Jorden når temperaturens vendepunkt inden for de næste 20 til 30 år, ny undersøgelse finder

Jordens evne til at absorbere næsten en tredjedel af menneskeskabte kulstofemissioner gennem planter kan halveres inden for de næste to årtier med den nuværende opvarmningshastighed, ifølge en ny undersøgelse i Videnskabens fremskridt af forskere ved Northern Arizona University, Woodwell Climate Research Center og University of Waikato, New Zealand. Ved at bruge mere end to årtiers data fra måletårne ​​i alle større biomer over hele kloden, holdet identificerede et kritisk temperaturtippepunkt, ud over hvilket planters evne til at opfange og opbevare atmosfærisk kulstof - en kumulativ effekt, der omtales som "landkulstofsænket" - falder, efterhånden som temperaturen fortsætter med at stige.

Den terrestriske biosfære - aktiviteten af ​​landplanter og jordmikrober - gør meget af Jordens "vejrtrækning, " udveksler kuldioxid og ilt. Økosystemer over hele kloden trækker kuldioxid til sig gennem fotosyntese og frigiver det tilbage til atmosfæren via mikrobers og planters respiration. I løbet af de sidste par årtier, biosfæren har generelt optaget mere kulstof, end den har frigivet, afbøde klimaændringer.

Men som rekordstore temperaturer fortsætter med at sprede sig over hele kloden, dette fortsætter muligvis ikke; NAU, Woodwell Climate og Waikato-forskere har opdaget en temperaturtærskel, ud over hvilken planters kulstofoptagelse sænkes, og kulstoffrigivelsen accelererer.

Hovedforfatter Katharyn Duffy, en postdoc ved NAU, bemærkede skarpe fald i fotosyntesen over denne temperaturtærskel i næsten alle biomer over hele kloden, selv efter fjernelse af andre effekter såsom vand og sollys.

"Jorden har en støt voksende feber, og meget ligesom den menneskelige krop, vi ved, at enhver biologisk proces har en række temperaturer, hvorved den fungerer optimalt, og dem, over hvilke funktionen forringes, " sagde Duffy. "Så, vi ville spørge, hvor meget kan planter tåle?"

Denne undersøgelse er den første til at opdage en temperaturtærskel for fotosyntese fra observationsdata på global skala. Mens temperaturtærskler for fotosyntese og respiration er blevet undersøgt i laboratoriet, Fluxnet-dataene giver et vindue til, hvad økosystemer på tværs af Jorden rent faktisk oplever, og hvordan de reagerer.

"Vi ved, at temperaturoptima for mennesker ligger omkring 37 grader Celsius (98 grader Fahrenheit), men vi i det videnskabelige samfund vidste ikke, hvad disse optima var for den terrestriske biosfære, " sagde Duffy.

Hun slog sig sammen med forskere ved Woodwell Climate og University of Waikato, som for nylig udviklede en ny tilgang til at besvare dette spørgsmål:MacroMolecular Rate Theory (MMRT). Med sit grundlag i termodynamikkens principper, MMRT gjorde det muligt for forskerne at generere temperaturkurver for alle større biomer og kloden.

Resultaterne var alarmerende.

Forskerne fandt ud af, at temperatur "toppe" for kulstofoptagelse - 18 grader C for de mere udbredte C3-planter og 28 grader C for C4-planter - allerede er overskredet i naturen, men så ingen temperaturkontrol på respirationen. Det betyder, at i mange biomer, fortsat opvarmning vil få fotosyntesen til at falde, mens respirationshastigheden stiger eksponentielt, at vippe balancen i økosystemer fra kulstofdræn til kulstofkilde og fremskynde klimaændringer.

"Forskellige typer planter varierer i detaljerne i deres temperaturresponser, men alle viser fald i fotosyntesen, når det bliver for varmt, " sagde NAU medforfatter George Koch.

Lige nu, mindre end 10 procent af den terrestriske biosfære oplever temperaturer ud over dette fotosyntetiske maksimum. Men med den nuværende emissionshastighed, op til halvdelen af ​​den terrestriske biosfære kunne opleve temperaturer over denne produktivitetstærskel i midten af ​​århundredet - og nogle af de mest kulstofrige biomer i verden, herunder tropiske regnskove i Amazonas og Sydøstasien og Taiga i Rusland og Canada, vil være blandt de første til at ramme det vendepunkt.

"Det mest slående, vores analyse viste, er, at temperaturoptima for fotosyntese i alle økosystemer var så lave, " sagde Vic Arcus, en biolog ved University of Waikato og medforfatter til undersøgelsen. "Kombineret med den øgede hastighed af økosystemrespiration på tværs af de temperaturer, vi observerede, vores resultater tyder på, at enhver temperaturstigning over 18 grader C potentielt er skadelig for den terrestriske kulstofdræn. Uden at bremse opvarmningen til at forblive på eller under niveauerne fastsat i Paris-klimaaftalen, Landets kulstofdræn vil ikke fortsætte med at udligne vores emissioner og købe os tid."