De dag dat de Braziliaanse kiezers Jair Bolsonaro kozen als hun nieuwe president, was geen goede dag voor inspanningen om de klimaatverandering tegen te gaan. Tijdens de verkiezingscampagne de verklaarde populist en potentiële sterke man zwoer een einde te maken aan het "milieuactivisme" van zijn voorgangers. Eerdere Braziliaanse regeringen waren niet bepaald ijverige voorstanders van maatregelen om klimaatverandering tegen te gaan. Maar wat Bolsonaro sinds zijn inauguratie in januari 2019 heeft beloofd uit te voeren, komt neer op een grootschalige aanval op de pogingen van de internationale gemeenschap om de effecten van broeikasgassen op toekomstige temperaturen te beperken.

Tropisch regenwoud is goed voor meer dan 3 miljoen vierkante kilometer van het Braziliaanse binnenland, een enorm gebied dat grotendeels bestaat uit ongerepte landschappen - en in de context van klimaatverandering, een enorme koolstofput. Bomen nemen koolstofdioxide (CO ₂ ), zet het om in biomassa en slaat het voor lange tijd op. Ongeveer 10 procent van het oerwoud van Brazilië (een gebied zo groot als Duitsland) is de afgelopen 30 jaar vernietigd. De belangrijkste boosdoeners zijn ontbossing - in het beste geval semi-legale en slash-and-burn landontginning voor de landbouw. Het bos werd vervangen door veeboerderijen en sojabonen. De directe voorgangers van Bolsonaro hadden de afgelopen jaren stappen ondernomen om het bosverlies te verminderen, maar die inspanningen lijken nu gedoemd te mislukken. Zoals het Duitse weekblad Die Zeit het uitdrukte:"Heeft de groene gordel van onze planeet een toekomst?"

Julia Pongratz werd vorig jaar benoemd tot voorzitter van Fysische Geografie en Landgebruiksystemen bij LMU, en haar onderzoek is zeer betrokken bij deze kwestie. Ze volgt het tempo en de omvang van dergelijke "veranderingen in landgebruik" (de neutrale term die de voorkeur geniet van klimaatonderzoekers) in Braziliaanse regenwouden en elders over de hele wereld - en probeert de effecten te kwantificeren van de omzetting van bos in akkerland of weiland, of gemengd bos tot monoculturen. Ze wil de impact van dergelijke veranderingen kwantificeren, en de interacties die ze naar verwachting zullen veroorzaken op het broeikaseffect. Maar ze zou ook graag willen weten welke vormen van landgebruik en bosbeheer kunnen helpen om de snelheid van de opwarming van de aarde te verminderen.

De trend is duidelijk:omhoog!

Pongratz houdt een grafiek voor die niet moeilijk te begrijpen is. Het toont een enkele rode lijn, en hoewel men kleine seizoens- of jaarlijkse variaties kan onderscheiden, het belang ervan is duidelijk en onmiskenbaar. Inderdaad, het lijkt te impliceren dat we afscheid kunnen nemen van elke hoop om het tempo van de opwarming van de aarde te matigen. De plot toont de onverbiddelijke stijging van het CO .-niveau ₂ in de atmosfeer. De trend is onmiskenbaar:naar boven. Alleen al in de afgelopen 50 jaar de concentratie van dit broeikasgas is met zo'n 20 procent toegenomen. "Ondanks internationale afspraken om het klimaat te beschermen, er is geen waarneembare vermindering van de toename van CO ₂ in de atmosfeer, " zegt Pongratz. "Maar zonder deze inspanningen, de helling van de curve zou hoogstwaarschijnlijk nog steiler zijn."

Volgens de analyses van historische gegevens die zijn uitgevoerd door het Global Carbon Project, waarvan Pongratz lid is, menselijke activiteiten hebben geleid tot het vrijkomen van ongeveer 660 gigaton koolstof sinds 1750, dat is zo'n 2,4 teraton CO ₂ . Maar de echt significante stijging van de CO ₂ niveaus begonnen met de industrialisatie, en sindsdien is het in een snel tempo versneld. Slechts ongeveer 40 procent van deze uitstoot bleef in de atmosfeer en droeg bij aan het broeikaseffect, maar deze waarde ligt nu dichter bij 45 procent. Van de rest, de ene helft werd ingenomen door de oceanen en de andere helft door bodems en vegetatie.

