Jordfugtighed driver år-til-år ændring i jordens kulstofoptagelse

Jordens økosystemer på land absorberer en stor del af alle de kuldioxidemissioner, der produceres af menneskelige aktiviteter, med til at bremse den globale opvarmning. I gennemsnit for et givet år, planter og jord optager, eller ordne, omkring 30 procent af menneskets emissioner. Men fra det ene år til det andet, det tal kan være så højt som 40 procent eller så lavt som 20 procent. Klimaforskere sigter efter at præcisere, hvad der producerer denne variabilitet, så de kan redegøre for det og skabe de mest nøjagtige modeller til at forudsige fremtidens klima.

Men der har været betydelig debat inden for klimamodelleringssamfundet om, hvad der præcist forårsager denne såkaldte interårlige variabilitet. Den ene side hævder, at disse ændringer for det meste er drevet af atmosfæriske egenskaber, såsom temperatur og luftfugtighed nær overfladen. Den anden siger, at jordens fugt er langt vigtigere.

En ny undersøgelse ledet af Caltech og offentliggjort i 1. april-udgaven af ​​tidsskriftet Natur løser denne debat, viser, at jordfugtighed faktisk er i førersædet i forhold til, hvor meget kuldioxid, der optages af landøkosystemer. Imidlertid, undersøgelsen konkluderer også, at mængden af ​​fugt i jorden påvirker temperaturer og fugtighed nær overfladen, hvilket igen påvirker planters evne til at binde kulstof.

"Jordfugten er drivkraften, og temperatur og luftfugtighed er håndtaget, " siger Vincent Humphrey, en tidligere postdoc ved Caltech og hovedforfatter på det nye papir.

For at analysere vigtigheden af ​​jordfugtighed, forskerne kørte simuleringer ved hjælp af klimamodeller, der fuldt ud integrerer, hvad der er kendt om Jordens land, oceaner, og atmosfære. De simulerede to forskellige verdener:en referenceplanet med normale jordforhold, og en hypotetisk verden, der aldrig oplever ekstremer i jordfugtighed - ingen tørke eller oversvømmelser. I referencesimuleringen, de så den forventede variabilitet i landets kulstofoptagelse over tid. Men i tilfældet med den hypotetiske verden, ændringerne fra år til år forsvandt stort set. Da forskerne aldrig tillod en anomali i jordens fugtighed, Anlæggene fik altid cirka den samme procentdel af menneskelige emissioner.

"Her har vi en rygende pistol, " siger Humphrey. "Vi kan med tillid sige, at jordfugtighed spiller en dominerende rolle i den år-til-år-ændring, vi ser i mængden af ​​kulstof, der optages af jorden."

Men forskerne indså også, at i den hypotetiske verden uden tørke eller oversvømmelser, der var langt færre begivenheder med forhøjede temperaturer eller reduceret luftfugtighed end referencen. Det her, de fandt, skyldtes et sæt processer kaldet jord-atmosfære-feedback, når landkarakteristika i høj grad styrer atmosfæren nær Jordens overflade.

For at forstå dette, Humphrey foreslår, at du tænker på en gang, hvor du gik ind i en lille gruppe af træer i en park og mærkede, at temperaturen straks faldt. Dette sker, fordi træer frigiver meget vand gennem fordampningsprocessen ved transpiration. Dette leder solens energi mod fordampende vand i stedet for at lade det opvarme omgivelserne. Under en tørke, når der ikke er så meget vand i nærheden, så planterne kan sprede sig, mere af solens energi går til opvarmning og udtørring af luften.

"Vores resultater viser, at jordfugtighed signifikant påvirker temperaturer nær overfladen og atmosfærisk luftfugtighed på grund af disse jord-atmosfære-feedbacks, " siger medforfatter Christian Frankenberg, professor i miljøvidenskab og teknik ved Caltech og forsker ved Jet Propulsion Laboratory, som Caltech administrerer for NASA. Han tilføjer, at undersøgelsen viste, at hvis jorden er tør, ekstreme begivenheder såsom hedebølger bliver meget mere skadelige, fordi planterne ikke kan udføre deres arbejde med at genfugte og afkøle landoverfladen. "Hvis der er rigelig jordfugt til rådighed, dette dæmper nogle af disse ekstreme begivenheder, " han siger.

Forskerne var overraskede over vigtigheden af ​​disse jord-atmosfære-feedbacks med hensyn til deres effekt på den globale kulstofoptagelse. Det viste sig, at den direkte påvirkning af skiftende jordfugtighed kun tegnede sig for omkring en fjerdedel af den interårlige variabilitet. Overraskende 75 procent kom indirekte, som et produkt af ændringer i temperatur og luftfugtighed. Det betyder, at under tørkeperioder, planter er ikke i stand til at binde kulstof ikke så meget, fordi der er mindre vand i jorden, men primært fordi atmosfæren hurtigt er blevet varmere og tørrere som følge af tørken.

"Dette forener endelig de forskellige perspektiver, som folk i vores felt har haft, " siger Humphrey. "Indtil du ved, at jordfugtigheden har påvirket temperaturen, og det er derfor, du ser dem begge have en effekt, du har indtryk af, at der er en konflikt mellem resultaterne. Dette køler endelig debatten ned. Alle har ret."

Den nye Natur papiret har titlen "Feedback af jordfugtighed-atmosfære dominerer variabilitet i landkulstofoptagelse."