Impacts des changements globaux récents sur les écosystèmes Nicolas Delpierre Ecophysiologie...
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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
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
Inventaire des changements globaux récents(1) changement climatique
IPCC 2007 (AR4, Chap. 3)
Tendance 1901-2005 Tendance 1979-2005
Le réchauffement des températures de surface est un phénomène global
Inventaire des changements globaux récents(1) changement climatique
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
L’effet de serre: mécanisme
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
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
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
De l’individu à l’écosystème (2)
•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.
De l’individu à l’écosystème (3)
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
Impact de la hausse des températures sur le permafrost (2)
“Permafrost, defined as subsurface earth materials remaining below 0°C for two consecutive years“
Schuur et al. 2008
Impact de la hausse des températures sur le permafrost (3)
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
Influence des températures sur la physiologie des organismes
Temperature (°C)
Enzy
me
rela
tive
activ
ity
Du fonctionnement enzymatique…
Dreyer et al., 2001Frazier et al., 2006
Influence des températures sur la physiologie des organismes
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
Influence des températures et de la disponibilité en eau sur les écosystèmes
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
Influence des températures et de la disponibilité en eau sur les écosystèmes
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
humidité
Influence des températures et de la disponibilité en eau sur les écosystèmes
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
humidité
température
humiditéProbabilité de présence
Influence des températures et de la disponibilité en eau sur les écosystèmes
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
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
Impact sur l’histoire de vie des organismessynchronie prédateur-proie
Visser et al. 2006 Oecologia
Date du pic de biomasse de chenillesen fonction de la température
Impact sur l’histoire de vie des organismessynchronie prédateur-proie
Visser et al. 2006 Oecologia
Dates du pic de biomasse de chenilleset de la ponte des mésanges
en fonction de la température
Impact sur l’histoire de vie des organismessynchronie prédateur-proie
Visser et al. 2006 Oecologia
Dates du pic de biomasse de chenilleset de la ponte des mésanges
en fonction de la température
??
Impact sur l’histoire de vie des organismessynchronie prédateur-proie
Visser et al. 2006 Oecologia
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
humiditéProbabilité de présence
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
humiditéProbabilité de présence
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
humiditéProbabilité de présence
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
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 ?±?
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
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)