Boreal tundra i Denali National Park, en nordlig hög latitud region som, när temperaturen stiger, kommer inte att bli mer gynnsam för vegetationstillväxt - ljus är fortfarande viktigt för fotosyntesen i slutet av säsongen. Kredit:Luke Schiferl
De flesta prognoser om klimatförändringar antar att när temperaturen stiger, regioner i norra höga breddgrader kan bli mer lämpade för tillväxt av vegetation, förvandlas till åkermark för att föda ökande befolkningar samtidigt som man fixerar mer koldioxid (CO 2 ) och bromsa klimatförändringarna. Växter kräver lämplig temperatur, vatten, och ljusförhållanden för fotosyntes och tillväxt, så det verkar logiskt att när temperaturen ökar på de norra höga breddgraderna, växtfotosyntes, som använder CO 2 att frigöra syre, bör också öka. På samma gång, växtandning, som använder syre för att frigöra CO 2 och är också starkt beroende av temperaturen, förväntas öka, för. Den kritiska frågan som fortfarande diskuteras är om höstens uppvärmning kan leda till ett ökat kolupptag, dvs. skillnaden mellan fotosyntes och andning.
En ny Columbia Engineering-studie visar att även när temperaturerna varma och kalla stressen är begränsade, ljus är fortfarande en viktig faktor för att begränsa kolupptaget på nordliga höga breddgrader. Laget, ledd av Pierre Gentine, docent i jord- och miljöteknik, analyserade satellitobservationer, fältmätningar, och modellsimuleringar och visade att det finns en utbredd strålningsbegränsning på kolupptaget i nordliga ekosystem, speciellt på hösten. Genom att använda en ny datamängd, Gentines grupp utvecklade en algoritm för att kartlägga global växtfotosyntes och utvecklade sedan ett ramverk för att kvantifiera ljusets begränsning på fotosyntes. Studien publiceras idag i Naturens klimatförändringar .
"Tidigare studier har gjort olika slutsatser om huruvida höstens uppvärmning skulle fixa eller släppa ut mer kol, säger Yao Zhang, studiens huvudförfattare som designade den nya algoritmen och är nu postdoktor vid Lawrence Berkeley National Laboratory. "Vårt papper visar hur man använder en kombination av fjärranalys och på plats observationer för att lösa en kontrovers om kolupptag."
Gentines team upptäckte att på nordliga breddgrader som är mer än 30N, slutet av säsongens fotosyntesrespons på uppvärmning dikteras mestadels av ljus. I några av dessa regioner under hösten, längden på det dagliga ljuset förkortas mycket snabbt. Mindre ljus leder till svagare fotosyntes, vilket i sin tur inte kan kompensera den ökade andningen som orsakas av den globala uppvärmningen. Eftersom nordliga höga breddgrader har starkare ljusbegränsningar, deras vegetation kommer att släppa ut mer kol under hösten om uppvärmningen fortsätter.
I framtiden, ljusbegränsningen kommer att öka när växtsäsongen förlängs på grund av den globala uppvärmningen. Tidigare säsongsstarter på våren och senare säsongsavslut på hösten motsvarar kortare dagslängder och mindre solinstrålning, utgör en starkare ljusgräns för vegetationsfotosyntes.
"Denna ljusbegränsningsökning kommer att minska den potentiella förmågan hos nordliga ekosystem att fungera som en kontinuerlig kolsänka, " säger Zhang. "Vår studie belyser solstrålningens viktiga roll, som vanligtvis ignoreras i klimatförändringsstudier."
Diskutera den nya tidningen, Philippe Ciais, biträdande chef för Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement och en expert på kolcykeln som inte var involverad i studien, betonar:"Detta är en mycket intressant studie som visar hur strålningen, vanligen betraktas som statisk, kommer att ha en förändrad effekt på kolcykeln tillsammans med den globala uppvärmningen."
