Simuleringar som körs av brasilianska forskare på en superdator vid National Space Research Institute (INPE) visar att den direkta effekten av stigande koldioxidnivåer över Amazonas regnskog skulle vara en minskning av nederbörden motsvarande eller till och med större än effekten av fullständig ersättning av skogen vid betesmark. Resultatet uppmärksammar behovet av regionala och globala åtgärder för att mildra de negativa effekterna av klimatförändringarna. Kredit:João Marcos Rosa/AmazonFACE
En 50%-ig ökning av halten av koldioxid (CO 2 ) i atmosfären kan minska nederbörden i Amazonas lika mycket som eller till och med mer än att hela skogen ersätts med betesmark. Ökningen av CO 2 skulle minska mängden vattenånga som släpps ut av skogen, vilket leder till en årlig minskning av nederbördsvolymen med 12 %, medan total avskogning skulle minska nederbörden med 9%.
Dessa uppskattningar presenteras i en studie publicerad i Biogeovetenskap av forskare anslutna till National Space Research Institute (INPE), University of São Paulo (USP) och University of Campinas (UNICAMP) i Brasilien, och med Münchens tekniska universitet (TUM) i Tyskland.
"CO 2 är en grundläggande input för fotosyntes, så när det ökar i atmosfären, växtfysiologi påverkas och detta kan ha en kaskadeffekt på överföringen av fukt från träd till atmosfären [transpiration], bildandet av regn i regionen, skogsbiomassa, och flera andra processer, " sa David Montenegro Lapola, sista författaren till artikeln.
Lapola är professor vid UNICAMPs Center for Meteorological and Climate Research Applied to Agriculture (CEPAGRI) och huvudutredare för ett projekt som finansieras via FAPESP Research Program on Global Climate Change (RPGCC). Studien var också en del av ett tematiskt projekt finansierat av FAPESP och stöds av ett postdoktoralt stipendium som tilldelades den näst sista författaren.
Forskarna gav sig ut för att undersöka hur de fysiologiska effekterna av stigande atmosfärisk CO 2 på växter påverkar nederbördsregimen. Växter uppträder mindre som tillgången på CO 2 ökar, släpper ut mindre fukt i atmosfären och genererar därmed mindre regn.
I vanliga fall, dock, förutsägelser om ökningen av atmosfärisk CO 2 ta inte isär dess fysiologiska effekter från dess effekter på strålningsbalansen i atmosfären. I det senare fallet, gasen förhindrar att en del av solens reflekterade energi flyr ut ur atmosfären, orsakar det uppvärmningsfenomen som kallas växthuseffekten.
Prognoser presenterade i den senaste rapporten från mellanstatliga panelen om klimatförändringar (IPCC), med hänsyn till förändringar i atmosfärens strålningsbalans plus de fysiologiska effekterna på växter, hade redan förutspått en möjlig minskning på upp till 20 % av den årliga nederbörden i Amazonas och visat att mycket av förändringen i regionens nederbördsregim kommer att kontrolleras av hur skogen reagerar fysiologiskt på ökningen av koldioxid 2 .
För den nyligen publicerade studien, forskarna körde simuleringar på superdatorn vid INPE:s Center for Weather Forecasting and Climate Studies (CPTEC) i Cachoeira Paulista, delstaten São Paulo. De projicerade scenarier där den atmosfäriska nivån av CO 2 steg med 50 % och skogen ersattes helt av betesmark för att ta reda på hur dessa förändringar påverkade skogens fysiologi under en 100-årsperiod.
"Till vår förvåning, bara den fysiologiska effekten på skogens löv skulle generera ett årligt fall av 12% i regnmängden [252 millimeter mindre per år], En total avskogning skulle leda till en nedgång på 9 % [183 mm]. Dessa siffror är mycket högre än den naturliga variationen i nederbörd mellan ett år och nästa, vilket är 5%, sa Lapola.
Resultaten uppmärksammar behovet av lokala åtgärder för att minska avskogningen i de nio länder som delar Amazonas och globala åtgärder för att minska koldioxidutsläppen 2 utsläpp till atmosfären från fabriker, fordon och kraftverk, till exempel.
Lapola är en av koordinatorerna för AmazonFACE -experimentet. Förkortningen står för Free-Air Carbon dioxide Enrichment. Installerad inte långt norr om Manaus, experimentet kommer att höja CO -halten 2 över små delar av regnskogen och analysera de resulterande förändringarna i växtfysiologi och atmosfären. Experimentet skulle kunna förutse klimatförändringsscenariot som förutspåtts för detta århundrade.
Transpiration i skog och betesmark
Scenarierna som projicerades av datorsimuleringarna visade att minskningen av nederbörden orsakades av en minskning med cirka 20 % i bladtranspiration. Orsakerna till minskningen är olika i varje situation, dock.
Stomata är mikroskopiska portaler i växtblad som styr gasutbytet för fotosyntes. De öppnar för att fånga CO 2 och avger samtidigt vattenånga. I scenariot med mer CO 2 i luften, stomata förblir öppna under kortare tid och avger mindre vattenånga, minska molnbildning och nederbörd.
Den totala bladytans krympning är en annan orsak. Om hela skogen ersattes av betesmark, bladytan skulle krympa 66%. Detta beror på att skogen innehåller flera lager av överlagrade löv i träd, så att bladarean per kvadratmeter är upp till sex gånger vad den är på marken. Slutligen, båda stigande nivåer av CO 2 och avskogning påverkar också vinden och luftmassornas rörelser, which play a key role in the precipitation regime.
"The forest canopy has a complex surface made up of the tops of tall trees, low trees, leaves and branches. This is called canopy surface roughness. The wind produces turbulence, with eddies and vortices that in turn produce the instability that gives rise to the convection responsible for heavy equatorial rainfall, " Lapola said. "Pasture has a smooth surface over which the wind always flows forward, and without forest doesn't produce vortices. The wind intensifies as a result, bearing away most of the precipitation westward, while much of eastern and central Amazonia, the Brazilian part, has less rain."
The decrease in transpiration caused by rising levels of CO 2 leads to a temperature increase of up to two degrees because there are fewer water droplets to mitigate the heat. This factor triggers a cascade of phenomena that result in less rain owing to inhibition of so-called deep convection (very tall rain clouds heavy with water vapor).
"A next step would be to test other computational models and compare the results with our findings, " Lapola said. "Another important initiative would consist of more experiments like FACE, as only these can supply data to verify and refine modeling simulations like the ones we performed."
