Retroalimentación del ciclo del carbono:cuando se trata de comprender el papel de los bosques tanto en la emisión como en la captura de dióxido de carbono, esas son tres palabras que contienen mucha ciencia. En un nuevo estudio, Los investigadores dirigidos por el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico incorporaron en un modelo del sistema terrestre el papel complejo del ecosistema en la amplificación o amortiguación de la concentración de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera.

Es un proceso llamado vegetación dinámica, donde las plantas pueden cambiar sus hábitats en respuesta a cambios ambientales como un sistema de clima más cálido o nutrientes limitados. Usando un modelo de sistema terrestre con vegetación dinámica habilitada o deshabilitada, el equipo de investigación descubrió que el nitrógeno y su interacción con las plantas tiene una gran influencia en la forma en que las plantas responden a los cambios ambientales. Esta influencia puede resultar en la amplificación o reducción del dióxido de carbono, que es responsable de los cambios ambientales en primer lugar. La investigación mostró cómo el modelado efectivo de la vegetación dinámica y el ciclo del nitrógeno puede aumentar la comprensión del ciclo del carbono y los cambios climáticos futuros.

El ecosistema terrestre juega un papel importante en el ciclo del carbono de la Tierra al inhalar y exhalar CO2 de la atmósfera. Un nivel más alto de CO2 ayuda a las plantas a utilizar de manera más eficiente la energía del sol para la fotosíntesis, lo que hace que eliminen (inhalen) más CO2 de la atmósfera. Por otra parte, un nivel más alto de CO2 en la atmósfera conduce a temperaturas más altas, que puede imponer estrés por calor a las plantas y acelerar la descomposición de la materia orgánica en la hojarasca de la superficie y el suelo. Tanto el aumento del estrés como la descomposición más rápida de la materia orgánica añaden más CO2 a la atmósfera del que elimina el aumento de la fotosíntesis. Este aumento neto de la exhalación de CO2 por parte de las plantas a medida que aumenta el CO2 atmosférico es una retroalimentación positiva del ciclo del carbono que amplifica el CO2 en la atmósfera.

Pero aquí es donde el nitrógeno lanza una llave en los engranajes del ciclo del carbono. La descomposición más rápida del carbono orgánico hace que las plantas dispongan de más nitrógeno, ayudándoles a absorber más CO2 a medida que crecen, reduciendo los niveles atmosféricos. Esta es una retroalimentación negativa del ciclo del carbono. Sin embargo, la fuerza de esta retroalimentación negativa del ciclo del carbono depende de si se permite que el tipo de vegetación cambie con los cambios ambientales porque algunas plantas requieren más nitrógeno que otras. Este estudio demostró cómo el ciclo del nitrógeno y la vegetación dinámica y su interacción determinan cómo las plantas de todo el mundo pueden amplificar o amortiguar el aumento de CO2 atmosférico y el calentamiento climático asociado.

Entre los modelos del sistema terrestre que contribuyeron al quinto informe de evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) en 2013, solo un puñado incluía vegetación dinámica, y aún menos incorporaron el ciclo del nitrógeno. Cada vez hay más pruebas de que estos dos procesos desempeñarán un papel clave en el futuro ciclo del carbono.

Los científicos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico y sus colaboradores estudiaron uno de los pocos modelos terrestres globales, la versión 4 del modelo de tierras comunitarias, que es capaz de simular el cambio de la cobertura vegetal en respuesta tanto a la evolución del clima como al ciclo del nitrógeno. Al ejecutar una serie de simulaciones para diferentes escenarios de cambio climático y de CO2, pudieron calcular la sensibilidad del carbono terrestre al calentamiento climático y al aumento del CO2. La sensibilidad al carbono terrestre es un factor importante que constituye la retroalimentación del aumento de CO2. Rara vez se ha estudiado el efecto del cambio de vegetación sobre este factor. El equipo repitió el mismo conjunto de experimentos sin un modelo de vegetación dinámica.

Su análisis mostró una diferencia significativa en la fuerza potencial de la retroalimentación del ciclo del carbono con y sin la cubierta vegetal dinámica que responde al estado climático. El equipo también encontró un vínculo entre las características emergentes de la demanda de nitrógeno de las plantas de una representación inadecuada de la competencia de las plantas en el modelo de vegetación dinámica en los trópicos y subtrópicos. El análisis también encontró que los errores en la simulación de la cubierta vegetal pueden propagarse a escalas más amplias a través de la interacción con el ciclo del nitrógeno. La investigación ilustró un ejemplo específico de tal propagación de errores para guiar los esfuerzos de desarrollo de modelos.

Con los procesos de vegetación relevantes mejorados en los modelos del sistema Tierra de próxima generación, La representación de la retroalimentación del ciclo del carbono puede caracterizarse mejor. Los estudios futuros realizarán simulaciones con el modelo terrestre global acoplado a la atmósfera, Oceano, y otros modelos de componentes del sistema terrestre para cuantificar las interacciones carbono-clima, con un enfoque particular en el entorno del bosque tropical.