifier la géo-respiration en tout point du globe. Le flux de CO₂ global issu de la géo-respiration ainsi estimé est de 68 mégatonnes par an. C’est environ 150 fois moins que les émissions annuelles de CO₂ d’origine anthropique, mais du même ordre de grandeur que le flux de CO₂ émis par les volcans. Enfin, il apparaît que dans les montagnes, la géo-respiration libère plus de CO₂ que ce qui est séquestré dans les calcaires via l’altération des roches silicatés. Sur le long-terme, l’altération chimique des chaines de montagnes n’est donc pas un puit de carbone, comme nous l’avons longtemps pensé, mais plutôt une source nette de CO₂ à l’atmosphère.