El campo de la ciencia del clima parece contener muchos ejemplos de bucles de retroalimentación fuera de control alarmantes, ciclos viciosos y efectos sinérgicos perjudiciales previamente inimaginables que surgen dentro de los sistemas terrestres, por ejemplo, el efecto albedo con respecto al derretimiento del hielo marino; o permafrost en fusión, liberando más metano para acelerar aún más el proceso de fusión.
La nueva investigación realizada por un equipo de la Universidad de Columbia continúa en este sentido con los resultados de su reciente estudio publicado en Science Advances. El estudio, "Aumentos proyectados en intensidad, frecuencia y costos de carbono terrestre de eventos de sequía y aridez compuestos" muestra que los efectos compuestos de la humedad del suelo (SM) y el déficit de presión de vapor (VPD) sobre la absorción de carbono terrestre son mayores que el efecto de cualquiera de las variables cuando se consideran por separado, y que estas dos condiciones tienden a reforzarse mutuamente.
La sequía y el calor excesivo son dos formas de clima extremo que han tenido, y seguirán teniendo, un impacto importante en los sistemas naturales, así como en las comunidades humanas y los sistemas que dependen de ellos. Una tercera dinámica climática, la aridez atmosférica, es una medida combinada de la temperatura y la humedad atmosférica, encapsulada en la métrica de VPD. El SM y el VPD son indicadores reconocidos de la absorción de carbono y el uso del agua por parte de las plantas en épocas de sequía, y se sabe que las ocurrencias extremas de estos dos indicadores (alto VPD o bajo SM) provocan que los estomas de las plantas se estrechen o se cierren, lo que limita la absorción de carbono. VPD y SM son condiciones que también se sabe que ocurren de manera simultánea, y aunque en el pasado se han evaluado de manera independiente, un objetivo importante de este estudio fue comprender mejor la relación entre las dos variables que se producen de manera simultánea.
Los efectos compuestos de VPD y SM se han caracterizado por los investigadores como "impulsados por una serie de procesos físicos complementarios", de los cuales un bajo SM contribuye a disminuir la evapotranspiración. La evapotranspiración reducida a su vez provoca un aumento de la temperatura y un VPD más alto (debido a la disminución del enfriamiento por evaporación y la humedad cerca de la superficie). El aumento de VPD impulsa la evapotranspiración, lo que a su vez acelera las disminuciones en SM. La co-ocurrencia de VPD y SM en este círculo vicioso ha ido en aumento desde mediados del siglo 20, y estos eventos concurrentes han aumentado en frecuencia e intensidad. Se predice que este patrón aumentará continuamente en el futuro previsible en conjunto con las tendencias de calentamiento.
Al explorar la relación entre SM y VPD, Zhou y sus colegas también observaron su efecto en futuros escenarios climáticos, especialmente con respecto a cómo los datos observados se correspondían con varios modelos del sistema de la Tierra (ESM), en términos de su precisión en relación con el pasado histórico Simulaciones y futuras predicciones de simulación climática. Específicamente, su estudio mostró que: (i) los extremos compuestos VPD y SM ocurren mucho más frecuentemente de lo esperado si VPD y SM no estuvieran íntimamente relacionados, (ii) esta coevolución de la sequía y la aridez produce pérdidas sustanciales de carbono en los ecosistemas, y (iii) los impactos de estos extremos compuestos se fortalecerán en el futuro".
Al probar sus hipótesis, Zhou y sus colegas recopilaron datos de observaciones diarias de 66 sitios de torres de flujo, en su mayoría ubicados en lugares de latitudes bajas y medias, y evaluaron la relación entre SM, VPD, productividad neta del ecosistema (NEP), productividad primaria bruta (GPP) y la respiración total del ecosistema (TER). La NEP es una medida del presupuesto de carbono terrestre, mientras que GPP y TER son métricas constitutivas de la NEP, que representan la fotosíntesis y la respiración, respectivamente. El análisis estadístico de estos datos confirmó una fuerte y bimodal correlación entre SM y VPD en ambos extremos; es decir, el SM bajo y el VPD alto tienden a coexistir al igual que el SM alto y el VPD bajo. Además, encontraron que los eventos de VPD con un nivel de SM alto alto tienden a coexistir aproximadamente el doble de frecuencia que cada variable considerada independientemente. y que las condiciones de baja VPD con SM alto tendían a acoplarse más estrechamente a medida que se hacían más extremas. En presencia de condiciones de VPD extremadamente bajas y altas, tanto la GPP como la NEP disminuyeron, mientras que el TER se mantuvo relativamente estable.
