Værdien af ​​vegetation

Dagen, hvor Brasiliens vælgere valgte Jair Bolsonaro som deres nye præsident, var ikke en god dag for indsatsen for at afbøde klimaændringerne. Under valgkampen, den erklærede populist og vordende stærkmand lovede at afslutte sine forgængeres "miljøaktivisme". Tidligere brasilianske regeringer var ikke ligefrem ivrige tilhængere af foranstaltninger til bekæmpelse af klimaændringer. Men det, Bolsonaro har lovet at gennemføre siden sin indsættelse i januar 2019, svarer til et fuldskalaangreb på det internationale samfunds forsøg på at begrænse virkningerne af drivhusgasser på fremtidige temperaturer.

Tropisk regnskov tegner sig for mere end 3 millioner kvadratkilometer af det brasilianske indre, et enormt område, der stort set omfatter uberørte landskaber - og i sammenhæng med klimaændringer, en enorm kulstofvask. Træer optager kuldioxid (CO ₂ ), omdanne det til biomasse og opbevare det i lange perioder. Omkring 10 procent af Brasiliens urskov (et område på størrelse med Tyskland) er blevet ødelagt i løbet af de sidste 30 år eller deromkring. De primære syndere har været skovrydning - i bedste fald, semilegal-og skråstreg-og-brænde jordrensning til landbruget. Skoven blev erstattet af kvægfarme og sojamarker. Bolsonaros umiddelbare forgængere havde taget skridt til at reducere antallet af skovtab i de seneste år, men disse bestræbelser ser nu ud til at være dømt. Som det tyske ugeblad Die Zeit udtrykte det, "Har vores planets grønne bælte en fremtid?"

Julia Pongratz blev udnævnt til formand for Fysisk Geografi og Landbrugssystemer ved LMU sidste år, og hendes forskning er dybt optaget af dette spørgsmål. Hun overvåger tempoet og omfanget af sådanne "ændringer i arealanvendelse" (det neutrale udtryk, som klimaforskere foretrækker) i brasilianske regnskove og andre steder rundt om på kloden - og forsøger at kvantificere virkningerne af omdannelsen af ​​skov til afgrødejord eller græsgange, eller blandet skov til monokulturer. Hun ønsker at kvantificere virkningen af ​​sådanne ændringer, og de interaktioner, de kan forventes at udløse på drivhuseffekten. Men hun vil også gerne vide, hvilke former for arealanvendelse og skovdrift, der kan være med til at reducere hastigheden af ​​den globale opvarmningstendens.

Tendensen er klar - op!

Pongratz holder en graf, der ikke er svær at forstå. Den viser en enkelt rød linje, og selvom man kan skelne mindre sæsonmæssige eller årlige variationer, dens betydning er klar og ubestridelig. Ja, det ser ud til at betyde, at vi kan sige farvel til ethvert håb om at moderere tempoet i den globale opvarmning. Plottet skildrer den ubønhørlige stigning i niveauet af CO ₂ i atmosfæren. Tendensen er ikke til at tage fejl af - opad. Alene i løbet af de sidste 50 år, koncentrationen af ​​denne drivhusgas er steget med omkring 20 procent. "På trods af internationale aftaler designet til at beskytte klimaet, der har ikke været nogen mærkbar reduktion i stigningshastigheden af ​​CO ₂ i atmosfæren, " siger Pongratz. "Men uden disse anstrengelser, kurvens hældning ville højst sandsynligt være endnu stejlere."

Ifølge analyserne af historiske optegnelser udført af Global Carbon Project, som Pongratz er medlem af, menneskelige aktiviteter har resulteret i frigivelse af cirka 660 gigatons kulstof siden 1750, hvilket er cirka 2,4 teratonn CO ₂ . Men den virkelig markante stigning i CO ₂ niveauer begyndte med industrialiseringen, og det er siden accelereret i et stærkt tempo. Kun omkring 40 procent af disse emissioner forblev i atmosfæren og bidrog til drivhuseffekten – men denne værdi er nu tættere på 45 procent. Af resten, den ene halvdel blev optaget af havene og den anden halvdel af jord og vegetation.

Disse tal peger allerede på vegetationens betydning – og den fremtrædende rolle, som menneskelige aktiviteter spiller – for verdens klima. Før du flytter til LMU, Julia Pongratz havde arbejdet med dette emne i flere år på det, der formentlig er Tysklands førende center for klimaforskning, Max Planck Instituttet (MPI) for Meteorologi i Hamborg, hvor hun ledede en Emmy Noether Junior Research Group om "Forest Management and the Earth System, "finansieret af Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).

Omkring tre fjerdedele af jordens (isfri) jordoverflade er direkte udsat for menneskelig påvirkning. I løbet af historien, mennesker har udslettet den oprindelige vegetation på omkring en fjerdedel af dette område. Omkring to tredjedele af resten er nu under forskellige former for dyrkning. Ud over, omkring en fjerdedel af Jordens årlige netto primærproduktion (dvs. mængden af ​​plantebiomasse, der genereres årligt) forbruges for at imødekomme menneskers behov. Dette niveau af udnyttelse af den naturlige verden har en indvirkning på klimaet. Omkring en tredjedel af al CO ₂ frigivet af menneskelige aktiviteter indtil i dag kan tilskrives ødelæggelsen af ​​den naturlige vegetation.

