De wereldwijde CO2-uitstoot bereikte een recordhoogte in 2018, alleen al in de VS met naar schatting 3,4 procent stijgen. Deze trend maakt wetenschappers, overheidsvertegenwoordigers, en marktleiders die zich meer dan ooit zorgen maken over de toekomst van onze planeet. Zoals de secretaris-generaal van de Verenigde Naties, António Guterres, zei bij de opening van de 24e jaarlijkse VN-klimaatconferentie op 3 december, "We hebben grote problemen met klimaatverandering."

Een studie van Columbia Engineering, vandaag gepubliceerd in Natuur , bevestigt de urgentie om de klimaatverandering aan te pakken. Hoewel het bekend is dat extreme weersomstandigheden de jaar-op-jaar variabiliteit in koolstofopname kunnen beïnvloeden, en sommige onderzoekers hebben gesuggereerd dat er effecten op langere termijn kunnen zijn, deze nieuwe studie is de eerste die de effecten in de 21e eeuw daadwerkelijk kwantificeert en toont aan dat natter-dan-normale jaren niet compenseren voor verliezen in koolstofopname tijdens drogere-dan-normale jaren, veroorzaakt door gebeurtenissen zoals droogte of hittegolven.

Antropogene emissies van CO2 - emissies veroorzaakt door menselijke activiteiten - verhogen de concentratie van CO2 in de atmosfeer van de aarde en veroorzaken onnatuurlijke veranderingen in het klimaatsysteem van de planeet. De effecten van deze emissies op de opwarming van de aarde worden slechts gedeeltelijk tenietgedaan door het land en de oceaan. Momenteel, de oceaan en de terrestrische biosfeer (bossen, savannes, enz.) absorberen ongeveer 50% van deze lozingen - wat de verbleking van koraalriffen en verzuring van de oceaan verklaart, evenals de toename van koolstofopslag in onze bossen.

"Het is onduidelijk, echter, of het land antropogene emissies kan blijven opnemen in het huidige tempo, " zegt Pierre Gentine, universitair hoofddocent aard- en milieutechniek en verbonden aan het Earth Institute, die de studie leidde. "Als het land een maximale koolstofopnamesnelheid bereikt, opwarming van de aarde kan versnellen, met grote gevolgen voor mens en milieu. Dit betekent dat we allemaal nu echt moeten handelen om grotere gevolgen van klimaatverandering te voorkomen."

Werken met zijn Ph.D. student Julia Groen, Gentine wilde begrijpen hoe variabiliteit in de hydrologische cyclus (droogte en overstromingen, en droogtrends op lange termijn) beïnvloedde het vermogen van de continenten om een ​​deel van de uitstoot van CO2 op te vangen. Het onderzoek komt met name op het juiste moment omdat klimaatwetenschappers hebben voorspeld dat extreme gebeurtenissen in de toekomst waarschijnlijk in frequentie en intensiteit zullen toenemen, waarvan we er vandaag al getuige van zijn, en dat er ook een verandering zal zijn in regenvalpatronen die waarschijnlijk van invloed zullen zijn op het vermogen van de vegetatie op aarde om koolstof op te nemen.

Om de hoeveelheid koolstof die is opgeslagen in vegetatie en bodem te definiëren, Gentine en Green analyseerden de netto bioomproductiviteit (NBP), gedefinieerd door het Intergouvernementeel Panel inzake klimaatverandering als de netto winst of het verlies van koolstof uit een regio, gelijk aan de netto-ecosysteemproductie minus de koolstof die verloren gaat door verstoring zoals een bosbrand of een bosoogst.

De onderzoekers gebruikten gegevens van vier Earth System-modellen van de GLACE-CMIP5-experimenten (Global Land Atmosphere Coupling Experiment-Coupled Model Intercomparison Project), om een ​​reeks experimenten uit te voeren om verlagingen in NBP te isoleren die strikt te wijten zijn aan veranderingen in bodemvocht. Ze waren in staat om de effecten te isoleren van veranderingen in bodemvochttrends op lange termijn (d.w.z. uitdroging) en variabiliteit op korte termijn (d.w.z. de effecten van extreme gebeurtenissen zoals overstromingen en droogtes) op het vermogen van het land om koolstof op te nemen.

"We zagen dat de waarde van NBP, in dit geval een netto winst van koolstof op het landoppervlak, zou eigenlijk bijna twee keer zo hoog zijn als het niet voor deze veranderingen (variabiliteit en trend) in bodemvocht was, " zegt Groen, hoofdauteur van de krant. "Dit is een groot probleem! Als het bodemvocht de NBP in het huidige tempo blijft verlagen, en de snelheid van koolstofopname door het land begint tegen het midden van deze eeuw af te nemen - zoals we in de modellen hebben gevonden - we zouden mogelijk een grote toename van de concentratie van atmosferisch CO2 kunnen zien en een overeenkomstige toename van de effecten van het broeikaseffect en klimaatverandering."

Gentine en Green merken op dat de variabiliteit van bodemvocht aanzienlijk de huidige koolstofput op het land vermindert, en hun resultaten tonen aan dat zowel variabiliteit als droogtrends dit in de toekomst verminderen. Door het cruciale belang van bodem-watervariabiliteit voor de terrestrische koolstofcyclus te kwantificeren, en de vermindering van de koolstofopname als gevolg van de effecten van deze veranderingen in bodemvocht, de onderzoeksresultaten benadrukken de noodzaak van het implementeren van verbeterde modellering van de vegetatierespons op waterstress en land-atmosfeerkoppeling in aardse systeemmodellen om de toekomstige terrestrische koolstofflux te beperken en het toekomstige klimaat beter te voorspellen.

"Eigenlijk, als er geen droogte en hittegolven waren, als er de komende eeuw geen langdurige droging zou plaatsvinden, dan zouden de continenten bijna twee keer zoveel koolstof kunnen opslaan als nu, ", zegt Gentine. "Omdat bodemvocht zo'n grote rol speelt in de koolstofkringloop, in het vermogen van het land om koolstof op te nemen, het is essentieel dat processen die verband houden met de weergave ervan in modellen een topprioriteit voor onderzoek worden."

Er is nog veel onzekerheid over hoe planten reageren op waterstress, en dus zullen Green en Gentine hun werk voortzetten om de weergave van de vegetatiereactie op veranderingen in bodemvocht te verbeteren. Ze richten zich nu op de tropen, een regio met veel onbekenden, en de grootste terrestrische koolstofput, om te bepalen hoe de vegetatie-activiteit wordt gecontroleerd door zowel veranderingen in bodemvocht als atmosferische droogte. Deze bevindingen zullen richtlijnen geven voor het verbeteren van de representatie van waterstress bij planten in de tropen.

"Deze studie is zeer waardevol omdat het een helder licht werpt op hoe belangrijk water is voor de opname van koolstof door de biosfeer, " zegt Chris Schwalm, een associate scientist bij het Woods Hole Research Center en een expert in wereldwijde milieuveranderingen, koolstofcyclusgevoeligheid en modelleringskaders die niet bij het onderzoek betrokken waren. "Het legt ook onderontwikkelde aspecten van het modelleren van het aardse systeem bloot, zoals processen die verband houden met waterstress in de vegetatie en bodemvocht, die tijdens de modelontwikkeling kunnen worden gericht op een beter voorspellend vermogen in de context van wereldwijde milieuveranderingen."