ETH -forskare har visat att under torrare år har koncentrationen av koldioxid i atmosfären stiger snabbare eftersom stressade ekosystem tar upp mindre kol. Denna globala effekt är så stark att den måste integreras i nästa generations klimatmodeller.

Markekosystem absorberar i genomsnitt 30 procent av antropogent CO ₂ utsläpp, därigenom dämpa ökningen av CO ₂ koncentration i atmosfären. Men växter behöver vatten för att växa. När en torka uppstår och jordar torkar ut, växter minskar fotosyntesen och andningen för att spara vatten och bevara vävnader. Som en konsekvens, de kan inte längre fånga koldioxid från den omgivande luften. Även om denna effekt lätt kan observeras i labbet, att mäta dess inverkan på hela planeten har visat sig vara ganska svårt. En av de största utmaningarna har varit att mäta var och hur ofta torka uppstår globalt. I en ny studie, Vincent Humphrey, klimatforskare i laboratoriet i Sonia Seneviratne, Professor för Land-Climate Dynamics vid ETH Zürich, använde innovativ satellitteknik för att mäta ekosystemens globala känslighet för vattenspänning. Studien genomfördes i samarbete med Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement (Frankrike) och University of Exeter (Storbritannien).

Använda satelliter för att mäta torka

Växter har vanligtvis tillgång till vatten djupt i jorden genom sina rötter. Dock, konventionella satelliter ser bara vad som händer på ytan och kan inte mäta hur mycket vatten som finns tillgängligt under jorden. De senaste åren, en ny typ av satellituppdrag har använts för att mäta extremt små förändringar i jordens tyngdkraftsfält. Det konstaterades att vissa små störningar av gravitationens fält orsakas av förändringar i vattenlagring. När det är en stor torka i en viss region, det finns mindre vattenmassa och tyngdkraften är följaktligen något svagare över den regionen. Sådana variationer är så små att de är omärkliga för människor. Men genom att mäta dem med satelliter, forskare kan uppskatta storskaliga förändringar i vattenlagring till en noggrannhet på cirka fyra centimeter överallt på planeten.

Med hjälp av dessa nya satellitobservationer av vattenlagring, Vincent Humphrey och hans kollegor kunde mäta den totala effekten av torka på fotosyntesen och ekosystemets andning. De jämförde förändringar i total vattenmassa från alla kontinenter från år till år mot globala mätningar av CO ₂ ökning av atmosfären. De fann att under de torraste åren, som 2015, naturliga ekosystem tog bort cirka 30 procent mindre kol från atmosfären än under ett normalt år. Som ett resultat, koncentrationen av CO ₂ i atmosfären ökade snabbare 2015 jämfört med normala år. I andra änden av skalan, under det blötaste året som registrerats 2011, CO ₂ koncentrationerna ökade mycket långsammare på grund av hälsosam vegetation. Dessa resultat hjälper oss att förstå varför atmosfärisk CO ₂ tillväxten kan variera mycket från ett år till det andra, även om CO ₂ utsläpp från mänsklig verksamhet är relativt stabila.

Avgörande för övervakning av utsläpp

Under förra seklet, koncentrationen av CO ₂ i atmosfären har ökat stadigt på grund av mänskliga aktiviteter. "Nu när de flesta länder runt om i världen har kommit överens om att de ska begränsa CO ₂ utsläpp, vi står inför utmaningen att övervaka mänskligt CO ₂ utsläpp till en noggrannhet som är högre än någonsin tidigare, "säger Vincent Humphrey. För att exakt utvärdera klimatpolitikens inverkan, forskare måste först utveckla vegetationsmodeller som kan kvantifiera och förutsäga störningar som varje år introduceras av naturliga ekosystem. "Tack vare våra nya resultat, vi kan nu bevisa att effekterna av torka är starkare än vad som hittills har uppskattats av vegetationsmodeller, "säger Sonia Seneviratne. I slutändan, dessa observationer kommer att integreras i nästa generations modeller. De bör förbättra möjligheten att spåra CO ₂ utsläpp och verifiera att de uppfyller målen i internationella klimatavtal.