Ecosystèmes aquatiques et changement climatique global

Les écosystèmes aquatiques sont des composantes critiques de l’environnement global. En plus d’être des contributeurs essentiels à la biodiversité et à la productivité écologique, ils fournissent également une variété de services aux populations humaines, notamment de l’eau pour la consommation et l’irrigation, des possibilités de loisirs et un habitat pour les pêcheries économiquement importantes. Cependant, les systèmes aquatiques sont de plus en plus menacés, directement et indirectement, par les activités humaines. En plus des défis posés par le changement d’utilisation des terres, la pollution environnementale et le détournement de l’eau, les systèmes aquatiques devraient bientôt commencer à subir le stress supplémentaire du changement climatique mondial.

« Aquatic Ecosystems and Global Climate Change » est le septième d’une série de rapports examinant les impacts potentiels du changement climatique sur l’environnement américain. Il détaille les impacts probables du changement climatique au cours du prochain siècle sur les écosystèmes aquatiques américains. Les auteurs du rapport, les docteurs N. LeRoy Poff, Mark Brinson et John Day, Jr. constatent :

• L’augmentation de la température de l’eau en raison du changement climatique modifiera les processus écologiques fondamentaux et la répartition géographique des espèces aquatiques. Ces impacts peuvent être améliorés si les espèces tentent de s’adapter en migrant vers un habitat approprié. Cependant, l’altération par l’homme des couloirs migratoires potentiels peut limiter la capacité des espèces à se déplacer, augmentant ainsi la probabilité d’extinction des espèces et de perte de biodiversité.
• Les changements dans les modèles saisonniers de précipitations et de ruissellement modifieront les caractéristiques hydrologiques des systèmes aquatiques, affectant la composition des espèces et la productivité des écosystèmes. Les populations d’organismes aquatiques sont sensibles aux changements dans la fréquence, la durée et le moment des événements de précipitations extrêmes, tels que les inondations ou les sécheresses. Les changements dans le calendrier saisonnier de la fonte des neiges modifieront les débits des cours d’eau, ce qui pourrait interférer avec la reproduction de nombreuses espèces aquatiques.
• Le changement climatique est susceptible de stresser davantage les zones humides sensibles d’eau douce et côtières, qui sont déjà affectées négativement par une variété d’autres impacts humains, tels que la modification des régimes d’écoulement et la détérioration de la qualité de l’eau. Les zones humides constituent un habitat essentiel pour de nombreuses espèces mal adaptées à d’autres conditions environnementales et servent de composantes importantes des pêcheries côtières et marines.
• Les écosystèmes aquatiques ont une capacité d’adaptation limitée au changement climatique. La réduction de la probabilité d’impacts significatifs sur ces systèmes dépendra essentiellement des activités humaines qui réduisent les autres sources de stress des écosystèmes et renforcent la capacité d’adaptation. Il s’agit notamment de maintenir les forêts riveraines, de réduire la charge en nutriments, de restaurer les écosystèmes endommagés, de minimiser le prélèvement d’eau souterraine et de placer stratégiquement tout nouveau réservoir pour minimiser les effets négatifs.

Les auteurs et le Centre remercient sincèrement les Drs Virginia Burkett, Judy Meyer, Elizabeth Strange et Alan Covich pour leur contribution à ce rapport. Le Centre souhaite également remercier Joel Smith de Stratus Consulting pour son aide dans la gestion de cette série d’impacts environnementaux.

Résumé exécutif

Le changement climatique de l’ampleur prévue pour les États-Unis au cours des 100 prochaines années entraînera des modifications importantes des régimes de température et des régimes de précipitations à travers les États-Unis. De telles altérations du climat posent des risques sérieux pour les écosystèmes d’eau douce intérieurs (lacs, ruisseaux, rivières, zones humides) et les zones humides côtières, et elles peuvent nuire à de nombreux services essentiels qu’ils fournissent aux populations humaines.