Den modererende virkning af transpiration

Hvor betydningsfulde er så virkningerne af den omfattende ødelæggelse af naturlig vegetation? I forbindelse med klimaændringer, opmærksomheden har længe været fokuseret næsten udelukkende på forbrænding af fossile brændstoffer for at levere energi til opvarmningsformål, industrielle processer og transport. Ja, fossile brændstoffer er i øjeblikket den største kilde til kulstofemissioner. Ændringer i arealanvendelsen tegner sig for omkring 10 procent af mængden af ​​CO ₂ årligt udsendes i atmosfæren, " siger Pongratz. Det virker måske ikke af meget, men en anden faktor spiller ind her:Landbrugsproduktion er også forbundet med frigivelse af andre drivhusgasser end CO ₂ — lattergas (N2O) fra gødning, metan (CH4) fra kvægbrug og risdyrkning. Når disse gasser er inkluderet, arealanvendelsen tegner sig for næsten en tredjedel af de samlede drivhusgasemissioner. I mange lavindkomstlande og dårligt industrialiserede lande, arealanvendelse yder et større bidrag til drivhuseffekten end afbrænding af fossile brændstoffer. Og Brasilien, med et overfladeareal på 8,5 millioner km ² , topper listen over emissioner, der kan henføres til arealanvendelse.

Dermed, jordrydning forstyrrer uundgåeligt kulstofkredsløbet. I øvrigt, ikke kun har biokemiske processer indflydelse på drivhuseffekten, flere rent fysiske mekanismer spiller også en rolle. For eksempel, planetens albedo (brøkdelen af ​​sollys, der reflekteres tilbage i rummet) øges, når skovenes tætte løv erstattes af hvedemarker. Dette har en kølende effekt, men det er mere end kompenseret af den opvarmning, der følger med tabet af transpiration på grund af reduktionen i bladarealet. I en tempereret skov, forholdet mellem bladareal og overfladeareal er 7 til 1, og i en tropisk skov kan den nå 12:1. Derfor, fordampning af vand fra træernes blade har en langt større kølende effekt end transpiration fra en mark beplantet med en kornafgrøde.

Sådanne lokale, små ændringer i vand- og varmebudgetter kan også have indflydelse på meget større skalaer, fordi atmosfærisk cirkulation kan transportere dem til mere fjerntliggende egne. Pongratz' gruppe har for nylig udviklet en måde at skelne mellem lokale og fjerneffekter. "Indtil nu, fjerneffekterne er ofte blevet ignoreret, fordi observationsdata kun giver information om lokale variationer. ¬– Og det er ikke alt. Klimasystemet reagerer ikke på en lineær måde, som Pongratz påpeger. "Med hensyn til ændringen i lokale temperaturer, det gør en forskel, om de første 10 procent eller de sidste 10 procent af træerne i en skov er blevet fældet.«

Hvordan kan påvirkningen af ​​ændringer i arealanvendelsen så indarbejdes i klimamodeller? "Da jeg afsluttede mine bachelorstudier i 2005, det var netop blevet muligt at simulere kulstofkredsløbet og relaterede processer, der er relevante for klimaet i store globale modeller. "Dette var de første rigtige "Earth System"-modeller, som nu er almindelige. Men i de tidlige dage, de var revolutionære, " forklarer Pongratz. MPI i Hamborg udviklede sin egen model, hvor interaktionerne mellem atmosfæren, havene og vegetationen kunne simuleres realistisk. "Denne type koblet global model er særlig kompleks og beregningsmæssigt dyr, " tilføjer hun.

Sogn registrerer forsyningsdata til klimamodeller

CO ₂ forbliver i atmosfæren i meget lang tid, og i modsætning til metan, det nedbrydes ikke kemisk der. Så meget af CO ₂ udsendt i løbet af de sidste flere tusinde år er der stadig, og skal lægges til den aktuelle emission. Indtil 2005, ingen havde seriøst forsøgt at rekonstruere den historiske dimension af processen. I sin ph.d. afhandling, Julia Pongratz kvantificerede væksten i arealanvendelse på globalt plan, som proxy for CO ₂ frigøre, i perioden fra 800 til 1850. Arbejdet byggede på sekundære dokumentationskilder, ved hjælp af optegnelser såsom sogneregistre til at estimere befolkningsniveauer før æraen med nøjagtige folketællingsdata. I betragtning af at den globale handel var ubetydelig, disse data gør det muligt at estimere det samlede areal af jord under landbrugsbrug, og mængden af ​​skov, der er tabt på grund af skovrydning. Pongratz nåede frem til en emissionsbyrde på omkring 100 gigatons i årtusindet forud for begyndelsen af ​​storskala industrialisering.

