De fotosynthese van planten was honderden jaren vóór de industriële revolutie stabiel, maar groeide snel in de 20e eeuw, volgens nieuw onderzoek dat vandaag is gepubliceerd in Natuur .

"Vrijwel al het leven op onze planeet is afhankelijk van fotosynthese, " zei UC Merced-professor Elliott Campbell, die het onderzoek leidde. "Het bijhouden van de wereldwijde plantengroei zou een centraal doel moeten zijn voor de mensheid."

Fotosynthese is het proces waarbij planten zonlicht gebruiken om koolstofdioxide (CO2) om te zetten in koolhydraten om hun groei en andere activiteiten te voeden.

Nog, onderzoekers missen een duidelijk beeld van de wereldwijde trends in fotosynthese in de afgelopen eeuwen. Sommige menselijke activiteiten hebben mogelijk de plantengroei gestimuleerd, terwijl anderen de fotosynthese mogelijk hebben belemmerd. Tegenstrijdige resultaten van verschillende experimenten hebben jarenlang het wetenschappelijk debat aangewakkerd.

Maar misschien niet voor lang. Campbell en een interdisciplinair, internationaal team van wetenschappers ontdekte een chemisch record van wereldwijde fotosynthese van honderden jaren.

"Eerdere studies hadden betrekking op kleine fysieke gebieden of korte perioden, "Zei Campbell. "We gingen op zoek naar een langetermijnrecord voor de hele planeet."

De onderzoekers schatten dat de som van alle fotosynthese van planten op aarde met 30 procent is gegroeid ten opzichte van het 200-jarige record dat ze hebben vastgelegd.

"Studies hebben al ongekende veranderingen in klimaat en broeikasgassen aangetoond tijdens het industriële tijdperk, Campbell zei. "Nu hebben we bewijs dat er ook een fundamentele verschuiving is in de planten op aarde."

Het netto-effect

Het onderzoek heeft de oorzaak van de verhoogde fotosynthese niet gevonden, maar computermodellen hebben verschillende processen laten zien die, samen, zo'n grote verandering in de wereldwijde plantengroei teweegbrengen.

De belangrijkste kandidaten zijn stijgende atmosferische CO2-niveaus, een gevolg van emissies door menselijke activiteiten; langere groeiseizoenen, een gevolg van klimaatverandering door CO2-uitstoot; en stikstofvervuiling, een ander resultaat van de verbranding van fossiele brandstoffen en landbouw.

De menselijke activiteiten die ten grondslag liggen aan de groei in fotosynthese hebben zowel positieve als negatieve gevolgen.

"Het stijgende CO2-gehalte stimuleert de gewasopbrengst, " zei Campbell, die bij de School of Engineering en het Sierra Nevada Research Institute zit. "Maar het komt ook onkruid en invasieve soorten ten goede. Het belangrijkste is dat CO2-uitstoot veroorzaakt klimaatverandering, waardoor de overstromingen van kuststeden zullen toenemen, extreem weer en verzuring van de oceaan."

Een ander effect van de toename van fotosynthese is dat het planten ertoe kan brengen CO2 uit de lucht te halen en op te slaan in ecosystemen. Helaas, De CO2-emissies van de verbranding van fossiele brandstoffen overstijgen de opname door planten.

"De toename van de fotosynthese is niet groot genoeg geweest om de verbranding van fossiele brandstoffen te compenseren, " zei papier co-auteur Joe Berry, van het Carnegie Instituut voor Wetenschap. "De remmen van de natuur zijn al overweldigd. Dus nu is het aan ons om erachter te komen hoe we de CO2-concentratie in de atmosfeer kunnen verminderen."

Geheimen in de sneeuw

De onderzoekers ontdekten het record van wereldwijde fotosynthese door Antarctische sneeuwgegevens te analyseren die zijn vastgelegd door de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

Gassen die vastzitten in verschillende lagen Antarctische sneeuw stellen wetenschappers in staat om globale atmosferen uit het verleden te bestuderen. De sleutel was het vinden van een gas opgeslagen in het ijs dat een record geeft van de plantengroei op aarde.

Eerdere studies hebben aangetoond dat carbonylsulfide (COS) deze functie vervult. COS is een neef van CO2, en planten verwijderen COS uit de lucht via een proces dat gerelateerd is aan de manier waarop ze CO2 opnemen.

Hoewel fotosynthese nauw verwant is aan het atmosferische COS-niveau, andere processen in oceanen, ecosystemen en de industrie kunnen ook het COS-niveau veranderen.

Om rekening te houden met al deze processen, Campbell coördineerde de analyse tussen leden van het onderzoeksteam, waaronder Ulli Seibt van UCLA; Steve Smith van het Pacific Northwest National Laboratory; Steve Montzka van NOAA; Thomas Launois van het Institut National de la Recherche Agronomique; Sauveur Belviso van Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement; Laurent Bopp van Laboratoire de Météorologie Dynamique; en Marko Laine van het Finse Meteorologisch Instituut. Hun werk werd gefinancierd door het Amerikaanse ministerie van Energie, NOAA, de Academie van Finland, H2020 en de Europese Onderzoeksraad.

Toekomstig onderzoek, zeiden de onderzoekers, zal onder meer het bestuderen van huidige veranderingen in fotosynthese omvatten met behulp van de lopende COS-metingen die door NOAA zijn uitgevoerd.

"Een deel van het voorspellen van de toekomstige toestand van onze atmosfeer hangt af van het begrijpen van natuurlijke mechanismen en hoe ze in de loop van de tijd veranderen, " zei Montzka, een onderzoekschemicus met NOAA. "We doen metingen en observaties, en als we dat niet blijven doen, we zullen niet de fundamentele informatie hebben die nodig is om belangrijke vragen met betrekking tot toekomstige atmosferische veranderingen te beantwoorden."

Chris Veld, een klimaatwetenschapper aan de Stanford University die niet betrokken was bij het onderzoek, zei dat de nieuwe resultaten "een ander bewijs leveren dat de dynamische aard van de ecosystemen van de aarde bevestigt en de grote omvang van de veranderingen veroorzaakt door menselijk handelen."