Meer planten en langere groeiseizoenen op de noordelijke breedtegraden hebben delen van Alaska veranderd, Canada en Siberië tot diepere tinten groen. Sommige studies vertalen deze Arctische vergroening naar een grotere wereldwijde koolstofopname. Maar nieuw onderzoek toont aan dat naarmate het klimaat op aarde verandert, verhoogde koolstofopname door planten in het noordpoolgebied wordt gecompenseerd door een overeenkomstige afname in de tropen.

"Dit is een nieuwe kijk op waar we de koolstofopname in de toekomst kunnen verwachten, " zei wetenschapper Rolf Reichle van het Global Modeling and Assimilation Office (GMAO) in het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland.

Reichle is een van de auteurs van een studie, gepubliceerd op 17 december in AGU-vooruitgang , die meer dan 35 jaar satellietobservaties van de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA's) Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) combineert met computermodellen, inclusief waterbeperkingsgegevens van NASA's Modern-Era Retrospective-analyse voor onderzoek en toepassingen, Versie 2 (MERRA-2).

Samen, deze geven een nauwkeurigere schatting van de wereldwijde "primaire productiviteit" - een maatstaf voor hoe goed planten koolstofdioxide en zonlicht via fotosynthese omzetten in energie en zuurstof, voor de periode 1982-2016.

Arctische winsten en tropische verliezen

De productiviteit van planten in het ijskoude Arctische landschap wordt beperkt door de lange periodes van kou. Naarmate de temperaturen warmer worden, de planten in deze regio's hebben dichter kunnen groeien en hun groeiseizoen kunnen verlengen, wat leidt tot een algehele toename van de fotosynthetische activiteit, en vervolgens een grotere koolstofopname in de regio over een periode van 35 jaar.

Echter, opbouw van atmosferische koolstofconcentraties heeft verschillende andere kabbelende effecten gehad. Opmerkelijk, als koolstof is toegenomen, mondiale temperaturen zijn gestegen, en de atmosfeer in de tropen (waar de plantproductiviteit wordt beperkt door de beschikbaarheid van water) is droger geworden. De recente toename van droogte en boomsterfte in het Amazone-regenwoud zijn daar een voorbeeld van. en de productiviteit en koolstofopname boven land nabij de evenaar zijn gedaald in dezelfde periode als de vergroening van het noordpoolgebied, elk netto-effect op de wereldwijde productiviteit tenietdoen.

Satellieten toevoegen aan productiviteitsmodellen

Eerdere modelschattingen suggereerden dat de toenemende productiviteit van planten in het noordpoolgebied gedeeltelijk zou kunnen compenseren voor menselijke activiteiten die atmosferische koolstof vrijgeven, zoals het verbranden van fossiele brandstoffen. Maar deze schattingen waren gebaseerd op modellen die de productiviteit van planten berekenen op basis van de veronderstelling dat ze fotosynthetiseren (koolstof en licht omzetten) met een bepaalde efficiëntie.

In werkelijkheid, veel factoren kunnen de productiviteit van planten beïnvloeden. Inclusief satellietrecords zoals die van AVHRR bieden wetenschappers consistente metingen van de wereldwijde fotosynthetische plantenbedekking, en kan helpen bij variabele gebeurtenissen zoals uitbraken van plagen en ontbossing die eerdere modellen niet vastleggen. Deze kunnen de wereldwijde vegetatiebedekking en productiviteit beïnvloeden.

"Er zijn andere onderzoeken geweest die zich richtten op de productiviteit van planten op wereldwijde schaal, " zei Nima Madani van NASA's Jet Propulsion Laboratory, (JPL) Pasadena, Californië, en hoofdauteur van de studie, die ook wetenschappers van de Universiteit van Montana omvat. "Maar we gebruikten een verbeterd remote sensing-model om een ​​beter inzicht te krijgen in veranderingen in de productiviteit van ecosystemen." Dit model maakt gebruik van een verbeterd algoritme voor efficiëntie bij lichtgebruik, die observaties van fotosynthetische plantenbedekking door meerdere satellieten en variabelen zoals oppervlaktemeteorologie combineert.

"De satellietwaarnemingen zijn van cruciaal belang, vooral in regio's waar onze veldwaarnemingen beperkt zijn, en dat is het mooie van de satellieten, "Zei Madani. "Daarom proberen we in ons werk zoveel mogelijk gebruik te maken van teledetectiegegevens via satelliet."

Het was pas onlangs dat de satellietrecords deze opkomende trends in de verschuivende productiviteit begonnen aan te tonen. Volgens Reichel, "De modellering en de waarnemingen samen, wat we data-assimilatie noemen, is what really is needed." The satellite observations train the models, while the models can help depict Earth system connections such as the opposing productivity trends observed in the Arctic and tropics.

Brown Is the New Green

The satellite data also revealed that water limitations and decline in productivity are not confined to the tropics. Recent observations show that the Arctic's greening trend is weakening, with some regions already experiencing browning.

"I don't expect that we have to wait another 35 years to see water limitations becoming a factor in the Arctic as well, " said Reichle. We can expect that the increasing air temperatures will reduce the carbon uptake capacity in the Arctic and boreal biomes in the future. Madani says Arctic boreal zones in the high latitudes that once contained ecosystems constrained by temperature are now evolving into zones limited by water availability like the tropics.

These ongoing shifts in productivity patterns across the globe could affect numerous plants and animals, altering entire ecosystems. That can impact food sources and habitats for various species, including endangered wildlife, and human populations.

The data produced from this study are publicly accessible at:doi.org/10.3334/ORNLDAAC/1789