När dagarna förkortas och temperaturen sjunker på norra halvklotet, bladen börjar vända. Vi kan njuta av härliga höstfärger medan löven fortfarande är på träden och, senare, sparkar igenom en röd, brun och guld matta när du är ute och går.

När temperaturen stiger igen på våren, växtsäsongen för träd återupptas. Under de varmare månaderna, träd tar koldioxid från atmosfären och lagrar den i komplexa molekyler, frigör syre som en biprodukt. Detta, i ett nötskal, är processen för fotosyntes. Ju mer fotosyntes, desto mer kol låses undan.

Vi vet att koldioxid är en viktig drivkraft för klimatförändringar, så ju mer som kan tas ut ur atmosfären av växter, desto bättre. Med det varmare klimatet som leder till en längre växtsäsong, vissa forskare har föreslagit att mer koldioxid skulle absorberas av träd och andra växter än tidigare. Men en ny studie har vänt denna teori på huvudet och kan ha djupgående effekter på hur vi anpassar oss till klimatförändringar.

Att nå gränsen

Forskarna, ledd av Deborah Zani vid det schweiziska federala tekniska institutet, studerade i vilken grad tidpunkten för färgförändringar i höstträdens löv bestämdes av växtens tillväxt under den föregående våren och sommaren.

Temperatur och dagslängd var traditionellt accepterade som de viktigaste bestämningsfaktorerna för när löv ändrade färg och föll, leder till att vissa forskare antar att uppvärmningstemperaturer skulle fördröja denna process till senare på säsongen. Studerar lövfällande europeiska trädarter, inklusive hästkastanj, silverbjörk och engelsk ek, författarna till den nya studien registrerade hur mycket kol varje träd absorberade per säsong och hur det i slutändan påverkade när löven föll.

Med hjälp av data från Pan European Phenology Project, som har spårat några träd så länge som 65 år, forskarna fann i sin långtidsobservationsstudie att när fotosynteshastigheten ökade, löv ändrade färg och föll tidigare på året. För varje 10% ökning av fotosyntetisk aktivitet under våren och sommarens växtsäsong, träd fäller sina löv, i genomsnitt, åtta dagar tidigare.

Klimatkontrollerade experiment på fem år gamla europeiska bok- och japanska ängssötträd antyder vad som kan ligga bakom detta oväntade resultat. I dessa försök, träden var utsatta för full sol, halvskugga eller helskugga. Resultaten visar att det finns en gräns för mängden fotosyntes som ett träd kan utföra under en växtsäsong. Tänk på det som att fylla en hink med vatten. Det kan göras långsamt eller snabbt, men när hinken är full, det finns ingenstans för mer vatten att ta vägen.

Denna forskning visar att lövträd bara kan absorbera en viss mängd kol varje år och när den gränsen nås, inte mer kan absorberas. Vid det tillfället, bladen börjar ändra färg. Denna gräns sätts av tillgången på näringsämnen, särskilt kväve, och den fysiska strukturen av själva växten, särskilt de inre kärlen som flyttar runt vatten och lösta näringsämnen. Kväve är ett viktigt näringsämne som växter behöver för att växa, och det är ofta mängden tillgängligt kväve som begränsar den totala tillväxten. Det är därför bönder och trädgårdsmästare använder kvävegödselmedel, för att övervinna denna begränsning.

Tillsammans, dessa begränsningar innebär att kolupptag under växtsäsongen är en självreglerande mekanism i träd och örtartade växter. Bara så mycket kol kan tas upp.

Tidigare höstfärger

I en värld med ökande halter av kol i atmosfären, dessa nya rön antyder att varmare väder och längre växtsäsonger inte kommer att tillåta tempererade lövträd att ta upp mer koldioxid. Studiens prediktiva modell tyder på att år 2100, när trädens växtsäsonger förväntas vara mellan 22 och 34 dagar längre, löv kommer att falla från träd mellan tre och sex dagar tidigare än de gör nu.

Detta har betydande konsekvenser för modellering av klimatförändringar. Om vi ​​accepterar att mängden kol som tas upp av lövträd i temperaturländer som Storbritannien kommer att förbli densamma varje år oavsett växtsäsong, koldioxidhalterna kommer att stiga snabbare än vad som tidigare förväntats. Det enda sättet att ändra på detta är att öka trädens förmåga att absorbera kol.

Växter som inte är begränsade av mängden tillgängligt kväve kanske kan växa längre i det värmande klimatet. Dessa är träden som kan ta kväve från luften, såsom al. Men dessa arter kommer fortfarande att förlora sina löv på ungefär samma tid som alltid, tack vare mindre dagsljus och kallare temperaturer.

Men på uppsidan, med utsikten att vissa träd förlorar sina löv tidigare och andra förlorar dem vid den tidpunkt de gör nu, det kan finnas utsikter till utdragna höstfärger – och mer tid för oss att sparka igenom löven.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.