Predecir cómo el aumento de CO2 atmosférico afectará el ciclo hidrológico, desde pronósticos meteorológicos extremos hasta proyecciones a largo plazo sobre la agricultura y los recursos hídricos, es fundamental tanto para la vida diaria como para el futuro del planeta. Se piensa comúnmente que el cambio hidrológico es impulsado por la precipitación y los cambios de radiación causados ​​por el cambio climático, y que a medida que la superficie terrestre se ajusta, el aumento de las temperaturas y la disminución de las precipitaciones harán que el planeta sea más seco.

Los investigadores de Columbia Engineering han descubierto que, de lo contrario, La vegetación juega un papel dominante en el ciclo del agua de la Tierra y las plantas regularán y dominarán la creciente presión sobre los recursos hídricos continentales en el futuro. El estudio, dirigido por Pierre Gentine, profesor asociado de ingeniería ambiental y de la tierra en Columbia Engineering y en el Earth Institute, se publica hoy en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

"Nuestro hallazgo de que la vegetación juega un papel clave en el futuro en la respuesta hidrológica terrestre y el estrés hídrico es de suma importancia para predecir adecuadamente la sequedad futura y los recursos hídricos, "dice Gentine, cuya investigación se centra en la relación entre hidrología y ciencias atmosféricas, interacción tierra / atmósfera, y su impacto en el cambio climático. "Esto podría ser un verdadero cambio de juego para comprender los cambios en el estrés hídrico continental en el futuro".

El equipo de Gentine es el primero en aislar la respuesta de la vegetación de la respuesta compleja total del calentamiento global, que incluye variables para el ciclo del agua como la evapotranspiración (el agua evaporada de la superficie, tanto de las plantas como del suelo desnudo) la humedad del suelo, y escorrentía. Al desenredar la respuesta de la vegetación al aumento global de CO2 de la respuesta atmosférica (gases de efecto invernadero), pudieron cuantificarlo y encontraron que la vegetación es en realidad el factor dominante que explica el estrés hídrico futuro.

"Las plantas son realmente el termostato del mundo, "dice Léo Lemordant, Estudiante de doctorado de Gentine y autor principal del artículo. "Están en el centro del agua, energía, y ciclos del carbono. A medida que absorben carbono de la atmósfera para prosperar, liberan agua que toman de los suelos. Haciendo eso, también enfrían la superficie, controlando la temperatura que todos sentimos. Ahora sabemos que principalmente las plantas, no simplemente la precipitación o la temperatura, nos dirán si viviremos en un mundo más seco o más húmedo ".

Para el estudio, Gentine y Lemordant tomaron modelos del sistema terrestre con respuestas de CO2 de superficie desacoplada (fisiología de la vegetación) y atmosférico (radiativo) y utilizaron un análisis estadístico de múltiples modelos de CMIP5, el conjunto más actual de experimentos coordinados de modelos climáticos establecidos como un proyecto de cooperación internacional para el Panel Internacional sobre Cambio Climático. Utilizaron tres corridas:una corrida de control con CO2 a nivel de hoja y en la atmósfera, una carrera donde solo la vegetación responde a un aumento de CO2, y una carrera donde solo la atmósfera responde al aumento de CO2.

Sus resultados mostraron que los cambios en las variables clave del estrés hídrico son fuertemente modificados por los efectos fisiológicos de la vegetación en respuesta al aumento de CO2 a nivel de las hojas. ilustrando cuán profundamente los efectos fisiológicos debido al aumento del CO2 atmosférico impactan el ciclo del agua. La respuesta fisiológica del CO2 tiene un papel dominante en la evapotranspiración y tiene un efecto importante sobre la escorrentía a largo plazo y la humedad del suelo en comparación con los cambios radiativos o de precipitación debidos al aumento de CO2 atmosférico.

Este estudio destaca el papel clave de la vegetación en el control de la futura respuesta hidrológica terrestre y enfatiza que los ciclos continentales del carbono y del agua están íntimamente acoplados sobre la tierra y deben estudiarse como un sistema interconectado. También enfatiza que los hidrólogos deben colaborar con ecólogos y científicos del clima para predecir mejor los recursos hídricos futuros.

"Los efectos fisiológicos de la biosfera y las interacciones biosfera-atmósfera relacionadas son clave para predecir el estrés hídrico continental futuro representado por la evapotranspiración, escorrentía a largo plazo, la humedad del suelo, o índice de área foliar, "Dice Gentine". A su vez, el estrés hídrico de la vegetación regula en gran medida la absorción de carbono de la tierra, enfatizando aún más cuán estrechamente están acoplados los ciclos futuros del carbono y del agua para que no puedan evaluarse de forma aislada ".

Gentine y Lemordant planean desenredar aún más los diversos efectos fisiológicos. "La respuesta de la vegetación es en sí misma compleja, "Gentine dice, "y queremos descomponer el impacto del crecimiento de la biomasa frente a la respuesta estomática. También hay implicaciones para los eventos extremos de olas de calor en los que estamos trabajando actualmente".

"Este trabajo destaca una importante necesidad de estudiar más a fondo cómo responderán las plantas al aumento del dióxido de carbono atmosférico, "dice James Randerson, profesor de ciencias del sistema terrestre, Universidad de California, Irvine, que no participó en el estudio. "Las plantas pueden tener un gran efecto en el clima de la tierra, y necesitamos comprender mejor las formas en que responderán al dióxido de carbono, calentamiento y otras formas de cambio global ".