Deze cijfers wijzen al op het belang van vegetatie - en de bij uitstek rol van menselijke activiteiten - voor het wereldklimaat. Voordat u naar LMU overstapt, Julia Pongratz had een aantal jaren aan dit onderwerp gewerkt in wat waarschijnlijk Duitslands toonaangevende centrum voor klimaatonderzoek is, het Max Planck Instituut (MPI) voor Meteorologie in Hamburg, waar ze leiding gaf aan een Emmy Noether Junior Research Group over "Forest Management and the Earth System, " gefinancierd door de Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).

Ongeveer driekwart van het (ijsvrije) landoppervlak op aarde is direct blootgesteld aan menselijke invloeden. In de loop van de geschiedenis, op ongeveer een kwart van dit gebied hebben mensen de oorspronkelijke vegetatie weggevaagd. Ongeveer tweederde van de rest wordt nu op verschillende manieren verbouwd. In aanvulling, ongeveer een kwart van de jaarlijkse netto primaire productie van de aarde (d.w.z. de hoeveelheid plantaardige biomassa die jaarlijks wordt gegenereerd) wordt geconsumeerd om aan de behoeften van de mens te voldoen. Deze mate van exploitatie van de natuurlijke wereld heeft een impact op het klimaat. Ongeveer een derde van alle CO ₂ die tot op heden door menselijke activiteiten vrijkomen, kunnen worden toegeschreven aan de vernietiging van de natuurlijke vegetatie.

Het matigende effect van transpiratie

Hoe groot zijn dan de effecten van de grootschalige vernietiging van natuurlijke vegetatie? In de context van klimaatverandering, de aandacht is lange tijd vrijwel uitsluitend gericht geweest op de verbranding van fossiele brandstoffen om energie te leveren voor verwarmingsdoeleinden, industriële processen en transport. Inderdaad, fossiele brandstoffen zijn momenteel de belangrijkste bron van koolstofemissies. Veranderingen in landgebruik zijn verantwoordelijk voor ongeveer 10 procent van de hoeveelheid CO ₂ jaarlijks uitgestoten in de atmosfeer, " zegt Pongratz. Dat lijkt misschien niet veel, maar hier speelt nog een andere factor mee:landbouwproductie wordt ook geassocieerd met het vrijkomen van andere broeikasgassen dan CO ₂ — lachgas (N2O) uit meststoffen, methaan (CH4) uit veeteelt en rijstteelt. Wanneer deze gassen worden meegerekend, landgebruik is verantwoordelijk voor bijna een derde van de totale uitstoot van broeikasgassen. In veel lage-inkomenslanden en slecht geïndustrialiseerde landen, landgebruik levert een grotere bijdrage aan het broeikaseffect dan de verbranding van fossiele brandstoffen. en Brazilië, met een oppervlakte van 8,5 miljoen km ² , bovenaan de lijst voor emissies die toe te schrijven zijn aan landgebruik.

Dus, landontginning verstoort onvermijdelijk de koolstofkringloop. Bovendien, niet alleen hebben biochemische processen invloed op het broeikaseffect, verschillende puur fysieke mechanismen spelen ook een rol. Bijvoorbeeld, het albedo van de planeet (de fractie van het zonlicht dat wordt teruggekaatst in de ruimte) neemt toe wanneer het dichte gebladerte van bossen wordt vervangen door tarwevelden. Dit heeft een verkoelend effect, maar het wordt ruimschoots gecompenseerd door de verwarming die gepaard gaat met het verlies van transpiratie als gevolg van de vermindering van het bladoppervlak. In een gematigd bos, de verhouding bladoppervlak tot oppervlak is 7 op 1, en in een tropisch bos kan het 12:1 bereiken. Daarom, verdamping van water uit de bladeren van bomen heeft een veel groter koelend effect dan transpiratie van een veld beplant met een graangewas.

