La maggior parte delle proiezioni sui cambiamenti climatici presuppone che, all'aumentare delle temperature, le regioni delle alte latitudini settentrionali possono diventare più adatte alla crescita della vegetazione, trasformandosi in terre coltivate per nutrire popolazioni in aumento e allo stesso tempo fissare più anidride carbonica (CO ₂ ) e rallentare il cambiamento climatico. Le piante richiedono una temperatura adeguata, acqua, e condizioni di luce per la fotosintesi e la crescita, quindi sembra logico che con l'aumento delle temperature alle alte latitudini settentrionali, fotosintesi delle piante, che utilizza CO ₂ liberare ossigeno, dovrebbe anche aumentare. Allo stesso tempo, respirazione delle piante, che utilizza l'ossigeno per rilasciare CO ₂ ed è anche fortemente dipendente dalla temperatura, si prevede un aumento, pure. La questione critica ancora in discussione è se il riscaldamento autunnale potrebbe portare a un aumento dell'assorbimento di carbonio, cioè., la differenza tra fotosintesi e respirazione.

Un nuovo studio della Columbia Engineering dimostra che anche quando le temperature calde e fredde lo stress è limitato, la luce è ancora un fattore importante nel limitare l'assorbimento di carbonio delle alte latitudini settentrionali. Il gruppo, guidato da Pierre Gentine, professore associato di ingegneria della terra e dell'ambiente, osservazioni satellitari analizzate, misurazioni sul campo, e simulazioni di modelli e hanno mostrato che esiste una limitazione delle radiazioni prevalente sull'assorbimento del carbonio negli ecosistemi settentrionali, soprattutto in autunno. Utilizzando un nuovo set di dati, Il gruppo di Gentine ha sviluppato un algoritmo per mappare la fotosintesi globale delle piante e quindi ha sviluppato un quadro per quantificare la limitazione della luce sulla fotosintesi. Lo studio è pubblicato oggi in Cambiamenti climatici naturali .

"Studi precedenti hanno tratto conclusioni diverse sul fatto che il riscaldamento autunnale possa fissare o rilasciare più carbonio, "dice Yao Zhang, l'autore principale dello studio che ha progettato il nuovo algoritmo ed è ora uno studioso postdoc presso il Lawrence Berkeley National Laboratory. "Il nostro documento mostra come utilizzare una combinazione di telerilevamento e sul posto osservazioni per risolvere una controversia sull'assorbimento del carbonio".

Il team di Gentine ha scoperto che, alle latitudini settentrionali che sono più di 30N, la risposta della fotosintesi di fine stagione al riscaldamento è per lo più dettata dalla luce. In alcune di quelle regioni in autunno, la lunghezza della luce quotidiana si accorcia molto rapidamente. Meno luce porta a una fotosintesi più debole, che a sua volta non può compensare l'aumento della respirazione indotto dal riscaldamento globale. Poiché le alte latitudini settentrionali hanno una limitazione della luce più forte, la loro vegetazione rilascerà più carbonio in autunno se il riscaldamento continua.

Nel futuro, la limitazione della luce aumenterà man mano che la stagione di crescita della vegetazione si allunga a causa del riscaldamento globale. L'inizio anticipato della stagione in primavera e la fine della stagione in autunno corrispondono a giornate più brevi e a una minore radiazione solare, ponendo un limite di luce più forte sulla fotosintesi della vegetazione.

"Questo aumento della limitazione della luce ridurrà la potenziale capacità degli ecosistemi settentrionali di agire come un serbatoio di carbonio continuo, " dice Zhang. "Il nostro studio mette in evidenza il ruolo importante della radiazione solare, che di solito viene ignorato negli studi sui cambiamenti climatici".

Discutendo il nuovo documento, Philippe Ciais, direttore associato del Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement ed esperto del ciclo del carbonio che non è stato coinvolto nello studio, sottolinea:"Si tratta di uno studio molto interessante che dimostra come la radiazione, comunemente considerato statico, avrà un effetto mutevole sul ciclo del carbonio insieme al riscaldamento globale".