Prevedere come l'aumento della CO2 atmosferica influenzerà il ciclo idrologico, dalle previsioni meteorologiche estreme alle proiezioni a lungo termine sull'agricoltura e le risorse idriche, è fondamentale sia per la vita quotidiana che per il futuro del pianeta. Si pensa comunemente che il cambiamento idrologico sia guidato dalle precipitazioni e dai cambiamenti delle radiazioni causati dal cambiamento climatico, e che man mano che la superficie terrestre si adatta, l'aumento delle temperature e la diminuzione delle precipitazioni renderanno il pianeta più secco.

I ricercatori della Columbia Engineering hanno scoperto che, al contrario, la vegetazione gioca un ruolo dominante nel ciclo dell'acqua della Terra e che le piante regoleranno e domineranno il crescente stress posto sulle risorse idriche continentali in futuro. Lo studio, guidato da Pierre Gentine, professore associato di ingegneria della terra e dell'ambiente presso la Columbia Engineering e presso l'Earth Institute, è pubblicato oggi su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

"La nostra scoperta che la vegetazione gioca un ruolo chiave futuro nella risposta idrologica terrestre e nello stress idrico è della massima importanza per prevedere correttamente la siccità futura e le risorse idriche, "dice Gentine, la cui ricerca verte sul rapporto tra idrologia e scienze atmosferiche, interazione terra/atmosfera, e il suo impatto sui cambiamenti climatici. "Questo potrebbe essere un vero punto di svolta per comprendere i cambiamenti nello stress idrico continentale in futuro".

Il team di Gentine è il primo a isolare la risposta della vegetazione dalla risposta complessa totale del riscaldamento globale, che include tali variabili per il ciclo dell'acqua come l'evapotraspirazione (l'acqua evaporata dalla superficie, sia da piante che da suolo nudo) umidità del suolo, e deflusso. Districando la risposta della vegetazione all'aumento globale di CO2 dalla risposta atmosferica (gas serra), sono stati in grado di quantificarlo e hanno scoperto che la vegetazione è in realtà il fattore dominante che spiega il futuro stress idrico.

"Le piante sono davvero il termostato del mondo, "dice Léo Lemordant, Dottorando di Gentine e autore principale dell'articolo. "Sono al centro dell'acqua, energia, e cicli del carbonio. Mentre assorbono il carbonio dall'atmosfera per prosperare, rilasciano l'acqua che prendono dai suoli. Facendo questo, raffreddano anche la superficie, controllando la temperatura che tutti noi sentiamo. Ora sappiamo che principalmente le piante, non semplicemente le precipitazioni o la temperatura, ci diranno se vivremo in un mondo più secco o più umido".

Per lo studio, Gentine e Lemordant hanno preso modelli del sistema Terra con risposte di CO2 superficiali (fisiologia della vegetazione) e atmosferiche (radiative) disaccoppiate e hanno utilizzato un'analisi statistica multi-modello da CMIP5, l'insieme più recente di esperimenti di modelli climatici coordinati, istituito come progetto di cooperazione internazionale per l'International Panel on Climate Change. Hanno usato tre corse:una corsa di controllo con CO2 a livello fogliare e nell'atmosfera, un percorso dove solo la vegetazione risponde ad un aumento di CO2, e una corsa in cui solo l'atmosfera risponde all'aumento di CO2.

I loro risultati hanno mostrato che i cambiamenti nelle variabili chiave dello stress idrico sono fortemente modificati dagli effetti fisiologici della vegetazione in risposta all'aumento di CO2 a livello fogliare, illustrando quanto profondamente gli effetti fisiologici dovuti all'aumento della CO2 atmosferica impattano sul ciclo dell'acqua. La risposta fisiologica della CO2 ha un ruolo dominante nell'evapotraspirazione e ha un effetto maggiore sul deflusso a lungo termine e sull'umidità del suolo rispetto ai cambiamenti radiativi o delle precipitazioni dovuti all'aumento della CO2 atmosferica.

Questo studio evidenzia il ruolo chiave della vegetazione nel controllo della futura risposta idrologica terrestre e sottolinea che i cicli continentali del carbonio e dell'acqua sono intimamente accoppiati sulla terra e devono essere studiati come un sistema interconnesso. Sottolinea inoltre che gli idrologi dovrebbero collaborare con ecologi e scienziati del clima per prevedere meglio le future risorse idriche.

"Gli effetti fisiologici della biosfera e le relative interazioni biosfera-atmosfera sono fondamentali per prevedere il futuro stress idrico continentale rappresentato dall'evapotraspirazione, deflusso a lungo termine, umidità del suolo, o indice dell'area fogliare, " dice Gentine. "A sua volta, lo stress idrico della vegetazione regola in gran parte l'assorbimento di carbonio del suolo, sottolineando ulteriormente quanto strettamente i futuri cicli del carbonio e dell'acqua siano accoppiati in modo che non possano essere valutati isolatamente".

Gentine e Lemordant intendono districare ulteriormente i vari effetti fisiologici. "La risposta della vegetazione è di per sé davvero complessa, "Gentine dice, "e vogliamo scomporre l'impatto della crescita della biomassa rispetto alla risposta stomatica. Ci sono anche implicazioni per gli eventi di ondata di caldo estremo su cui stiamo attualmente lavorando".

"Questo lavoro evidenzia un'importante necessità di studiare ulteriormente come le piante risponderanno all'aumento dell'anidride carbonica atmosferica, "dice James Randerson, professore di scienze del sistema terrestre, Università della California, Irvine, che non era coinvolto nello studio. "Le piante possono avere un grande effetto sul clima della terra, e dobbiamo capire meglio i modi in cui risponderanno all'anidride carbonica, riscaldamento, e altre forme di cambiamento globale".