Les aires de répartition géographique de nombreuses espèces aquatiques et de zones humides sont déterminées par la température. Les températures moyennes à la surface du globe devraient augmenter de 1,5 à 5,8oC d’ici 2100 (Houghton et al., 2001), mais les augmentations pourraient être plus élevées aux États-Unis (Wigley, 1999). Les augmentations prévues de la température moyenne aux États-Unis devraient fortement perturber les schémas actuels de répartition des plantes et des animaux dans les écosystèmes d’eau douce et les zones humides côtières. Par exemple, les poissons d’eau froide comme la truite et le saumon devraient disparaître d’une grande partie de leur aire de répartition géographique actuelle dans la partie continentale des États-Unis, lorsque le réchauffement fera que la température de l’eau dépassera leurs limites de tolérance thermique. Les espèces qui sont isolées dans des habitats proches des limites de tolérance thermique (comme les poissons des cours d’eau des Grandes Plaines) ou qui occupent des habitats rares et vulnérables (comme les zones humides alpines) pourraient s’éteindre aux États-Unis. En revanche, de nombreuses espèces de poissons qui préfèrent les eaux plus chaudes, comme l’achigan à grande bouche et la carpe, pourront potentiellement étendre leur aire de répartition aux États-Unis et au Canada à mesure que les eaux de surface se réchaufferont.

La productivité des écosystèmes d’eau douce intérieure et des zones humides côtières sera également considérablement modifiée par l’augmentation de la température de l’eau. Les eaux plus chaudes sont naturellement plus productives, mais les espèces particulières qui prospèrent peuvent être indésirables ou même nuisibles. Par exemple, on peut s’attendre à ce que les proliférations d’algues « nuisibles » qui se produisent dans de nombreux lacs pendant les périodes chaudes et riches en nutriments augmentent en fréquence à l’avenir. Les grands prédateurs de poissons qui ont besoin d’eau fraîche peuvent disparaître des petits lacs à mesure que les températures de l’eau de surface se réchauffent, ce qui peut indirectement provoquer davantage de proliférations d’algues nuisibles, ce qui peut réduire la qualité de l’eau et poser des problèmes de santé potentiels.

Le réchauffement en Alaska devrait faire fondre les zones de pergélisol, permettant aux nappes phréatiques estivales peu profondes de baisser ; l’assèchement ultérieur des zones humides augmentera le risque de feux de tourbe catastrophiques et le rejet de vastes quantités de dioxyde de carbone (CO2) et éventuellement de méthane dans l’atmosphère.

En plus de ses effets indépendants, les changements de température agiront en synergie avec les changements dans le calendrier saisonnier du ruissellement vers les systèmes d’eau douce et côtiers. En termes généraux, la qualité de l’eau diminuera probablement beaucoup, en raison de la réduction prévue du ruissellement en été et des températures élevées. Ces effets se répercuteront sur les espèces aquatiques, car le cycle de vie de bon nombre d’entre elles est étroitement lié à la disponibilité et au rythme saisonnier de l’eau provenant des précipitations et du ruissellement. En outre, la perte du manteau neigeux hivernal réduira considérablement une source importante de recharge des eaux souterraines et de ruissellement estival, ce qui entraînera une baisse potentiellement importante des niveaux d’eau dans les ruisseaux, les rivières, les lacs et les zones humides pendant la saison de croissance.

Ce qui suit résume la compréhension actuelle concernant les impacts potentiels du changement climatique sur les écosystèmes aquatiques des États-Unis :

1. Les écosystèmes aquatiques et humides sont très vulnérables au changement climatique. Les taux métaboliques des organismes et la productivité globale des écosystèmes sont directement régulés par la température. Les augmentations prévues de la température devraient perturber les schémas actuels de répartition des plantes et des animaux dans les écosystèmes aquatiques. Les changements dans les précipitations et le ruissellement modifient la quantité et la qualité de l’habitat pour les organismes aquatiques, et donc, ils influencent indirectement la productivité et la diversité des écosystèmes.

