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I ricercatori dell'Università dell'East Anglia hanno contribuito a sviluppare un nuovo modo per misurare il modo in cui le piante artiche rispondono ai cambiamenti climatici.
Negli ultimi decenni, l'Artico si sta riscaldando più del doppio rispetto al resto del pianeta. Allo stesso tempo, misurazioni a lungo termine dell'anidride carbonica atmosferica hanno mostrato aumenti sostanziali della quantità di carbonio assorbita ed emessa dalle piante e dal suolo, l'ecosistema terrestre, nell'Artico ogni anno.
Gli scienziati avevano ipotizzato che questo ecosistema terrestre stesse giocando un ruolo importante nei cambiamenti che stanno vedendo nel ciclo del carbonio nell'Artico.
Ma non avevano una tecnica per misurare l'assorbimento e il rilascio di carbonio in modo indipendente. E questa è la chiave per capire come la biosfera sta rispondendo ai cambiamenti climatici causati dalle emissioni di combustibili fossili.
Ora, un nuovo studio, pubblicato sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , fornisce nuove informazioni su questo importante processo nella regione artica e boreale, basato sulla modellizzazione delle misurazioni atmosferiche di una sostanza chimica correlata:il solfuro di carbonile.
Guidato da ricercatori della National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), il team internazionale di scienziati ha sviluppato un nuovo modo di analizzare le misurazioni atmosferiche del gas in traccia carbonil solfuro, insieme alla CO . atmosferica 2 misurazioni, fornire informazioni sulla quantità totale di carbonio assorbita dalla vegetazione terrestre durante la fotosintesi.
Dott.ssa Parvadha Suntharalingam, dalla Scuola di Scienze Ambientali dell'UEA, e coautore dello studio, ha dichiarato:"Questo lavoro ci fornisce nuove e preziose informazioni sui processi che controllano la CO 2 assorbimento da parte della vegetazione terrestre nell'area boreale dell'Artico.
"Il solfuro di carbonio viene assunto dalle piante durante la fotosintesi, ma a differenza della CO 2 , non viene rilasciato nuovamente nell'atmosfera dai processi di respirazione dell'ecosistema. Ci dà quindi un modo per separare i due processi chiave - fotosintesi e respirazione - che controllano come la CO 2 viene scambiato tra la vegetazione terrestre e l'atmosfera.
"Questa ricerca fornisce nuove stime dell'assorbimento di carbonio da parte degli ecosistemi terrestri nelle regioni nordamericane ad alta latitudine.
"Riduce le incertezze rispetto alle valutazioni precedenti, e studia anche l'influenza di altri fattori ambientali, come la temperatura e la radiazione solare, sui processi che controllano l'assorbimento del carbonio da parte di questi ecosistemi ad alta latitudine.
"La nostra analisi mostra il potenziale dell'utilizzo di misurazioni del solfuro di carbonile come mezzo indipendente per ottenere informazioni aggiuntive sui processi chiave del ciclo del carbonio, " lei ha aggiunto.
Capo ricercatore Lei Hu, uno scienziato del Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences (CIRES) che lavora al NOAA in Colorado, ha dichiarato:"Ora possiamo studiare come gli ecosistemi terrestri artici reagiscono ai cambiamenti climatici a livello di processo, perché siamo in grado di separare l'assorbimento fotosintetico e la respirazione dell'ecosistema su scala regionale".
Cos'è il solfuro di carbonile?
Gli scienziati sanno da tempo che le piante assorbono anidride carbonica, o CO 2 , per alimentare la fotosintesi durante la stagione di crescita, e poi emetterlo di nuovo nell'atmosfera durante l'autunno e l'inverno quando il tessuto vegetale si decompone. Questo dare e avere, contro il rapido aumento della CO . atmosferica 2 livelli, rende impossibile per gli scienziati stimare direttamente come la CO 2 l'assorbimento da parte della fotosintesi cambia nel tempo in base alle misurazioni di CO 2 solo.
Però, le piante hanno bisogno di altri nutrienti, compreso lo zolfo, che non viene rilasciato alla fine della stagione di crescita. solfuro di carbonile, o COS, è una molecola semplice molto simile alla CO 2 .
mentre CO 2 è formato da un atomo di carbonio e due atomi di ossigeno, COS è costituito da un atomo di carbonio, un atomo di ossigeno e un atomo di zolfo. Continuamente prodotto dai processi oceanici, si può trovare anche nei gas vulcanici, combustione del petrolio greggio, paludi e suoli sulfurei, così come lo scarico diesel, gas naturale, ed emissioni di raffineria.
È presente nell'atmosfera in piccole quantità (parti per trilione). L'assorbimento da parte delle piante è il processo dominante che rimuove il COS dall'atmosfera.
Come stanno cambiando gli ecosistemi artici?
Nel nuovo studio, Hu e un team di ricercatori della NOAA, l'Università del Colorado, Università statale del Colorado, Università della California-Santa Cruz, Associazione per la ricerca spaziale della NASA/Università, Università di Rutger, e UEA hanno analizzato le misurazioni atmosferiche del solfuro di carbonile raccolte dalla Global Greenhouse Gas Reference Network di NOAA dal 2009 al 2013 per studiare il ciclo del carbonio nell'Artico nordamericano e nelle regioni boreali.
Il contributo dell'UEA ha fornito dati e informazioni sulle fonti oceaniche di solfuro di carbonile nell'atmosfera. Le emissioni oceaniche forniscono la più grande fonte globale di COS nell'atmosfera, quindi è necessaria una conoscenza accurata di questi flussi quando si utilizzano misurazioni atmosferiche per identificare e quantificare l'assorbimento di COS e 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.
In contrasto, 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 Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .
