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Investigadores de la Universidad de East Anglia han ayudado a desarrollar una nueva forma de medir cómo las plantas del Ártico responden al cambio climático.
Durante las ultimas décadas, el Ártico se ha estado calentando más del doble de rápido que el resto del planeta. Al mismo tiempo, Las mediciones de dióxido de carbono atmosférico a largo plazo han demostrado aumentos sustanciales en la cantidad de carbono absorbido y emitido por las plantas y el suelo (el ecosistema terrestre) en el Ártico cada año.
Los científicos habían asumido que este ecosistema terrestre estaba desempeñando un papel importante en los cambios que están viendo en el ciclo del carbono del Ártico.
Pero carecían de una técnica para medir la absorción y liberación de carbono de forma independiente. Y esto es clave para comprender cómo está respondiendo la biosfera al cambio climático impulsado por las emisiones de combustibles fósiles.
Ahora, un nuevo estudio, publicado en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , proporciona nuevos conocimientos sobre este importante proceso en la región ártica y boreal, basado en el modelado de mediciones atmosféricas de un químico relacionado, el sulfuro de carbonilo.
Dirigido por investigadores de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), el equipo internacional de científicos desarrolló una nueva forma de analizar las mediciones atmosféricas del gas traza carbonil-sulfuro, junto con el CO atmosférico 2 mediciones, proporcionar información sobre la cantidad total de carbono absorbido por la vegetación terrestre durante la fotosíntesis.
Dr. Parvadha Suntharalingam, de la Facultad de Ciencias Ambientales de la UEA, y coautor del estudio, dijo:"Este trabajo nos brinda información nueva y valiosa sobre los procesos que controlan el CO 2 absorción por la vegetación terrestre en la zona boreal del Ártico.
"Las plantas toman el sulfuro de carbonilo durante la fotosíntesis, pero a diferencia del CO 2 , los procesos de respiración del ecosistema no lo liberan a la atmósfera. Por lo tanto, nos brinda una forma de separar los dos procesos clave, la fotosíntesis y la respiración, que controlan la forma en que el CO 2 se intercambia entre la tierra-vegetación y la atmósfera.
"Esta investigación proporciona nuevas estimaciones de la absorción de carbono por los ecosistemas terrestres en las regiones de alta latitud de América del Norte.
"Reduce las incertidumbres en comparación con evaluaciones anteriores, y también investiga la influencia de otros factores ambientales, como la temperatura y la radiación solar, en los procesos que controlan la absorción de carbono por estos ecosistemas de latitudes altas.
"Nuestro análisis muestra el potencial de utilizar mediciones de sulfuro de carbonilo como un medio independiente para obtener información adicional sobre los procesos clave del ciclo del carbono, " ella añadió.
Investigador principal Lei Hu, un científico del Instituto Cooperativo de Investigación en Ciencias Ambientales (CIRES) que trabaja en NOAA en Colorado, dijo:"Ahora podemos estudiar cómo reaccionan los ecosistemas terrestres del Ártico al cambio climático a niveles de proceso, porque somos capaces de separar la captación fotosintética y la respiración del ecosistema a escalas regionales ".
¿Qué es el sulfuro de carbonilo?
Los científicos saben desde hace mucho tiempo que las plantas absorben dióxido de carbono, o CO 2 , para alimentar la fotosíntesis durante la temporada de crecimiento, y luego volver a emitirlo a la atmósfera durante el otoño y el invierno, cuando el tejido vegetal se descompone. Este toma y daca frente al CO atmosférico en rápido aumento 2 niveles, hace imposible que los científicos estimen directamente cómo el CO 2 la captación por fotosíntesis cambia con el tiempo según las mediciones de CO 2 solo.
Sin embargo, las plantas necesitan otros nutrientes, incluido el azufre, que no se libera al final de la temporada de crecimiento. Sulfuro de carbonilo, o COS, es una molécula simple que es muy similar al CO 2 .
Mientras que CO 2 está formado por un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno, COS consta de un átomo de carbono, un átomo de oxígeno y un átomo de azufre. Producido continuamente por procesos oceánicos, también se puede encontrar en gases volcánicos, combustión de petróleo crudo, marismas y suelos sulfurosos, así como escape diésel, gas natural, y emisiones de refinerías.
Está presente en la atmósfera en pequeñas cantidades (partes por billón). La absorción por las plantas es el proceso dominante que elimina el COS de la atmósfera.
¿Cómo están cambiando los ecosistemas árticos?
En el nuevo estudio, Hu y un equipo de investigadores de NOAA, la Universidad de Colorado, Universidad Estatal de Colorado, Universidad de California — Santa Cruz, Asociación de Investigación Espacial de la NASA / Universidades, Universidad Rutgers, y UEA analizaron las mediciones atmosféricas de sulfuro de carbonilo recopiladas de la Red de referencia global de gases de efecto invernadero de la NOAA de 2009 a 2013 para investigar el ciclo del carbono en las regiones árticas y boreales de América del Norte.
La contribución de la UEA proporcionó datos e información sobre las fuentes oceánicas de sulfuro de carbonilo a la atmósfera. Las emisiones oceánicas proporcionan la mayor fuente mundial de COS a la atmósfera, por lo que se necesita un conocimiento preciso de estos flujos cuando se utilizan mediciones atmosféricas para identificar y cuantificar la absorción de COS y CO 2 by vegetation during photosynthesis.
The team estimated plants over this region took up 3.6 billion metric tons of carbon from the atmosphere during photosynthesis each year. They also found that warming temperatures were causing increases in both net uptake in spring and net off-gassing in fall, but not equally, due to regulation by both temperature and light.
From 1979–1988 to 2010–2019, the annual spring soil temperature in the region increased by an average of 0.9℉, while the autumn temperature increased by 1.8℉. The researchers found that in spring, the soil temperature increase helps to ramp up photosynthetic uptake of carbon as sunlight floods the region. In the autumn, the amount of carbon taken up by plants is reduced by the dwindling amount of sunlight, despite soil temperatures remaining elevated until late autumn.
A diferencia de, when it came to giving off CO 2 , the scientists found the rate was mainly controlled by temperature.
The results were also consistent with satellite remote-sensing-based gross primary production estimates in both space and time, boosting confidence in the findings.
Implications for the future
One of the big unknowns about the future Arctic is whether plant communities around the Northern Hemisphere will continue to increase their carbon uptake as atmospheric CO 2 rises. One way to obtain a clearer picture, Hu said, would be to make more COS measurements from the region.
If Arctic surface temperature continues to increase, especially in the fall and winter, the Arctic may start emitting more CO 2 than it takes up, exacerbating climate change.
Expanding the atmospheric COS observing system could improve scientists' ability to monitor how much carbon land plants are removing from the atmosphere as CO 2 levels increase and climate changes, which would improve understanding of the climate-carbon cycle feedbacks and climate projections in the Arctic and Boreal regions.
"COS-derived GPP relationships with temperature and light help explain high-latitude atmospheric CO 2 seasonal cycle amplification" is published in the procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .
