Impacts des changements globaux récents sur les écosystèmes Nicolas Delpierre Ecophysiologie végétale, L.E.S.E. Université Paris Sud [email protected]

Impacts des changements globaux récents

sur les écosystèmes

Nicolas DelpierreEcophysiologie végétale, L.E.S.E.Université Paris [email protected]ât. 362 RdC, bureau 21 26 septembre 2013

mailto:[email protected]

Inventaire des changements globaux récents(1) changement climatique

IPCC 2007 (AR4), www. ipcc.ch

Par comparaison à la moyenne 1961-1990

T globale +0.5°CNiveau des océans +60 mm Couverture neigeuse HN -2 Mkm²

Sur la période 1906-2005

T globale +0.76°C

Onze des douze années 1995–2006 figurent au palmarès des douze années les plus chaudes depuis

qu’on dispose d’enregistrements de la température de surface

(depuis 1850).

Whadams et al. 2012, AMBIO

nouvelobs.com20/09/2012


IPCC 2007 (AR4, Chap. 3)

Tendance 1901-2005 Tendance 1979-2005

Le réchauffement des températures de surface est un phénomène global


Les quantités de précipitations sont affectées différemment selon les

régions

Pas de tendance à l’échelle globale sur la période 1900-2005

Tendance 1901-2005

Tendance 1979-2005

IPCC 2007 (AR4, Chap. 3)

CO2

CO2 CH4 N2O

Inventaire des changements globaux récents(2) composition atmosphérique

Produit de combustion (pétrole, gaz, charbon, MO)

Produit de fermentation anaérobie

(décharges, bétail)

Produit de combustion et de dégradation d’engrais

(dé/nitrification) Pots catalytiques

+45% +130% +15%

Implication de l’activité anthropiquedans le changement climatique

L’effet de serre: mécanisme



Changements globaux d’origine anthropique:projections pour le XXIème siècle

IPCC 2007 (AR4)

Changements globaux d’origine anthropique

• Au cours des 150 dernières années, l’utilisation intensive de combustibles fossiles et les modifications d’utilisation des terres ont entraîné un accroissement des températures (échelle globale) et une altération des précipitations (échelle régionale), ainsi que de la composition atmosphérique. Ces modifications ont cours à une vitesse sans précédent dans l’histoire récente du globe.

• Ces modifications affectent les conditions d’existence des organismes vivants.

• Ces modifications continueront selon toute probabilité au 21ème siècle

Notions d’écologie

De l’individu à l’écosystème (1)

Individu Population Communauté

Taille, poids, longévité…

Densité, sex ratio, classes d’âge,natalité, mortalité,

immigration, émigration, …

Ensemble de populations en un lieu et une période temporelle donnés














•Un écosystème est l’ensemble formé en un lieu et une période donnés, par la communauté des organismes vivants et les composantes physico-chimiques de l’environnement.

•Une des caractéristiques majeures de l’écosystème est l’existence de flux de matière et d’énergie entre ses composantes.

•Les échanges de matière et d’énergie entre les composantes de l’écosystème sont plus importants entre elles qu’entre les composantes et l’extérieur.


Producteurs primairesPlantes et org. photosynthétiques

Producteurs secondairesanimaux

Décomposeursbactéries et champignons

Activité microbienne

Fonctionnement d’un écosystème:exemple de l’écosystème forestier

CO2

Photosynthèse6 CO2+6 H2O C6H12O6 + 6 O2

Respiration écosystémique

Respirationcanopée et troncs

Respiration racinaire

Notions de résistance et résilience

Résistancecapacité à conserver son état en

dépit des perturbations

Résiliencecapacité à retrouver son état

antérieur suite à des perturbations

Impact des changements globaux sur les écosystèmes

Au-delà des cas emblématiques…

Climats et biotopes mondiaux (1)

Climats et biotopes mondiaux (2)

Impact de la hausse des températures sur le volume des glaciers

http://nsidc.org/data/sage/

Impact de la hausse des températures sur le volume des glaciers

Impact de la hausse des températures sur le permafrost (1)

Schuur et al. 2008


“Permafrost, defined as subsurface earth materials remaining below 0°C for two consecutive years“

Schuur et al. 2008


Rétroaction positive: la fonte du permafrost promeut le réchauffement

Beer, 2008 Nature Geoscience

Vers une désertification des zones tropicales ?

