Jordens markekosystem absorberar en stor del av alla koldioxidutsläpp som produceras av mänsklig verksamhet, hjälper till att bromsa den globala uppvärmningen. I genomsnitt för ett visst år, växter och mark tar upp, eller fixa, cirka 30 procent av mänskliga utsläpp. Men från ett år till nästa, det antalet kan vara så högt som 40 procent eller så lågt som 20 procent. Klimatforskare syftar till att fastställa exakt vad som ger denna variation så att de kan redogöra för det och skapa de mest exakta modellerna för att förutsäga framtida klimat.

Men det har varit en betydande debatt inom klimatmodelleringsgemenskapen om vad som egentligen orsakar denna så kallade mellanåriga variation. Ena sidan hävdar att dessa förändringar mestadels drivs av atmosfäriska egenskaper, såsom temperatur och luftfuktighet nära ytan. Den andra säger att markfuktigheten är mycket viktigare.

En ny studie som leds av Caltech och publicerades i tidningen 1 april Natur löser denna debatt, visar att markfuktigheten verkligen finns i förarsätet när det gäller hur mycket koldioxid som tas upp av markekosystem. Dock, studien drar också slutsatsen att mängden fukt i jorden påverkar temperaturer och luftfuktighet nära ytan, som i sin tur påverkar växternas förmåga att fixera kol.

"Jordfuktigheten är drivkraften, och temperatur och luftfuktighet är spaken, "säger Vincent Humphrey, en tidigare postdoktor vid Caltech och huvudförfattare till den nya uppsatsen.

För att analysera vikten av markfuktighet, forskarna körde simuleringar med hjälp av klimatmodeller som fullt ut integrerar det som är känt om jordens land, hav, och atmosfär. De simulerade två olika världar:en referensplanet med normala jordförhållanden, och en hypotetisk värld som aldrig upplever extrema markfuktigheter - inga torka eller översvämningar. I referenssimuleringen de såg den förväntade variationen i koldioxidupptag av landet över tid. Men när det gäller den hypotetiska världen, förändringarna från år till år försvann i princip. När forskarna aldrig tillät en anomali i jordens fuktighet, anläggningar fixade alltid ungefär samma procentandel av mänskliga utsläpp.

"Här har vi en rökpistol, "säger Humphrey." Vi kan med säkerhet säga att markfuktighet spelar en dominerande roll i den årliga förändring vi ser i mängden kol som tas upp av marken. "

Men forskarna insåg också att i den hypotetiska världen utan torka eller översvämningar, det fanns mycket färre händelser med förhöjda temperaturer eller minskad luftfuktighet än referensen. Detta, de hittade, berodde på en uppsättning processer som kallades återkoppling från landatmosfär, när markegenskaper starkt styr atmosfären nära jordens yta.

För att förstå detta, Humphrey föreslår att du tänker på en gång när du gick in i en liten grupp av träd i en park och kände temperaturen sjunka omedelbart. Detta händer eftersom träd släpper ut mycket vatten genom förångningsprocessen av transpiration. Detta riktar solens energi mot förångande vatten i stället för att låta den värma omgivningen. Under en torka, när det inte finns så mycket vatten runt för växter att växa fram, mer av solens energi går till uppvärmning och torkning av luften.

"Våra resultat visar att markfuktigheten avsevärt påverkar temperaturer nära ytan och luftfuktigheten på grund av dessa återkopplingar från landatmosfär, "säger papperets medförfattare Christian Frankenberg, professor i miljövetenskap och teknik vid Caltech och forskare vid Jet Propulsion Laboratory, som Caltech hanterar för NASA. Han tillägger att studien visade att om jorden är torr, extrema händelser som värmeböljor blir mycket mer skadliga eftersom växterna inte kan göra sitt jobb med att återfukta och kyla markytan. "Om det finns gott om jordfuktighet, detta dämpar några av dessa extrema händelser, " han säger.

Forskarna blev förvånade över vikten av dessa återkopplingar från landatmosfär när det gäller deras effekt på det globala koldioxidupptaget. Det visade sig att den direkta påverkan av förändrad markfuktighet endast stod för ungefär en fjärdedel av den årliga variationen. En överraskande 75 procent kom indirekt, som en produkt av förändringar i temperatur och luftfuktighet. Det betyder att under torka, växter kan inte fixa kol inte så mycket för att det finns mindre vatten i jorden utan främst för att atmosfären snabbt har blivit varmare och torrare till följd av torkan.

"Detta förenar äntligen de olika perspektiv som människor inom vårt område har haft, "säger Humphrey." Tills du vet att markfuktigheten har påverkat temperaturen och det är därför du ser dem båda ha en effekt, du har intrycket av att det finns en konflikt mellan resultaten. Detta kyler slutligen debatten. Alla har rätt. "

Den nya Natur papper har titeln "Återfuktning av jordfuktighet och atmosfär dominerar variationer i upptag av landkol."