Naarmate de dagen korter worden en de temperaturen dalen op het noordelijk halfrond, bladeren beginnen te draaien. We kunnen genieten van prachtige herfstkleuren terwijl de bladeren nog aan de bomen hangen en, later, door een rood schoppen, bruin en goud tapijt tijdens het wandelen.

Als de temperaturen in het voorjaar weer stijgen, het groeiseizoen voor bomen wordt hervat. Gedurende de warmere maanden, bomen nemen koolstofdioxide uit de atmosfeer en slaan het op in complexe moleculen, zuurstof als bijproduct vrijgeven. Dit, in een notendop, is het proces van fotosynthese. Hoe meer fotosynthese, hoe meer koolstof wordt opgesloten.

We weten dat kooldioxide een belangrijke aanjager is van klimaatverandering, dus hoe meer planten uit de atmosfeer kunnen halen, des te beter. Met het warmere klimaat dat leidt tot een langer groeiseizoen, sommige onderzoekers hebben gesuggereerd dat bomen en andere planten meer koolstofdioxide zouden opnemen dan vroeger. Maar een nieuwe studie heeft deze theorie op zijn kop gezet en zou diepgaande effecten kunnen hebben op hoe we ons aanpassen aan klimaatverandering.

De limiet bereiken

De onderzoekers, geleid door Deborah Zani aan het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie, onderzocht de mate waarin de timing van kleurveranderingen in herfstboombladeren werd bepaald door de groei van de plant in de voorafgaande lente en zomer.

Temperatuur en daglengte werden traditioneel aanvaard als de belangrijkste determinanten van wanneer bladeren van kleur veranderden en vielen, wat sommige wetenschappers ertoe bracht aan te nemen dat opwarming van de aarde dit proces zou vertragen tot later in het seizoen. Bestudering van bladverliezende Europese boomsoorten, inclusief paardenkastanje, zilverberk en Engels eiken, de auteurs van de nieuwe studie registreerden hoeveel koolstof elke boom per seizoen absorbeerde en hoe dat uiteindelijk beïnvloedde wanneer de bladeren vielen.

Met behulp van gegevens van het Pan European PhenologyProject, die sommige bomen al 65 jaar volgt, de onderzoekers ontdekten in hun langetermijnobservatieonderzoek dat naarmate de snelheid van fotosynthese toenam, bladeren veranderden van kleur en vielen eerder in het jaar. Voor elke 10% toename van de fotosynthetische activiteit tijdens het lente- en zomergroeiseizoen, bomen laten hun bladeren vallen, gemiddeld, acht dagen eerder.

Klimaatgestuurde experimenten op vijf jaar oude Europese beuken en Japanse moerasspirea's suggereren wat achter dit onverwachte resultaat zou kunnen zitten. In deze proeven, de bomen werden blootgesteld aan de volle zon, halfschaduw of volledige schaduw. De resultaten laten zien dat er een grens is aan de hoeveelheid fotosynthese die een boom in een groeiseizoen kan uitvoeren. Zie het als het vullen van een emmer met water. Het kan langzaam of snel worden gedaan, maar als de emmer vol is, er kan nergens meer water heen.

Uit dit onderzoek blijkt dat loofbomen maar een bepaalde hoeveelheid koolstof per jaar kunnen opnemen en als die grens eenmaal is bereikt, niet meer kan worden geabsorbeerd. Op dat punt, bladeren beginnen van kleur te veranderen. Deze grens wordt bepaald door de beschikbaarheid van voedingsstoffen, met name stikstof, en de fysieke structuur van de plant zelf, vooral de binnenvaten die water en opgeloste voedingsstoffen verplaatsen. Stikstof is een belangrijke voedingsstof die planten nodig hebben om te groeien, en het is vaak de hoeveelheid beschikbare stikstof die de totale groei beperkt. Daarom gebruiken boeren en tuinders stikstofmest, om deze beperking te overwinnen.

Samen, deze beperkingen betekenen dat de koolstofopname tijdens het groeiseizoen een zelfregulerend mechanisme is in bomen en kruidachtige planten. Er kan maar zoveel koolstof worden opgenomen.

Eerdere herfstkleuren

In een wereld met steeds meer koolstof in de atmosfeer, deze nieuwe bevindingen impliceren dat door warmer weer en langere groeiseizoenen gematigde loofbomen niet meer koolstofdioxide kunnen opnemen. Het voorspellende model van de studie suggereert dat tegen 2100, wanneer de groeiseizoenen van bomen naar verwachting tussen de 22 en 34 dagen langer zullen duren, bladeren vallen drie tot zes dagen eerder van bomen dan nu.

Dit heeft belangrijke implicaties voor de modellering van klimaatverandering. Als we accepteren dat de hoeveelheid koolstof die wordt opgenomen door loofbomen in temperatuurlanden zoals het VK elk jaar hetzelfde zal blijven, ongeacht het groeiseizoen, CO2-niveaus zullen sneller stijgen dan eerder werd verwacht. De enige manier om dit te veranderen, is door de capaciteit van bomen om koolstof op te nemen te vergroten.

Planten die niet worden beperkt door de beschikbare hoeveelheid stikstof, kunnen mogelijk langer groeien in het opwarmende klimaat. Dit zijn de bomen die stikstof uit de lucht kunnen halen, zoals els. Maar deze soorten zullen hun bladeren nog steeds ongeveer op hetzelfde moment als altijd verliezen, dankzij minder daglicht en koudere temperaturen.

Maar aan de positieve kant, met het vooruitzicht dat sommige bomen hun bladeren eerder verliezen en andere op het moment dat ze dat nu doen, er is misschien het vooruitzicht van langdurige herfstkleuren - en meer tijd voor ons om door de bladeren te schoppen.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.