I 2014, hun bidrog til et projekt, der fik klimatologer til at gentænke deres modeller. Undersøgelsen viste, at skovrydning og arealforvaltning faktisk påvirker klimaet i meget lignende omfang. "At holde en skov, men styre det, ændre dens artssammensætning, kan ændre lokale temperaturer lige så meget som en grosskovning gør. Det er noget, der var blevet ignoreret af klimaforskere indtil da, " siger Pongratz. Sidste år, en yderligere rapport, hvori hun var involveret, udkom i det førende tidsskrift Natur . Denne undersøgelse målte effekten af ​​de samme faktorer på kulstoflagringskapaciteten. Forfatterne konkluderede, at i fravær af menneskeskabt påvirkning, stående vegetation kunne binde omkring 900 gigatons kulstof. Det nuværende tal er i størrelsesordenen 450. Forskellen kan mere eller mindre ligeligt tilskrives ændringer i arealdækning og arealforvaltning. "I et tredje papir, vi bekræftede disse størrelsesordensestimater i modelleringsstudier. Vi må derfor udvide vores globale modeller til at omfatte virkningen af ​​jordforvaltning." Men det er en vanskelig opgave - ikke kun fordi det er svært at skille lokalt fra fjerneffekter, men også fordi der er behov for flere data i mindre skalaer for at afspejle kludetæppet karakter af arealanvendelse på jorden.

Et hold af klimaforskere samlet i FN-regi er nu engageret i Global Carbon Project, et ambitiøst forsøg på at konstruere et detaljeret og præcist billede af fordelingen af ​​globale emissioner. Pongratz koordinerer sine bestræbelser på at vurdere niveauet af emissioner, der kan tilskrives arealanvendelse. I en undersøgelse, forskerne planlægger at beregne størrelsen af ​​biomasselagre i Europa baseret på telemålingsdata. Målet er at bruge disse observationsdata til at konstruere højopløsningsmodeller.

Pongratz er også tilknyttet International Panel on Climate Change (IPCC) – som medforfatter af IPCC's rapporter og som koordinator for to projekter om hvordan kulstofkredsløbet fungerer og om ændringer i arealanvendelse. Den punningtitel, hun valgte til sit indledende foredrag på LMU, afspejler omfanget af hendes personlige engagement:"Ackern für den Klimaschutz" (groft oversætteligt som "Arduous Field Work for Climate Change Mitigation"). Men hendes foredrag handlede faktisk om spørgsmålet om, hvorvidt specifikke former for arealanvendelse kunne være med til at begrænse klimaændringernes negative påvirkning tilstrækkeligt til at bringe processen under kontrol.

En jordnær variant

I mellemtiden det, der kaldes negative emissionsteknologier, som har til formål at trække kulstof ud af atmosfæren ved at opbevare det i forskellige reservoirer, er kommet frem. En virkelig 'jordbaseret' variant af denne tilgang er simpelthen at plante træer i massiv skala. En model udviklet af Pongratz og hendes Hamburg-kollega Sebastian Sonntag antyder, at hvis dette udelukkende blev gjort i områder, der ikke længere er nødvendige for landbrugsproduktion, stigningen i atmosfærisk CO ₂ forventede niveauer for år 2100 kan reduceres i langt højere grad end hidtil antaget. Et "plausibelt scenarie" indikerer, at det ville reducere den gennemsnitlige globale temperatur med omkring 0,3 grader C.

Som Pongratz nu ser det, spørgsmålet er lige så klart, som det haster. Den nuværende globale indsats for at afbøde klimaændringer er utilstrækkelige til opgaven. Kun nogle af målene i Kyoto -protokollen kan nås. Paris-aftalen fra 2015 er endnu mindre effektiv, fordi det giver lande mulighed for at fastsætte deres egne emissionsmål. Medmindre verdens befolkning, industrifolk og politikere ændrer fundamentalt deres tilgang til forvaltning og udnyttelse af naturressourcer, disse foranstaltninger vil ikke – med stor margin – opfylde deres definerede mål om at begrænse stigningen i den gennemsnitlige globale temperatur (i forhold til førindustrielle niveauer) til 1,5 grader C. "Baseret på nuværende tendenser, stigningen vil være tættere på 3 grader C, " siger Pongratz.

"Vi har ikke meget tid til fundamentalt at ændre systemet, " advarer hun. De forskellige scenarier, som forskere rundt om i verden har testet i deres computermodeller, er alle enige om ét punkt:netto global CO ₂ emissionerne skal reduceres til nul i midten af ​​århundredet, og reduceres yderligere, til negative værdier, derefter. For at nå dette mål, "emissioner skal nå deres højdepunkt i god tid før år 2030."

"Da jeg gik ind i klimaforskningen, Julia Pongratz husker, "blot at forstå systemets funktion var det primære mål. Nu, med det pågældende 1,5° mål, mit arbejde er blevet langt mere presserende." De politikker, som Jair Bolsonaro favoriserer, er kun én af de mange forhindringer, der står i vejen for en effektiv reaktion på klimaændringer.