zulke lokale, kleinschalige veranderingen in water- en warmtebudgetten kunnen ook op veel grotere schaal gevolgen hebben, omdat atmosferische circulatie ze naar meer afgelegen gebieden kan transporteren. De groep van Pongratz heeft onlangs een manier ontwikkeld om onderscheid te maken tussen lokale en externe effecten. "Tot nu, de effecten op afstand zijn vaak genegeerd omdat waarnemingsgegevens alleen informatie geven over lokale variaties. ¬– En dat is niet alles. Het klimaatsysteem reageert niet lineair, zoals Pongratz aangeeft. "In termen van de verandering in lokale temperaturen, het maakt verschil of de eerste 10 procent of de laatste 10 procent van de bomen in een bos zijn gekapt."

Hoe kunnen de effecten van veranderingen in landgebruik dan worden meegenomen in klimaatmodellen? "Toen ik in 2005 mijn bacheloropleiding afrondde, het was net mogelijk geworden om de koolstofcyclus en aanverwante processen die relevant zijn voor het klimaat in grootschalige mondiale modellen te simuleren. "Dit waren de eerste echte 'Earth System'-modellen, die nu gemeengoed zijn. Maar in de beginjaren ze waren revolutionair, " legt Pongratz uit. De MPI in Hamburg ontwikkelde een eigen model, waarin de interacties tussen de atmosfeer, de oceanen en vegetatie konden realistisch worden gesimuleerd. "Dit type gekoppeld globaal model is bijzonder complex en rekenkundig duur, " zij voegt toe.

Parochie registreert aanvoergegevens voor klimaatmodellen

CO ₂ blijft heel lang in de atmosfeer en in tegenstelling tot methaan, het wordt daar niet chemisch afgebroken. Zoveel van de CO ₂ uitgestoten in de afgelopen duizenden jaren is er nog steeds, en moet worden opgeteld bij de huidige emissies. Tot 2005, niemand had serieus geprobeerd de historische dimensie van het proces te reconstrueren. In haar Ph.D. stelling, Julia Pongratz kwantificeerde de groei in landgebruik op wereldschaal, als proxy voor CO ₂ uitgave, over de periode van 800 tot 1850. Het werk was gebaseerd op secundaire documentatiebronnen, het gebruik van records zoals parochieregisters om de bevolkingsniveaus te schatten vóór het tijdperk van nauwkeurige volkstellingsgegevens. Aangezien de wereldhandel verwaarloosbaar was, met deze gegevens kan men de totale oppervlakte landbouwgrond schatten, en de hoeveelheid bos die verloren is gegaan door ontbossing. Pongratz kwam tot een emissielast van zo'n 100 gigaton voor het millennium voorafgaand aan het begin van grootschalige industrialisatie.

In 2014, ze droeg bij aan een project dat klimatologen ertoe bracht hun modellen te heroverwegen. De studie toonde aan dat ontbossing en landbeheer het klimaat in zeer vergelijkbare mate beïnvloeden. "Een bos houden, maar het beheren, het veranderen van de soortensamenstelling, kan lokale temperaturen net zo veranderen als grootschalige ontbossing. Dat is iets dat tot dan toe door klimaatwetenschappers werd genegeerd, " zegt Pongratz. Vorig jaar, een ander rapport waarin ze betrokken was, verscheen in het toonaangevende tijdschrift Natuur . In die studie werd het effect van dezelfde factoren op de koolstofopslagcapaciteit gemeten. De auteurs concludeerden dat, bij afwezigheid van antropogene invloed, staande vegetatie zou ongeveer 900 gigaton koolstof kunnen vastleggen. Het huidige cijfer ligt in de orde van 450. Het verschil kan min of meer in gelijke mate worden toegeschreven aan veranderingen in bodembedekking en landbeheer. "In een derde artikel, we hebben deze schattingen van de orde van grootte bevestigd in modelstudies. We moeten daarom onze wereldwijde modellen uitbreiden om de impact van landbeheer op te nemen." Maar dat is een moeilijke taak - niet alleen omdat het moeilijk is om lokale en afgelegen effecten te onderscheiden, maar ook omdat er meer gegevens op kleinere schaal nodig zijn om het lappendeken van landgebruik op de grond adequaat weer te geven.

