Obydwa badania otrzymały dofinansowanie z projektu CARBOEUROPE IP (Ocena lądowego bilansu węglowego w Europie), dofinansowanego na kwotę 16,3 mln EUR z tematu "Zrównoważony rozwój, zmiany globalne i ekosystemy" Szóstego Programu Ramowego (6PR). Partnerzy projektu CARBOEUROPE IP dążą do poznania, ilościowego ujęcia i prognozowania lądowego bilansu węglowego w Europie. Ponadto naukowcy wykorzystali dane międzynarodowej inicjatywy FLUXNET, która również otrzymała dofinansowanie ze środków unijnych na monitorowanie wymiany CO₂ między ekosystemami na Ziemi a atmosferą.

W ramach jednego z międzynarodowych badań, prowadzonych przez naukowców z niemieckiego Instytutu Biogeochemii im. Maxa Plancka, przeanalizowano Produkcję Pierwotną Brutto (GPP) Ziemi - całkowitą ilość CO₂, jaką rośliny lądowe zużywają każdego roku na fotosyntezę. Christian Beer wraz z kolegami wyjaśnia, że obok respiracji GPP jest jednym z głównych procesów decydujących o wymianie CO₂ między lądem a atmosferą. Jako taka wyposaża ekosystemy lądowe w zdolność częściowego równoważenia antropogenicznych emisji CO₂. Do tej pory możliwe były jedynie przybliżone szacunki globalnej, lądowej GPP oparte na obserwacjach.

"Poznanie czynników sterujących GPP rozmaitych ekosystemów lądowych ma istotne znaczenie, ponieważ my ludzie korzystamy z wielu funkcji ekosystemów, np. do produkcji drewna, włókien czy żywności" - wyjaśnia dr Beer. "Poza tym taka wiedza jest ważna w kontekście zmian klimatu, jako konsekwencji emisji CO₂ ze spalania paliw kopalnych, gdyż roślinność znacznie moduluje wymianę gazów cieplarnianych, wody i CO₂ między lądem a atmosferą".

Naukowcy wykorzystali nowe strumienie danych i połączyli moc pięciu różnych modeli diagnozowania, aby zbadać GPP w latach 1998-2005. Zgromadzili ogromne ilości danych z sieci FLUXNET, która koordynuje regionalne i globalne analizy wyników obserwacji prowadzonych na stanowiskach wież mikrometeorologicznych. Na tych stanowiskach wykonuje się pomiary wymiany CO₂, pary wodnej i energii między ekosystemami lądowymi a atmosferą. Dr Beer wraz z kolegami ocenia, że rośliny lądowe usuwają z atmosfery rok rocznie 123 mld ton CO₂.

Naukowcy ustalili również, że absorpcja CO₂ jest najwyraźniejsza (34%) w lasach tropikalnych, a sawanna odpowiada za około 26% absorpcji CO₂ na świecie. Poziom opadów jest istotnym czynnikiem w szacowaniu GPP, gdyż ma wpływ na ilość dwutlenku węgla, jaką rośliny wykorzystają do fotosyntezy na ponad 40% terenów pokrytych roślinnością. To odkrycie ma szczególne znaczenie, bowiem obserwuje się znaczne różnice między tradycyjnymi modelami klimatycznymi, gdzie niektóre z nich przeszacowują wpływ opadów na GPP.

"Poczyniliśmy olbrzymi postęp w ramach tych badań, korzystając z mnóstwa danych z sieci FLUXNET, obok teledetekcji i ponownej analizy klimatu" – mówi dr Beer. "Dzięki oszacowaniu globalnej GPP możemy wykonać dwie rzeczy: porównać nasze wyniki z modelami procesów [systemu Ziemi] i przeprowadzić dalszą analizę korelacji między GPP a klimatem".

Dokładny wpływ temperatury powietrza na globalną respirację (na skutek której organizmy zwracają CO₂ do atmosfery), powszechnie określaną jako Q10, jest przedmiotem długoletniej debaty. Większość badań sugeruje, że globalna respiracja jest bardzo wrażliwa na temperaturę, niemniej większość modeli predykcyjnych sugeruje co innego.

W ramach innych badań międzynarodowych, prowadzonych pod kierunkiem dr Miguela Mahecha, również z Instytutu Biogeochemii im. Maxa Plancka, ustalono skutki krótkoterminowych zmian temperatury powietrza przy uwalnianiu CO₂ przez rośliny z powrotem do atmosfery. Naukowcy dowodzą na podstawie obserwacji przeprowadzonych na 60 różnych stanowiskach FLUXNET, że wartość Q10 jest autonomiczna w stosunku do średnich, globalnych temperatur, niezależnie od specyficznych warunków ekosystemu. Jedną z wad wcześniejszych modeli predykcyjnych, jaką zauważyli naukowcy, była niezdolność do wprowadzenia spójnych skal czasowych.

Dr Mahecha wraz z kolegami przeanalizował respirację 60 różnych ekosystemów w dokładnie tej samej skali czasowej i określił wartość Q10 na 1,4. Badania przynoszą dowody na istnienie uniwersalnej, wewnętrznej wrażliwości respiracji ekosystemów lądowych na temperaturę. W perspektywie długofalowej dodatkowe czynniki, takie jak wolna przemiana dwutlenku węgla w glebie i dostępność wody, również odgrywają kluczową rolę w bilansie węglowym.

"Nasze kluczowe odkrycie polega na tym, że stosunek krótkoterminowej wrażliwości respiracji ekosystemów na temperaturę i temperatury powietrza zbiega się w jedną, globalną wartość" – wyjaśnia dr Mahecha. "W przeciwieństwie do wyników wcześniejszych badań pokazujemy, że wrażliwość respiracji ekosystemów na zmiany temperatury wydaje się być niezależna od czynników zewnętrznych i stała w ekosystemach. Innymi słowy odkryliśmy generalną zależność między zmianą temperatury a respiracją ekosystemów... Nasze odkrycia godzą pozorne sprzeczności między modelowaniem a badaniami w terenie".

W ujęciu ogólnym nowe szacunki przyczynią się do udoskonalenia modeli predykcyjnych, które umożliwią naukowcom ilościowe określenie wpływu obiegu węgla na stale zmieniający się klimat na Ziemi. Odkrycia wyposażają naukowców w ważne narzędzia do lepszego poznawania ekosystemów na świecie.

Więcej informacji:
CARBOEUROPE: www.carboeurope.org
FLUXNET: www.fluxnet.ornl.gov/fluxnet/index.cfm
Science: www.sciencemag.org

źródło: © Wspólnoty Europejskie, 2005-2010, CORDIS
cordis.europa.eu