Le emissioni globali di carbonio hanno raggiunto un livello record nel 2018 in aumento di circa il 3,4% solo negli Stati Uniti. Questa tendenza sta facendo scienziati, funzionari governativi, e leader del settore più ansiosi che mai per il futuro del nostro pianeta. Come ha affermato il Segretario generale delle Nazioni Unite António Guterres all'apertura della 24a conferenza annuale delle Nazioni Unite sul clima il 3 dicembre, "Siamo in gravi difficoltà con il cambiamento climatico".

Uno studio di ingegneria della Columbia, pubblicato oggi in Natura , conferma l'urgenza di affrontare il cambiamento climatico. Sebbene sia noto che gli eventi meteorologici estremi possono influenzare la variabilità di anno in anno nell'assorbimento del carbonio, e alcuni ricercatori hanno suggerito che potrebbero esserci effetti a lungo termine, questo nuovo studio è il primo a quantificare effettivamente gli effetti nel 21° secolo e dimostra che gli anni più umidi del normale non compensano le perdite nell'assorbimento di carbonio durante gli anni più secchi del normale, causati da eventi quali siccità o ondate di calore.

Le emissioni antropogeniche di CO2, le emissioni causate dalle attività umane, stanno aumentando la concentrazione di CO2 nell'atmosfera terrestre e stanno producendo cambiamenti innaturali nel sistema climatico del pianeta. Gli effetti di queste emissioni sul riscaldamento globale vengono solo parzialmente ridotti dalla terra e dall'oceano. Attualmente, l'oceano e la biosfera terrestre (foreste, savane, ecc.) stanno assorbendo circa il 50% di questi rilasci, spiegando lo sbiancamento delle barriere coralline e l'acidificazione dell'oceano, così come l'aumento dello stoccaggio del carbonio nelle nostre foreste.

"Non è chiaro, però, se la terra può continuare ad assorbire le emissioni antropogeniche ai tassi attuali, "dice Pierre Gentine, professore associato di ingegneria della terra e dell'ambiente e affiliato all'Earth Institute, che ha condotto lo studio. "Se la terra raggiunge un tasso massimo di assorbimento del carbonio, il riscaldamento globale potrebbe accelerare, con importanti conseguenze per le persone e per l'ambiente. Ciò significa che tutti dobbiamo davvero agire ora per evitare maggiori conseguenze del cambiamento climatico".

Lavorando con il suo dottorato di ricerca. studentessa Julia Green, Gentine ha voluto capire come la variabilità del ciclo idrologico (siccità e alluvioni, e tendenze di essiccazione a lungo termine) stava influenzando la capacità dei continenti di intrappolare parte delle emissioni di CO2. La ricerca è particolarmente tempestiva in quanto gli scienziati del clima hanno previsto che gli eventi estremi probabilmente aumenteranno di frequenza e intensità in futuro, alcuni dei quali stiamo già assistendo oggi, e che ci sarà anche un cambiamento nei modelli di pioggia che probabilmente influenzerà la capacità della vegetazione terrestre di assorbire il carbonio.

Per definire la quantità di carbonio immagazzinata nella vegetazione e nel suolo, Gentine e Green hanno analizzato la produttività netta del bioma (NBP), definito dal Gruppo intergovernativo di esperti sul cambiamento climatico come guadagno o perdita netta di carbonio da una regione, pari alla produzione netta dell'ecosistema meno il carbonio perso a causa di disturbi come un incendio boschivo o un raccolto forestale.

I ricercatori hanno utilizzato i dati di quattro modelli del sistema terrestre degli esperimenti GLACE-CMIP5 (Global Land Atmosphere Coupling Experiment—Coupled Model Intercomparison Project), per eseguire una serie di esperimenti per isolare le riduzioni di NBP che sono dovute strettamente ai cambiamenti nell'umidità del suolo. Sono stati in grado di isolare gli effetti dei cambiamenti nelle tendenze dell'umidità del suolo a lungo termine (cioè l'essiccazione) così come la variabilità a breve termine (cioè, gli effetti di eventi estremi come inondazioni e siccità) sulla capacità del suolo di assorbire carbonio.

"Abbiamo visto che il valore di NBP, in questo caso un guadagno netto di carbonio sulla superficie terrestre, sarebbe in realtà quasi il doppio se non fosse per questi cambiamenti (variabilità e tendenza) nell'umidità del suolo, "dice Verde, l'autore principale del documento. "Questo è un grosso problema! Se l'umidità del suolo continua a ridurre l'NBP al ritmo attuale, e il tasso di assorbimento del carbonio da parte della terra inizia a diminuire entro la metà di questo secolo, come abbiamo riscontrato nei modelli, potremmo potenzialmente vedere un grande aumento della concentrazione di CO2 atmosferica e un corrispondente aumento degli effetti del riscaldamento globale e cambiamento climatico."

Gentine e Green osservano che la variabilità dell'umidità del suolo riduce notevolmente l'attuale pozzo di carbonio del suolo, ei loro risultati mostrano che sia la variabilità che le tendenze di essiccazione la riducono in futuro. Quantificando l'importanza critica della variabilità suolo-acqua per il ciclo del carbonio terrestre, e la riduzione dell'assorbimento di carbonio dovuto agli effetti di questi cambiamenti nell'umidità del suolo, i risultati dello studio evidenziano la necessità di implementare una migliore modellizzazione della risposta della vegetazione allo stress idrico e all'accoppiamento terra-atmosfera nei modelli del sistema Terra per limitare il futuro flusso di carbonio terrestre e prevedere meglio il clima futuro.

"Essenzialmente, se non ci fossero siccità e ondate di calore, se non ci fosse stato alcun prosciugamento a lungo termine nel prossimo secolo, allora i continenti sarebbero in grado di immagazzinare quasi il doppio di carbonio rispetto a adesso, " dice Gentine. "Poiché l'umidità del suolo svolge un ruolo così importante nel ciclo del carbonio, nella capacità del suolo di assorbire carbonio, è essenziale che i processi relativi alla sua rappresentazione nei modelli diventino una priorità assoluta della ricerca."

C'è ancora molta incertezza su come le piante rispondono allo stress idrico, e così Green e Gentine continueranno il loro lavoro per migliorare le rappresentazioni della risposta della vegetazione ai cambiamenti di umidità del suolo. Ora si stanno concentrando sui tropici, una regione con tante incognite, e il più grande pozzo di carbonio terrestre, per determinare come l'attività della vegetazione viene controllata sia dai cambiamenti nell'umidità del suolo che dalla siccità atmosferica. Questi risultati forniranno indicazioni su come migliorare la rappresentazione dello stress idrico delle piante ai tropici.

"Questo studio è molto prezioso in quanto mette in luce quanto sia importante l'acqua per l'assorbimento del carbonio da parte della biosfera, "dice Chris Schwalm, uno scienziato associato presso il Woods Hole Research Center ed esperto di cambiamenti ambientali globali, sensibilità al ciclo del carbonio e quadri di modellazione che non erano coinvolti nello studio. "Espongono anche aspetti sottosviluppati della modellazione del sistema Terra come i processi legati allo stress idrico della vegetazione e all'umidità del suolo, che può essere preso di mira durante lo sviluppo del modello per una migliore capacità predittiva nel contesto del cambiamento ambientale globale".