2. Les augmentations de la température de l’eau entraîneront un changement dans l’adéquation thermique des habitats aquatiques pour les espèces résidentes. Le succès avec lequel les espèces peuvent se déplacer dans le paysage dépendra des couloirs de dispersion, qui varient selon les régions mais sont généralement restreints par les activités humaines. Les poissons des ruisseaux et des rivières des basses terres qui n’ont pas de connexions vers le nord, et les espèces qui ont besoin d’eau fraîche (par exemple, la truite et le saumon), seront probablement les plus touchés. Certaines espèces étendront leurs aires de répartition aux États-Unis.

3. Les changements saisonniers dans le ruissellement des cours d’eau auront des effets négatifs importants sur de nombreux écosystèmes aquatiques. Les cours d’eau, les rivières, les zones humides et les lacs des montagnes de l’Ouest et des Plaines du Nord sont les plus susceptibles d’être affectés, car ces systèmes sont fortement influencés par la fonte des neiges au printemps et le réchauffement entraînera un ruissellement plus précoce dans les mois d’hiver.

4. La perte de zones humides dans les régions boréales de l’Alaska et du Canada entraînera probablement des rejets supplémentaires de CO2 dans l’atmosphère. Les modèles et les études empiriques suggèrent que le réchauffement climatique provoquera la fonte du pergélisol dans les zones humides du nord. L’assèchement ultérieur de ces tourbières boréales entraînera la libération dans l’atmosphère du carbone organique stocké dans la tourbe sous forme de CO2 et éventuellement de méthane.

5. Les zones humides côtières sont particulièrement vulnérables à l’élévation du niveau de la mer associée à l’augmentation des températures mondiales. L’inondation des zones humides côtières par l’élévation du niveau de la mer menace les plantes des zones humides. Pour que bon nombre de ces systèmes persistent, un apport continu de sédiments en suspension provenant des ruisseaux et des rivières entrants est nécessaire pour permettre l’accrétion du sol.

6. La plupart des réponses écologiques spécifiques au changement climatique ne peuvent être prédites, car de nouvelles combinaisons d’espèces indigènes et non indigènes interagiront dans des situations inédites.Ces interactions nouvelles peuvent compromettre la fiabilité avec laquelle les biens et services écosystémiques sont fournis par les écosystèmes aquatiques et humides.

7. L’augmentation des températures de l’eau et la réduction saisonnière des débits modifieront de nombreux processus écosystémiques avec des coûts sociétaux directs potentiels. Par exemple, des eaux plus chaudes, combinées à un ruissellement élevé de nutriments, sont susceptibles d’augmenter la fréquence et l’étendue des proliférations d’algues nuisibles, réduisant ainsi la qualité de l’eau et posant des problèmes de santé potentiels.

8. La manière dont les humains s’adaptent à un climat changeant influencera grandement l’état futur des écosystèmes d’eau douce intérieure et des zones humides côtières. Minimiser les impacts négatifs des activités humaines par des politiques qui favorisent une gestion plus scientifique des ressources aquatiques est la voie la plus fructueuse pour assurer la santé et la durabilité de ces écosystèmes. Les priorités de gestion devraient inclure la fourniture aux ressources aquatiques d’une qualité et de quantités d’eau adéquates aux moments appropriés, la réduction des charges en nutriments et la limitation de la propagation des espèces exotiques.

Dans l’ensemble, ces conclusions indiquent que le changement climatique constitue une menace importante pour la composition des espèces et la fonction des écosystèmes aquatiques aux États-Unis. Cependant, des incertitudes critiques existent quant à la manière dont des espèces spécifiques et des écosystèmes entiers répondront au changement climatique. Ces incertitudes proviennent à la fois de la façon dont le climat régional changera et de la façon dont les systèmes écologiques complexes réagiront. En effet, comme le changement climatique modifie la productivité des écosystèmes et la composition des espèces, on s’attend à de nombreux changements écologiques imprévus qui pourraient menacer les biens et services que ces systèmes fournissent aux humains.