Wetenschap
Onderzoekers werpen licht op snelle veranderingen in arctische en boreale ecosystemen
Arctische en noordelijke breedtegraden warmen sneller op dan enig ander gebied op aarde. In drie nieuwe onderzoeken rapporteren aardsysteemwetenschappers van de Universiteit van Californië, Irvine hoe de ecosystemen in deze regio's veranderen.
In een studie gepubliceerd in Global Change Biology , een team onder leiding van Earth System Science Ph.D. kandidaat Jinhyuk Kim van het laboratorium van James Randerson, hoogleraar aardsysteemwetenschappen, onthult hoe bosbranden de fotosynthese in Canada en Alaska verhogen.
Ze ontdekken dat toenemende bosbranden zwarte sparrenbossen vernietigen die relatief langzaam groeien en bijdragen aan de organische laag van de onderliggende bodems. In veel gebieden komen bladverliezende struiken en bomen, zoals wilg en esp, naar binnen na een brand. Deze planten hebben een veel hogere stofwisseling, wat betekent dat ze zich sneller kunnen vestigen dan sparren.
In 2023 beleefde Canada het meest verwoestende bosbrandenseizoen, waarbij meer dan 46 miljoen hectare verbrand werd. Het werk van de auteurs suggereert dat deze branden veranderingen in de noordelijke bossen die al gaande zijn als gevolg van de klimaatverandering, kunnen versnellen.
"We zien hogere niveaus van fotosynthese die tientallen jaren na een brand aanhouden", zegt Kim. "In plaats van dat het groenblijvende naaldbos meteen terugkomt, zien we in sommige regio's een langdurige vervanging van deze bossen door sneller groeiende soorten."
Hoe meer fotosynthese er is, hoe meer planten koolstofdioxide uit de atmosfeer kunnen verwijderen. Eén veronderstelling is dat dit een opslagplaats voor koolstofdioxide zou kunnen creëren en de opwarming van de aarde zou kunnen helpen temperen.
"Maar omdat je de koolstof hebt verbrand die is opgeslagen in de planten en hun organische bodems, vertaalt zelfs de toename van de fotosynthese die we waarnemen zich op de lange termijn niet noodzakelijkerwijs in meer koolstofopslag", zei Kim. "De toenemende trends in natuurbranden hebben aanzienlijke gevolgen voor de samenstelling van bossoorten en de functie van ecosystemen, maar hebben waarschijnlijk een negatieve invloed op de koolstofopslag in het land. Daarom is het belangrijk om te bestuderen hoe het veranderende landschap door bosbranden en opwarming verschillende aspecten van de koolstofcyclus in het land beïnvloedt." /P>
Om de veranderende snelheid van de fotosynthese in de boreale planten te meten, gebruikten Kim en zijn team gegevens van Orbiting Carbon Observatory 2-satellieten die de fluorescentie van planten volgen om als proxy voor fotosynthese te gebruiken.
"Het is een recentere meting die we wereldwijd hebben kunnen waarnemen", zegt Kim, die uitlegde dat het gebruik van fluorescentiemetingen een nieuwe benadering is voor het meten van fotosynthese. "We hebben ook deze lange tijdreeksen over landbedekking van Landsat, en we kunnen kijken hoe branden de dekking van landplanten veranderen en dit vervolgens koppelen aan veranderingen in het door zonne-energie geïnduceerde fluorescentiesignaal. We ontdekken dat bosbranden de landbedekking veranderen, wat op zijn beurt de seizoensgebondenheid van koolstofstromen op grote ruimtelijke schaal kan versterken."
Kim voegde eraan toe dat dit een teken is van onstabiele ecosystemen waarin de soorten planten in de regio snel veranderen.
In een ander onderzoek van een team onder leiding van Earth System Science Ph.D. kandidaat Allison Welch beschrijven onderzoekers wat voor soort planten zich uitbreiden naar de Arctische en alpiene toendra.
"Met stijgende temperaturen en bosbranden zien we een toename van de groei van grotere, bladverliezende struiken," zei Welch, wiens team vijf verschillende alpiene toendra-locaties bestudeerde voor het onderzoek, dat verschijnt in Arctic, Antarctic, and Alpine Research .
"We vonden een verhoogde struikgroei van een specifieke soort genaamd els", zegt Welch, die werkt in het laboratorium van Claudia Czimczik, hoogleraar aardsysteemwetenschappen. "En op deze locaties is de vegetatieproductiviteit in het algemeen toegenomen."
Het team van Welch rapporteerde ook een afname van de dikte van de organische laag – de bovenste bodemlaag die wordt gekenmerkt door een hoog gehalte aan organische koolstof – op hun toendralocaties. Ondiepere organische lagen, legt Welch uit, betekenen dat er minder isolatie is voor de onderliggende Arctische permafrost. Permafrost bevat enorme voorraden bevroren organisch materiaal, dat, als het wordt ontdooid, kan ontbinden en planeetverwarmende gassen zoals koolstofdioxide in de atmosfeer kan vrijgeven. "Als je een gezonde organische laag hebt, zul je waarschijnlijk de stabiliteit van de permafrost bevorderen", zegt Welch.
In het derde onderzoek, gepubliceerd in Geophysical Research Letters , een team onder leiding van Ph.D. kandidaat Hui Wang, die samen met prof. Alex Guenther op het Departement Aardsysteemwetenschappen werkt, deed veldmetingen en voerde vervolgens computersimulaties uit om te beschrijven hoe, nu Arctische ecosystemen een opwarmend klimaat ervaren, de emissies van het molecuul isopreen escaleren met snelheden die veel hoger dan verwacht.
"Deze verandering zal indirect het klimaat veranderen", zei Wang. Dat komt omdat isopreen de vorming van ozon, aerosolen en het methaangehalte in de lucht beïnvloedt. Aerosolen beïnvloeden de vorming van wolken, wat op zijn beurt het lokale klimaat kan beïnvloeden. En planten, zo legde Wang uit, geven meer isopreen vrij als het warmer is.
De veranderingen die in de onderzoeken worden gerapporteerd, wijzen in de richting van arctisch-boreale ecosystemen die snel veranderen als reactie op bosbranden en opwarming.
"Deze drie onderzoeken zijn voorbeelden van hoe het Noordpoolgebied sneller verandert dan eerder werd verwacht", zegt Czimczik, co-auteur van Welch's artikel. "De toenemende activiteit van natuurbranden, via het effect ervan op de samenstelling van de vegetatie, heeft het potentieel om de dooi van de permafrost te versnellen boven de snelheid die we hadden verwacht van het veranderende klimaat."
"We kunnen zien dat de omgeving onstabiel is en dat er complexe interacties zijn tussen niet alleen de veranderende plantengemeenschappen, maar ook de reacties van die planten op het snel veranderende klimaat. Deze hebben gevolgen voor het milieu en het algehele aardse systeem, dus het is iets belangrijks." die we beter moeten begrijpen," zei Kim.