Een team van klimaatwetenschappers, samengebracht onder auspiciën van de Verenigde Naties, is nu betrokken bij het Global Carbon Project, een ambitieuze poging om een ​​gedetailleerd en nauwkeurig beeld te krijgen van de verdeling van de wereldwijde emissies. Pongratz coördineert zijn inspanningen om het niveau van emissies te schatten dat aan landgebruik kan worden toegeschreven. In een studie, de onderzoekers zijn van plan om de omvang van de biomassavoorraden in Europa te berekenen op basis van teledetectiegegevens. Het doel is om deze observatiegegevens te gebruiken om modellen met een hoge resolutie te construeren.

Pongratz is ook verbonden aan het International Panel on Climate Change (IPCC) – als co-auteur van de IPCC-rapporten en als coördinator van twee projecten over de werking van de koolstofcyclus en over veranderingen in landgebruik. De woordspelingstitel die ze koos voor haar inaugurele rede bij LMU weerspiegelt de omvang van haar persoonlijke inzet:"Ackern für den Klimaschutz" (vrij vertaald als "Arduous Field Work for Climate Change Mitigation"). Maar haar lezing ging eigenlijk over de vraag of specifieke vormen van landgebruik kunnen helpen om de negatieve impact van klimaatverandering voldoende te beperken om het proces onder controle te krijgen.

Een nuchtere variant

In de tussentijd, zogenaamde negatieve emissietechnologieën, die tot doel hebben koolstof aan de atmosfeer te onttrekken door het op te slaan in verschillende reservoirs, op de voorgrond zijn gekomen. Een echte 'grondgebonden' variant van deze aanpak is simpelweg het planten van bomen op grote schaal. Een model ontwikkeld door Pongratz en haar Hamburgse collega Sebastian Sonntag suggereert dat, als dit alleen zou gebeuren in gebieden die niet langer nodig zijn voor de landbouwproductie, de toename van atmosferische CO ₂ niveaus die voor het jaar 2100 worden geprojecteerd, in veel grotere mate kunnen worden verlaagd dan eerder werd gedacht. Een 'aannemelijk scenario' geeft aan dat het de gemiddelde temperatuur op aarde met ongeveer 0,3 graden Celsius zou verlagen.

Zoals Pongratz het nu ziet, het probleem is even duidelijk als urgent. De huidige wereldwijde inspanningen om de klimaatverandering tegen te gaan, zijn ontoereikend voor de taak. Slechts enkele van de doelstellingen die in het Kyoto-protocol zijn vastgelegd, kunnen worden bereikt. De Overeenkomst van Parijs van 2015 is nog minder effectief, omdat het landen in staat stelt hun eigen emissiedoelstellingen vast te stellen. Tenzij de wereldbevolking, industriëlen en politici veranderen hun benadering van het beheer en het gebruik van natuurlijke hulpbronnen fundamenteel, deze maatregelen zullen - met een ruime marge - niet slagen in het bereiken van hun gedefinieerde doel om de stijging van de gemiddelde temperatuur op aarde (ten opzichte van het pre-industriële niveau) te beperken tot 1,5 graad C. "Op basis van de huidige trends, de stijging zal dichter bij 3 graden C zijn, ' zegt Pongratz.

"We hebben niet veel tijd om het systeem fundamenteel aan te passen, " waarschuwt ze. De verschillende scenario's die onderzoekers over de hele wereld hebben getest in hun computermodellen komen allemaal overeen op één punt:netto globale CO ₂ de uitstoot moet tegen het midden van de eeuw tot nul zijn teruggebracht, en verder worden verminderd, naar negatieve waarden, daarna. Om dit doel te bereiken, "emissies moeten ruim voor het jaar 2030 hun hoogtepunt bereiken."

"Toen ik het veld van klimaatonderzoek betrad, "Julia Pongratz herinnert zich, "gewoon de werking van het systeem begrijpen was het primaire doel. Nu, met een doel van 1,5° in kwestie, mijn werk is veel urgenter geworden." Het beleid van Jair Bolsonaro is slechts een van de vele obstakels die een effectieve reactie op klimaatverandering in de weg staan.