Dagen då Brasiliens väljare valde Jair Bolsonaro som ny president var inte en bra dag för insatser för att mildra klimatförändringarna. Under valrörelsen den förklarade populisten och blivande starke mannen lovade att avsluta sina föregångares "miljöaktivism". Tidigare brasilianska regeringar var inte precis nitiska anhängare av åtgärder för att bekämpa klimatförändringarna. Men vad Bolsonaro har lovat att genomföra sedan sin invigning i januari 2019 motsvarar en fullskalig attack mot det internationella samfundets försök att begränsa effekterna av växthusgaser på framtida temperaturer.

Tropisk regnskog står för mer än 3 miljoner kvadratkilometer av det brasilianska inlandet, ett enormt område som till stor del består av orörda landskap – och i samband med klimatförändringar, en enorm kolsänka. Träd tar upp koldioxid (CO ₂ ), omvandla den till biomassa och lagra den under långa perioder. Cirka 10 procent av Brasiliens urskog (ett område lika stort som Tyskland) har förstörts under de senaste 30 åren eller så. De främsta bovarna har varit avskogning - i bästa fall, semilegal-och slash-and-burn markröjning för jordbruket. Skogen ersattes av boskapsrancher och sojabönsfält. Bolsonaros omedelbara föregångare hade vidtagit åtgärder för att minska graden av skogsförlust under de senaste åren, men dessa ansträngningar verkar nu vara dömda. Som den tyska veckotidningen Die Zeit uttryckte det, "Har vår planets gröna bälte en framtid?"

Julia Pongratz utsågs till ordförande för fysisk geografi och markanvändningssystem vid LMU förra året, och hennes forskning är djupt bekymrad över denna fråga. Hon övervakar takten och omfattningen av sådana "förändringar i markanvändning" (den neutrala term som föredras av klimatforskare) i brasilianska regnskogar och på andra ställen runt om i världen – och försöker kvantifiera effekterna av omvandlingen av skog till åkermark eller betesmark, eller blandad skogsmark till monokulturer. Hon vill kvantifiera effekterna av sådana förändringar, och de interaktioner de kan förväntas utlösa på växthuseffekten. Men hon skulle också vilja veta vilka former av markanvändning och skogsbruk som kan bidra till att minska takten i den globala uppvärmningen.

Trenden är tydlig - upp!

Pongratz håller upp en graf som inte är svår att förstå. Den visar en enda röd linje, och även om man kan urskilja mindre säsongsmässiga eller årliga variationer, dess betydelse är tydlig och obestridlig. Verkligen, det verkar antyda att vi kan ta farväl av varje hopp om att dämpa takten i den globala uppvärmningen. Handlingen skildrar den obönhörliga ökningen av CO-nivån ₂ i atmosfären. Trenden är omisskännlig — uppåt. Bara under de senaste 50 åren, koncentrationen av denna växthusgas har ökat med cirka 20 procent. "Trots internationella överenskommelser för att skydda klimatet, det har inte skett någon märkbar minskning av ökningshastigheten för CO ₂ i atmosfären, " säger Pongratz. "Men utan dessa ansträngningar, kurvans lutning skulle med största sannolikhet vara ännu brantare."

Enligt de analyser av historiska dokument som utförts av Global Carbon Project, där Pongratz är medlem, mänskliga aktiviteter har resulterat i utsläpp av cirka 660 gigaton kol sedan 1750, vilket är cirka 2,4 teraton CO ₂ . Men den riktigt betydande ökningen av CO ₂ nivåer började med industrialiseringen, och det har sedan dess accelererat i snabb takt. Endast cirka 40 procent av dessa utsläpp fanns kvar i atmosfären och bidrog till växthuseffekten – men detta värde är nu närmare 45 procent. Av resten, ena hälften togs upp av haven och den andra hälften av jordar och vegetation.

Dessa siffror pekar redan på betydelsen av växtlighet – och den framträdande rollen av mänskliga aktiviteter – för världens klimat. Innan du flyttade till LMU, Julia Pongratz hade arbetat med detta ämne i flera år vid vad som förmodligen är Tysklands ledande centrum för klimatforskning, Max Planck Institute (MPI) för meteorologi i Hamburg, där hon ledde en Emmy Noether Junior Research Group om "Forest Management and the Earth System, " finansierat av Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).

Omkring tre fjärdedelar av den (isfria) landytan på jorden är direkt utsatt för mänsklig påverkan. Under historiens gång, människor har utplånat den ursprungliga vegetationen på ungefär en fjärdedel av detta område. Ungefär två tredjedelar av återstoden är nu under olika odlingssätt. Dessutom, ungefär en fjärdedel av jordens årliga nettoprimärproduktion (dvs. mängden växtbiomassa som genereras årligen) konsumeras för att möta människors behov. Denna nivå av exploatering av den naturliga världen har en inverkan på klimatet. Cirka en tredjedel av all CO ₂ utsläppt av mänsklig verksamhet fram till idag kan hänföras till förstörelsen av den naturliga vegetationen.