Lu et al. 2007 GRL

Tendance Precip-Evap sur la période 2000-2100

•Les changements globaux induisent une modification des biotopes à la surface de la terre.

•Ces modifications se traduisent par une extension des zones libres de glace vers les pôles, et une extension des zones désertiques aux latitudes tropicales

•On observe des rétroactions positives sur la température globale (réduction des permafrosts)

Influence des températures sur la physiologie des organismes

Nespolo et al. 2011 TREEBegon , Harper & Townsend, 1996

•Endotherms regulate their temperature by the production of heat within their own bodies.

•Ectotherms rely on external sources of heat

Dreyer et al., 2001Frazier et al., 2006


Temperature (°C)

Enzy

me

rela

tive

activ

ity

Du fonctionnement enzymatique…

Dreyer et al., 2001Frazier et al., 2006


Temperature (°C)

Enzy

me

rela

tive

activ

ity

Du fonctionnement enzymatique… … à l’accroissement de la population

Impact sur la structure des populations:exemple du sex-ratio

Girondot et al. 1999

Sex ratio = nb males / nb females

Influence des températures et de la disponibilité en eau sur les écosystèmes

Les températures (moyenne et variations au cours du jour / de la saison) influent sur:

•La physiologie des organismes (métabolisme)•Le cycle de vie des organismes (phénologie)•La structure de la population (certains amphibiens et reptiles)

La disponibilité en eau influe sur la présence et l’activité des producteurs primaires et la possibilité de maintien d’un réseau trophique


Le développement et la survie des communautés de plantes et d’animaux requièrent un ensemble de conditions physico-chimiques particulières définissant la niche écologique de ces organismes

température



température

humidité



température

humidité

température

humiditéProbabilité de présence



Les modifications des conditions environnementales induisent ainsi :•des migrations (déplacement de niche dans l’espace)•des modifications des cycles de vie (déplacement de niche dans le temps)

Perry et al., 2005 Science

Migration d’espèces de poissons

Données 1968-2001

Migration d’espèces de poissons

Pereira al., 2011 Science

Projection tendance 2005-2050

espèces de fond

espèces pélagiques

Cheaib et al., 2012 EL

Modification des aires de répartitionexemple du Hêtre

Actuel Prédiction 2055

Lenoir et al. 2008 Science

Modification des aires de répartitionexemple de la flore forestière de plaine et de montagne

Walther et al. 2002 Nature

Impact sur l’histoire de vie des organismes

Gobe-mouche noir

châtaigner

April 20, 2006 January-May Tair= +5.5°C

FR-FontainebleauQuercus petraea

Ph

oto

: Jean

-Yes P

on

taille

r

April 18, 2007 January-May Tair= +9.0°C

FR-FontainebleauQuercus petraea

Ph

oto

: Jean

-Yes P

on

taille

r

Impact sur l’histoire de vie des organismessynchronie prédateur-proie

Visser et al. 2006 Oecologia

Date du pic de biomasse de chenilles



Date du pic de biomasse de chenillesen fonction de la température



Dates du pic de biomasse de chenilleset de la ponte des mésanges

en fonction de la température



Dates du pic de biomasse de chenilleset de la ponte des mésanges

en fonction de la température

??



