​Le changement climatique se traduit par une augmentation de la teneur atmosphérique en CO2 et par un réchauffement  concomitant de l'atmosphère. Cependant, la hausse annuelle du taux de CO2, mesuré depuis plusieurs décennies, varie considérablement d'une année sur l'autre. Cette variabilité est surtout imputable aux écosystèmes terrestres, plutôt qu'aux océans ou aux émissions anthropiques.

Pour prédire l'évolution du puits de carbone associé aux écosystèmes terrestres, il faut identifier le paramètre climatique qui le pilote : la ressource en eau ou la température ? À l'échelle globale, les variations interannuelles du cycle du carbone semblent reliées à la température tropicale. Mais par ailleurs, les plus grandes variations de la teneur atmosphérique en carbone sont observées dans des régions affectées par d'importants déficits hydriques.

De la parcelle à la planète entière

Cette contradiction apparente est désormais expliquée par les chercheurs. Ils ont utilisé différents modèles pour analyser les effets de la température et de la ressource en eau sur les échanges de carbone entre l'atmosphère et la biosphère terrestre. Ils ont procédé méthodiquement, en augmentant progressivement l'échelle spatiale, depuis la parcelle jusqu'à la planète entière.

À l'échelle locale, la ressource en eau apparaît comme le facteur dominant la variabilité interannuelle de la capture du CO2 par les plantes (photosynthèse) et du relâchement de CO2 par les plantes et microorganismes (respiration). Ainsi, un stress hydrique majeur a-t-il pour effet de réduire l'activité photosynthétique mais aussi de réduire le volume de CO2 respiré. Au total, les deux effets se compensent partiellement. De plus, à l'échelle globale, les anomalies de ressources en eau tendent à se compenser. S'il fait très sec dans une partie du monde, il existe souvent une autre région qui souffre d'un excès de précipitations. L'influence de l'eau sur le cycle du carbone est donc atténuée à grande échelle. 

Cette étude pointe la nécessité de comprendre l'évolution à différentes échelles d'espace des paramètres climatiques.  La relation simple observée aujourd'hui entre température et puits de carbone terrestre doit être maniée avec précaution et ne peut être extrapolée. Selon les scientifiques, le cycle de l'eau pourrait bien devenir un facteur critique pour le puits de carbone terrestre à l'échelle globale.