Den dämpande effekten av transpiration

Hur betydande är då effekterna av den storskaliga förstörelsen av naturlig växtlighet? I samband med klimatförändringarna, uppmärksamheten har länge varit nästan uteslutande fokuserad på förbränning av fossila bränslen för att tillhandahålla energi för uppvärmningsändamål, industriella processer och transporter. Verkligen, fossila bränslen är för närvarande den största källan till koldioxidutsläpp. Förändringar i markanvändning står för cirka 10 procent av mängden CO ₂ släpps ut i atmosfären varje år, säger Pongratz. Det kanske inte verkar så mycket, men en annan faktor spelar in här:Jordbruksproduktion är också förknippad med utsläpp av andra växthusgaser än CO ₂ —lustgas (N2O) från gödselmedel, metan (CH4) från boskapsuppfödning och risodling. När dessa gaser ingår, markanvändningen står för nästan en tredjedel av de totala utsläppen av växthusgaser. I många låginkomstländer och dåligt industrialiserade länder, markanvändning ger ett större bidrag till växthuseffekten än förbränning av fossila bränslen. Och Brasilien, med en yta på 8,5 miljoner km ² , toppar listan för utsläpp hänförliga till markanvändning.

Således, markröjning stör oundvikligen kolets kretslopp. Dessutom, inte bara biokemiska processer påverkar växthuseffekten, flera rent fysiska mekanismer spelar också in. Till exempel, planetens albedo (den del av solljuset som reflekteras tillbaka ut i rymden) ökar när det täta lövverket av skog ersätts av vetefält. Detta har en kylande effekt, men det kompenseras mer än väl av den uppvärmning som åtföljer förlusten av transpiration på grund av minskningen av bladarean. I en tempererad skog, förhållandet mellan bladarea och ytarea är 7 till 1, och i en tropisk skog kan den nå 12:1. Därför, avdunstning av vatten från trädens löv har en mycket större kyleffekt än transpiration från en åker planterad med en spannmålsgröda.

Sådana lokala, småskaliga förändringar i vatten- och värmebudgetar kan också påverka mycket större skalor, eftersom atmosfärisk cirkulation kan transportera dem till mer avlägsna regioner. Pongratz grupp utvecklade nyligen ett sätt att skilja mellan lokala och avlägsna effekter. "Tills nu, fjärreffekterna har ofta ignorerats eftersom observationsdata endast ger information om lokala variationer. ¬– Och det är inte allt. Klimatsystemet reagerar inte på ett linjärt sätt, som Pongratz påpekar. "När det gäller förändringen i lokala temperaturer, det är skillnad om de första 10 procenten eller de sista 10 procenten av träden i en skog har huggis ned."

Hur kan då effekterna av förändringar i markanvändningen införlivas i klimatmodeller? "När jag avslutade mina grundutbildningar 2005, det hade precis blivit möjligt att simulera kolkretsloppet och relaterade processer som är relevanta för klimatet i storskaliga globala modeller. "Detta var de första riktiga "Earth System"-modellerna, som nu är vanliga. Men i de tidiga dagarna, de var revolutionära, " förklarar Pongratz. MPI i Hamburg utvecklade sin egen modell, där växelverkan mellan atmosfären, haven och växtligheten kan simuleras realistiskt. "Denna typ av kopplad global modell är särskilt komplex och beräkningsmässigt dyr, " tillägger hon.

Församlingsregister försörjningsdata för klimatmodeller

CO ₂ förblir i atmosfären under mycket lång tid och, till skillnad från metan, det bryts inte ned kemiskt där. Så mycket av CO ₂ som släppts ut under de senaste tusen åren finns fortfarande kvar, och måste läggas till de nuvarande utsläppen. Fram till 2005, ingen hade på allvar försökt rekonstruera processens historiska dimension. I hennes doktorsexamen avhandling, Julia Pongratz kvantifierade tillväxten i markanvändning på global skala, som en proxy för CO ₂ släpp, under perioden från 800 till 1850. Arbetet byggde på sekundära dokumentationskällor, använda register som församlingsregister för att uppskatta befolkningsnivåer före eran av korrekta folkräkningsdata. Med tanke på att den globala handeln var försumbar, dessa data gör det möjligt att uppskatta den totala arealen mark som används för jordbruk, och mängden skogsmark som förlorats till avskogning. Pongratz kom fram till en utsläppsbörda på cirka 100 gigaton under millenniet innan den storskaliga industrialiseringen började.

