Ny undersøgelse viser, at vegetation styrer fremtiden for vandets kredsløb

Forudsige, hvordan stigende atmosfærisk CO2 vil påvirke den hydrologiske cyklus, fra ekstreme vejrudsigter til langsigtede fremskrivninger af landbrug og vandressourcer, er afgørende både for det daglige liv og for planetens fremtid. Det antages almindeligvis, at hydrologiske ændringer er drevet af nedbør og strålingsændringer forårsaget af klimaændringer, og at når jordoverfladen tilpasser sig, stigende temperaturer og lavere nedbør vil gøre planeten mere tør.

Columbia Engineering-forskere har fundet ud af, at tværtimod, vegetation spiller en dominerende rolle i Jordens vandkredsløb, og at planter vil regulere og dominere den stigende stress på kontinentale vandressourcer i fremtiden. Studiet, ledet af Pierre Gentine, lektor i jord- og miljøteknik ved Columbia Engineering og ved Earth Institute, er offentliggjort i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Vores konstatering af, at vegetation spiller en nøglerolle i fremtiden i terrestrisk hydrologisk reaktion og vandstress, er af yderste vigtighed for korrekt at forudsige fremtidig tørhed og vandressourcer, " siger Gentine, hvis forskning fokuserer på forholdet mellem hydrologi og atmosfærisk videnskab, jord/atmosfære interaktion, og dens indvirkning på klimaændringer. "Dette kunne være en reel game-changer for at forstå ændringer i kontinental vandstress, der går ind i fremtiden."

Gentines team er det første til at isolere vegetationens reaktion fra den globale opvarmnings samlede komplekse reaktion, som omfatter sådanne variabler for vandkredsløbet som fordampning (vandet fordampet fra overfladen, både fra planter og bar jord) jordfugtighed, og afstrømning. Ved at adskille vegetationens reaktion på den globale stigning i CO2 fra den atmosfæriske (drivhusgas) reaktion, de var i stand til at kvantificere det og fandt ud af, at vegetationen faktisk er den dominerende faktor, der forklarer fremtidig vandstress.

"Planter er virkelig verdens termostat, " siger Léo Lemordant, Gentines ph.d.-studerende og hovedforfatter af papiret. "De er i midten af ​​vandet, energi, og kulstofkredsløb. Når de optager kulstof fra atmosfæren for at trives, de frigiver vand, som de tager fra jorden. Gør man det, de køler også af overfladen, kontrollere den temperatur, som vi alle føler. Nu ved vi, at hovedsageligt planter - ikke blot nedbør eller temperatur - vil fortælle os, om vi vil leve en tørrere eller vådere verden."

Til studiet, Gentine og Lemordant tog jordsystemmodeller med afkoblet overflade (vegetationsfysiologi) og atmosfæriske (strålende) CO2-responser og brugte en statistisk multimodelanalyse fra CMIP5, det mest aktuelle sæt af koordinerede klimamodeleksperimenter sat op som et internationalt samarbejdsprojekt for International Panel on Climate Change. De brugte tre kørsler:en kontrolkørsel med CO2 på bladniveau og i atmosfæren, et løb, hvor kun vegetationen reagerer på en stigning i CO2, og et løb, hvor kun atmosfæren reagerer på CO2-stigningen.

Deres resultater viste, at ændringer i vigtige vandstressvariabler er stærkt modificeret af vegetationsfysiologiske effekter som reaktion på øget CO2 på bladniveau, illustrerer, hvor dybt de fysiologiske effekter som følge af stigende atmosfærisk CO2 påvirker vandets kredsløb. Den CO2-fysiologiske respons har en dominerende rolle i evapotranspiration og har en stor effekt på langsigtet afstrømning og jordfugtighed sammenlignet med strålings- eller nedbørsændringer som følge af øget atmosfærisk CO2.

Denne undersøgelse fremhæver vegetationens nøglerolle i kontrollen af ​​fremtidig terrestrisk hydrologisk respons og understreger, at de kontinentale kulstof- og vandkredsløb er tæt forbundet over land og skal studeres som et indbyrdes forbundet system. Det understreger også, at hydrologer bør samarbejde med økologer og klimaforskere for bedre at forudsige fremtidige vandressourcer.

"Biosfærens fysiologiske virkninger og relaterede biosfære-atmosfære-interaktioner er nøglen til at forudsige fremtidig kontinental vandstress som repræsenteret ved evapotranspiration, langsigtet afstrømning, jordfugtighed, eller bladarealindeks, " siger Gentine. "Til gengæld, Vegetationsvandstress regulerer i vid udstrækning jordens kulstofoptagelse, understreger yderligere, hvor tæt de fremtidige kulstof- og vandkredsløb er koblet sammen, så de ikke kan evalueres isoleret."

Gentine og Lemordant planlægger yderligere at udrede de forskellige fysiologiske effekter. "Vegetationsreaktionen er i sig selv virkelig kompleks, " Gentine siger, "og vi ønsker at nedbryde virkningen af ​​biomassevækst versus stomatal respons. Der er også implikationer for ekstreme hedebølgebegivenheder, som vi i øjeblikket arbejder på."

"Dette arbejde fremhæver et vigtigt behov for yderligere at studere, hvordan planter vil reagere på stigende atmosfærisk kuldioxid, siger James Randerson, professor i jordsystemvidenskab, University of California, Irvine, som ikke var involveret i undersøgelsen. "Planter kan have en stor effekt på jordens klima, og vi er nødt til bedre at forstå, hvordan de vil reagere på kuldioxid, opvarmning, og andre former for global forandring."