Forskning viser, at global fotosyntese er stigende

Plantefotosyntese var stabil i hundredvis af år før den industrielle revolution, men voksede hurtigt i det 20. århundrede, ifølge ny forskning offentliggjort i dag i Natur .

"Stort set alt liv på vores planet afhænger af fotosyntese, "sagde UC Merced Professor Elliott Campbell, der ledede forskningen. "At holde styr på den globale plantevækst bør være et centralt mål for menneskeheden."

Fotosyntese er den proces, hvorigennem planter bruger sollys til at omdanne kuldioxid (CO2) til kulhydrater for at stimulere deres vækst og andre aktiviteter.

Endnu, forskere mangler et klart billede af globale tendenser inden for fotosyntese i løbet af de sidste par århundreder. Nogle menneskelige aktiviteter kan have stimuleret plantevækst, mens andre måske har hæmmet fotosyntesen. Modstridende resultater fra forskellige eksperimenter har affødt videnskabelig debat i årevis.

Men måske ikke længe. Campbell og en tværfaglig, internationalt forskerteam opdagede en kemisk registrering af global fotosyntese, der strækker sig over hundredvis af år.

"Tidligere undersøgelser dækkede små fysiske områder eller korte perioder, "Campbell sagde." Vi satte os for at finde en langsigtet rekord for hele planeten. "

Forskerne vurderer, at summen af ​​al plantefotosyntese på Jorden voksede med 30 procent i løbet af den 200-årige rekord, de fangede.

"Undersøgelser har allerede vist hidtil usete ændringer i klima og drivhusgasser i industritiden, "Campbell sagde." Nu har vi beviser for, at der også er et fundamentalt skift i Jordens planter. "

Nettoeffekten

Forskningen identificerede ikke årsagen til den øgede fotosyntese, men computermodeller har vist flere processer, der kunne, sammen, skabe en så stor ændring i den globale plantevækst.

De førende kandidater er stigende atmosfæriske CO2 -niveauer, et resultat af emissioner fra menneskelige aktiviteter længere vækstsæsoner, et resultat af klimaændringer forårsaget af CO2 -emissioner og nitrogenforurening, et andet resultat af forbrænding af fossilt brændsel og landbrug.

De menneskelige aktiviteter, der ligger til grund for væksten i fotosyntesen, har både positive og negative konsekvenser.

"Det stigende CO2 -niveau stimulerer afgrødernes udbytte, "sagde Campbell, hvem er fra School of Engineering og Sierra Nevada Research Institute. "Men det gavner også ukrudt og invasive arter. Vigtigst af alt, CO2 -emissioner forårsager klimaændringer, hvilket vil øge oversvømmelsen af ​​kystbyer, ekstremt vejr og forsuring af havet. "

En anden effekt af stigningen i fotosyntesen er, at det kan få planter til at fjerne CO2 fra luften og gemme det i økosystemer. Desværre, CO2 -emissioner fra forbrænding af fossilt brændstof overvælder enhver optagelse fra planter.

"Stigningen i fotosyntese har ikke været stor nok til at kompensere for afbrænding af fossile brændstoffer, "sagde papirforfatter Joe Berry, fra Carnegie Institution for Science. "Naturens bremser er allerede blevet overvældet. Så nu er det op til os at finde ud af, hvordan man reducerer CO2 -koncentrationen i atmosfæren."

Hemmeligheder i sneen

Forskerne opdagede rekorden for global fotosyntese ved at analysere snedata fra Antarktis, der blev indfanget af National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

Gasser fanget i forskellige lag af Antarktis sne gør det muligt for forskere at studere globale atmosfærer fra fortiden. Nøglen var at finde en gas lagret i isen, der giver en oversigt over Jordens plantevækst.

Tidligere undersøgelser har fundet ud af, at carbonylsulfid (COS) tjener denne funktion. COS er fætter til CO2, og planter fjerner COS fra luften gennem en proces, der er relateret til den måde, de optager CO2 på.

Mens fotosyntese er tæt forbundet med det atmosfæriske COS -niveau, andre processer i havene, økosystemer og industri kan også ændre COS -niveau.

For at redegøre for alle disse processer, Campbell koordinerede analyse mellem medlemmer af forskergruppen, herunder Ulli Seibt fra UCLA; Steve Smith fra Pacific Northwest National Laboratory; Steve Montzka fra NOAA; Thomas Launois fra Institut National de la Recherche Agronomique; Sauveur Belviso fra Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement; Laurent Bopp fra Laboratoire de Météorologie Dynamique; og Marko Laine fra det finske meteorologiske institut. Deres arbejde blev finansieret af det amerikanske energiministerium, NOAA, Finlands Akademi, H2020 og Det Europæiske Forskningsråd.

Fremtidig forskning, sagde forskerne, vil omfatte undersøgelse af aktuelle ændringer i fotosyntese ved hjælp af de igangværende COS -målinger foretaget af NOAA.

"En del af forudsigelsen af ​​vores atmosfæres fremtidige tilstand afhænger af at forstå naturlige mekanismer og hvordan de ændrer sig over tid, sagde Montzka, en forskningskemiker med NOAA. "Vi foretager målinger og observationer, og hvis vi ikke bliver ved med at gøre det, vi har ikke de grundlæggende oplysninger, der er nødvendige for at besvare vigtige spørgsmål i forbindelse med fremtidige atmosfæriske ændringer. "

Chris Field, en klimaforsker ved Stanford University, der ikke var involveret i undersøgelsen, sagde, at de nye resultater "giver endnu en bevislinje, der bekræfter den dynamiske karakter af Jordens økosystemer og den store størrelse af de ændringer, der er forårsaget af menneskelige handlinger."