Une réponse des organismes aux changements globaux : l’acclimatation

La niche écologique des organismes vivants est souvent plastique.On parle d’acclimatation pour qualifier l’aptitude des organismes à modifier leur niche écologique

température




température




température




température

humidité Probabilité de présence

Wang & Overgaard, 2007 SciencePörtner and Kunst, 2007 Science

Adaptation des organismes au CC: l’acclimatation

Acclimatation à la température

Liozon et al., 2000

Adaptation des organismes au CC: l’acclimatation

Acclimatation à la teneur en CO2

Atmosphère750

Combustibles Fossiles

6000 ?

Végétation650

Surface1000

Océans

Zones profondes38000

Sédiments50 000 000 ?

+7.5

+1.5

-118 +60 +58+90

-90

Robert et Saugier, 2005Le Quéré et al., 2009

Impacts sur le fonctionnement des écosystèmes:exemple du cycle global du C

-2.5-2.2

Sols3200

Stocks : Gt C Flux : Gt C/an

Atmosphère750

Combustibles Fossiles

6000 ?

Végétation650

Surface1000

Océans

Zones profondes38000

Sédiments50 000 000 ?

+7.5 ↑↑

+1.5 ↑↑

-118 +60 +58+90

-90

Robert et Saugier, 2005Le Quéré et al., 2009

Impacts sur le fonctionnement des écosystèmes:exemple du cycle global du C

±?

Sols3200

Stocks : Gt C Flux : Gt C/an

Quel le force de puits à l’avenir ?±?



L’acclimatation est restreinte à de faibles variations environnementales.

Des modifications trop importantes / trop rapides des conditions environnementales ne permettent pas aux organismes de s’acclimater et entraînent leur disparition.

Rate of extinction per million species per year

Scenarios for global biodiversity in the 21st century

Pereira et al., 2011Science

Causes of the current loss of biodiversity

L’humanité au sein de l’écosystème global:les services écosystémiques

MAR, 2005; FAO, 2005

Nature, 1997

•The Stern report estimates the cost of a changed climate could be from 5 percent to 20 percent of global GDP [62 000 milliards USD in 2010].

•Costs include those related to losses from declining agricultural production, heat-waves, droughts, flooding events, extreme precipitation, biodiversity loss, disease spread, and soil erosion.

•Conversely, the study estimates that a stabilization at 500-550 ppm will cost the global community roughly 1 percent of GDP by 2050

L’humanité au sein de l’écosystème global:les services écosystémiques

A retenir•Changements globaux anthropiques= CC + modif. compo. atmosphérique + LUC

•Hausse T globale, modifications régionales des précipitations

•Vitesse CG sans précédent dans l’histoire de l’humanité

•Impact sur les écosystèmes :oModification des biotopes (latitudes polaires, tropiques)o Induit migrations, modifications de la phénologieoModifie structures des communautés

•Réponse des organismes aux CG: oAcclimatationoDisparition

•Vulnérabilité des écosystèmes et services écosystémiques réclame action immédiate, de grande ampleur

Plan

Changement climatique anthropique : définition (GEDS, températures, modif rayonnement, humidité, ennuagement, précip)Modifications importante, court terme (résilience / résistance)

Écosystème: définition et exemples. Changement d’échelle. Notion de communautésNotion de Fonctionnement d’un écosystème

Impact modifications anthropiques sur écosystèmes:- Impacts visibles à grande échelle: modifications des surfaces de glaciers continentaux, modifications des étendues désertiques, réduction des permafrosts

-Impact sur composition spécifique/communautés. Exemple déplacement des aires de répartition, espèces invasives =< modification des équilibres compétitifs, modification de sex ratio (=modif à l’échelle individuelle) cas des reptiles, modification fonctionnemtn plante: exemple de la photosynthèse accrue sous fort CO2 -Impact sur le fonctionnement écosystémique: exemple de modifications induites sur les cycles élémentaires : le bilan de C

-Acclimatation / modification du fonctionnement en réponse au CC (course de la reine rouge revisitée, et capacité d’adaptation limitée + contraintes imposées par la dynamique rapide des CC)

Documents

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