Het vermogen van de aarde om bijna een derde van de door de mens veroorzaakte koolstofemissies door planten te absorberen, zou in de komende twee decennia kunnen worden gehalveerd bij het huidige tempo van opwarming, volgens een nieuwe studie in wetenschappelijke vooruitgang door onderzoekers van de Northern Arizona University, het Woodwell Climate Research Center en de Universiteit van Waikato, Nieuw-Zeeland. Met behulp van meer dan twee decennia aan gegevens van meettorens in elk belangrijk bioom over de hele wereld, het team identificeerde een kritiek temperatuuromslagpunt waarboven het vermogen van planten om atmosferische koolstof op te vangen en op te slaan - een cumulatief effect dat de 'koolstofput op het land' wordt genoemd - afneemt naarmate de temperatuur blijft stijgen.

De terrestrische biosfeer - de activiteit van landplanten en bodemmicroben - doet veel van de "ademhaling, " uitwisseling van koolstofdioxide en zuurstof. Ecosystemen over de hele wereld trekken koolstofdioxide aan door fotosynthese en geven het terug aan de atmosfeer via de ademhaling van microben en planten. In de afgelopen decennia hebben de biosfeer heeft over het algemeen meer koolstof opgenomen dan het heeft vrijgegeven, klimaatverandering te verminderen.

Maar terwijl recordtemperaturen zich over de hele wereld blijven verspreiden, dit mag niet doorgaan; de NAU, Onderzoekers van Woodwell Climate en Waikato hebben een temperatuurdrempel gedetecteerd waarboven de opname van koolstof door planten vertraagt ​​en de afgifte van koolstof versnelt.

Hoofdauteur Katharyn Duffy, een postdoctoraal onderzoeker bij de NAU, merkte scherpe dalingen op in fotosynthese boven deze temperatuurdrempel in bijna elk bioom over de hele wereld, zelfs na het verwijderen van andere effecten zoals water en zonlicht.

"De aarde heeft een gestaag groeiende koorts, en net als het menselijk lichaam, we weten dat elk biologisch proces een temperatuurbereik heeft waarbij het optimaal presteert, en degenen waarboven de functie verslechtert, "zei Duffy. "Dus, we wilden vragen, hoeveel kunnen planten weerstaan?"

Deze studie is de eerste die een temperatuurdrempel voor fotosynthese detecteert uit observatiegegevens op wereldschaal. Terwijl temperatuurdrempels voor fotosynthese en ademhaling in het laboratorium zijn bestudeerd, de Fluxnet-gegevens geven een beeld van wat ecosystemen over de hele aarde daadwerkelijk ervaren en hoe ze reageren.

"We weten dat de temperatuuroptima voor mensen rond de 37 graden Celsius (98 graden Fahrenheit) ligt, maar wij in de wetenschappelijke gemeenschap wisten niet wat die optima waren voor de terrestrische biosfeer, ' zei Duffy.

Ze werkte samen met onderzoekers van Woodwell Climate en de University of Waikato die onlangs een nieuwe benadering ontwikkelden om die vraag te beantwoorden:MacroMolecular Rate Theory (MMRT). Met zijn basis in de principes van de thermodynamica, Met MMRT konden de onderzoekers temperatuurcurven genereren voor elk belangrijk bioom en de wereld.

De resultaten waren alarmerend.

De onderzoekers ontdekten dat temperatuurpieken voor koolstofopname - 18 graden C voor de meer wijdverspreide C3-planten en 28 graden C voor C4-planten - in de natuur al worden overschreden, maar zag geen temperatuurcontrole op de ademhaling. Dit betekent dat in veel biomen, aanhoudende opwarming zal de fotosynthese doen afnemen terwijl de ademhalingssnelheid exponentieel stijgt, de balans van ecosystemen doen doorslaan van koolstofput naar koolstofbron en de klimaatverandering versnellen.

"Verschillende soorten planten variëren in de details van hun temperatuurreacties, maar ze vertonen allemaal een afname van de fotosynthese als het te warm wordt, ", zegt NAU-co-auteur George Koch.

Direct, minder dan 10 procent van de terrestrische biosfeer ervaart temperaturen boven dit fotosynthetische maximum. Maar met het huidige uitstoottempo, tot de helft van de terrestrische biosfeer zou tegen het midden van de eeuw temperaturen boven die productiviteitsdrempel kunnen ervaren - en enkele van de meest koolstofrijke biomen ter wereld, waaronder tropische regenwouden in de Amazone en Zuidoost-Azië en de Taiga in Rusland en Canada, zal een van de eersten zijn die dat omslagpunt bereikt.

"Het meest opvallende dat onze analyse aantoonde, is dat de temperatuuroptima voor fotosynthese in alle ecosystemen zo laag waren, " zei Vic Arcus, een bioloog aan de Universiteit van Waikato en co-auteur van de studie. "Gecombineerd met de verhoogde snelheid van ecosysteemademhaling bij de temperaturen die we hebben waargenomen, onze bevindingen suggereren dat elke temperatuurstijging boven 18 ° C potentieel schadelijk is voor de terrestrische koolstofput. Zonder de opwarming te beteugelen om op of onder de niveaus te blijven die zijn vastgelegd in het klimaatakkoord van Parijs, de koolstofput op het land zal onze uitstoot niet blijven compenseren en ons tijd besparen."