Under 2014, hon bidrog till ett projekt som fick klimatologer att tänka om sina modeller. Studien visade att avskogning och markförvaltning faktiskt påverkar klimatet i mycket liknande utsträckning. "Att hålla en skog, men hantera det, ändra dess artsammansättning, kan ändra lokala temperaturer lika mycket som grossistavskogning gör. Det är något som hade ignorerats av klimatforskare fram till den punkten, " säger Pongratz. Förra året, en ytterligare rapport där hon var involverad dök upp i den ledande tidskriften Natur . Den studien mätte effekten av samma faktorer på kollagringskapaciteten. Författarna drog slutsatsen att, i frånvaro av antropogen påverkan, stående vegetation kunde binda upp cirka 900 gigaton kol. Den nuvarande siffran är i storleksordningen 450. Skillnaden kan mer eller mindre lika hänföras till förändringar i marktäckning och markförvaltning. "I en tredje tidning, vi bekräftade dessa uppskattningar av storleksordning i modelleringsstudier. Vi måste därför utöka våra globala modeller till att inkludera effekterna av markförvaltning." Men det är en svår uppgift - inte bara för att det är svårt att särskilja lokala effekter från avlägsna effekter, men också för att mer data i mindre skala behövs för att på ett adekvat sätt återspegla lapptäckekaraktären av markanvändning på marken.

Ett team av klimatforskare samlat under FN:s överinseende är nu engagerat i Global Carbon Project, ett ambitiöst försök att konstruera en detaljerad och korrekt bild av fördelningen av globala utsläpp. Pongratz samordnar sina ansträngningar för att uppskatta nivån av utsläpp som kan hänföras till markanvändning. I en studie, forskarna planerar att beräkna storleken på biomassabestånden i Europa baserat på fjärranalysdata. Målet är att använda dessa observationsdata för att konstruera högupplösta modeller.

Pongratz är också knuten till International Panel on Climate Change (IPCC) – som medförfattare till IPCC:s rapporter och som koordinator för två projekt om hur kolkretsloppet fungerar och om förändringar i markanvändning. Den töntiga titeln hon valde för sin invigningsföreläsning på LMU återspeglar vidden av hennes personliga engagemang:"Ackern für den Klimaschutz" (ungefär översättbar som "Arduous Field Work for Climate Change Mitigation"). Men hennes föredrag handlade faktiskt om frågan om specifika former av markanvändning skulle kunna bidra till att begränsa de negativa effekterna av klimatförändringarna tillräckligt för att få processen under kontroll.

En jordnära variant

Under tiden, det som kallas negativ emissionsteknik, som syftar till att dra ut kol från atmosfären genom att lagra det i olika reservoarer, har blivit framträdande. En verkligt "markbaserad" variant av detta tillvägagångssätt är helt enkelt att plantera träd i stor skala. En modell utvecklad av Pongratz och hennes Hamburg-kollega Sebastian Sonntag föreslår att, om detta gjordes enbart i områden som inte längre behövs för jordbruksproduktion, ökningen av atmosfärisk CO ₂ nivåer som beräknas för år 2100 skulle kunna minskas i mycket större utsträckning än vad man tidigare trott. Ett "plausibelt scenario" indikerar att det skulle minska den globala medeltemperaturen med cirka 0,3 grader C.

Som Pongratz nu ser det, frågan är lika tydlig som brådskande. De nuvarande globala ansträngningarna för att mildra klimatförändringarna är otillräckliga för uppgiften. Endast några av de mål som anges i Kyotoprotokollet kan uppnås. Parisavtalet från 2015 är ännu mindre effektivt, eftersom det tillåter länder att sätta sina egna utsläppsmål. Om inte världens befolkning, industrimän och politiker förändrar i grunden sitt synsätt på förvaltning och utnyttjande av naturresurser, dessa åtgärder kommer med stor marginal att misslyckas med att uppfylla deras definierade mål att begränsa ökningen av den globala medeltemperaturen (i förhållande till förindustriella nivåer) till 1,5 grader C. "Baserat på nuvarande trender, stigningen kommer att vara närmare 3 grader C, säger Pongratz.

"Vi har inte mycket tid att fundamentalt modifiera systemet, " varnar hon. De olika scenarierna som forskare runt om i världen har testat i sina datormodeller är alla överens om en punkt:netto global CO ₂ utsläppen måste reduceras till noll i mitten av seklet, och reduceras ytterligare, till negativa värden, därefter. För att uppnå detta mål, "utsläppen måste nå sin topp i god tid före år 2030."

"När jag kom in på klimatforskningen, " minns Julia Pongratz, "Det primära målet var att helt enkelt förstå hur systemet fungerar. Nu, med 1,5° mål i fråga, mitt arbete har blivit mycket mer brådskande." Den politik som Jair Bolsonaro favoriserar är bara ett av de många hinder som står i vägen för ett effektivt svar på klimatförändringarna.