Para comparar y verificar sus observaciones a partir de los datos de la torre de flujo, el grupo examinó las simulaciones del centenario de las condiciones climáticas históricas (1871-1970) y futuras proyectadas (2001-2100) frente a 15 ESM. Estos ESM confirmaron la correlación negativa entre SM y VPD y permitieron a los investigadores mapear áreas del mundo en las que el factor de multiplicación de probabilidad, la principal medida estadística de este estudio, fue particularmente pronunciado. Cabe destacar que el sureste de EE.UU., la región amazónica, el sur de África y el este y sureste de Asia demostraron una fuerte interacción SM-VPD tanto en los modelos históricos como futuros de ESM. Estos modelos de ESM predijeron aumentos tanto en la frecuencia como en la intensidad de los eventos compuestos de SM-VPD, lo que tendrá un impacto global significativo en la capacidad del sumidero de carbono continental.
Al evaluar este impacto futuro de la VPD-SM extrema en los ESM, los investigadores proyectaron una disminución en la captación de carbono. Con respecto a la mayoría de las regiones no boreales entre 50 grados de latitud norte y 50 grados de latitud sur (donde se recolectaron la mayoría de los datos de la torre de flujo), el TER disminuyó. Tanto GPP como TER afectados por los eventos compuestos VPD-SM se asociaron con "anomalías NEP negativas ... en más del 75 % del área terrestre durante los dos períodos [de simulación histórica y futura de ESM]". En resumen, los "tremendos aumentos proyectados en la tasa de co-ocurrencia y la magnitud de los extremos concurrentes de VPD y SM en muchas regiones del mundo" darán lugar a drásticas reducciones en la capacidad de absorción de carbono de los ecosistemas.
Los datos de ESM también mostraron que las anomalías de la NEP resultantes de los eventos extremos compuestos de SM-VPD fueron mucho más fuertes que las anomalías resultantes de los eventos extremos derivados de solo una de estas variables. Los resultados difirieron regionalmente en la evaluación de los efectos aditivos de una variable extrema versus otra en relación con la captación de carbono en el contexto de simulaciones históricas y futuras. Se proyectó que el SM extremadamente bajo tendría un mayor impacto en la NEP que el VPD extremadamente alto en el hemisferio norte, aunque este hallazgo no se aplicó a las cuencas del Amazonas y el Congo en el hemisferio sur. Sin embargo, se demostró que el efecto adicional de SM extremadamente bajo en GPP es mucho mayor que el efecto de VPD extremadamente alto para casi todas las masas terrestres en simulaciones futuras.
Zhou y sus colegas también tienen en cuenta el factor atenuante del fenómeno conocido como la fertilización con CO2, por lo que la tasa de fotosíntesis aumenta en las plantas debido al aumento del dióxido de carbono en la atmósfera. Sin embargo, a pesar de este desplazamiento, todavía se predice que la captación global de carbono disminuirá. Los investigadores notan algunas incertidumbres en sus métodos y modelos, por ejemplo, el hecho de que sus modelos no tienen en cuenta la capacidad de adaptación de las plantas al cambio climático. También exigen trabajo futuro para separar los efectos de VPD y SM según se apliquen a los modelos de ecosistemas, ya que se espera que VPD aumente sustancialmente en todo el mundo, mientras que las proyecciones de SM parecen aplicarse de manera menos universal.
En conclusión, el grupo afirma que "nuestros resultados resaltan la importancia de los eventos de sequía y aridez compuestos y su impacto en la absorción de carbono continental, y la necesidad de considerar estos factores en la evaluación de los riesgos futuros del cambio climático. Considerando los aumentos proyectados en la intensidad y la frecuencia de los eventos de sequía y aridez compuestos en el siglo XXI, las estrategias deben desarrollarse e implementarse para gestionar los riesgos y mejorar la capacidad de adaptación".
Más información: Sha Zhou et al. Aumentos proyectados en intensidad, frecuencia y costos de carbono terrestre de eventos de sequía y aridez compuestos. Science Advances 23 de enero de 2019: vol. 5, no. 1. DOI: 10.1126 / sciadv.aau5740
Traducción: Cecilia González P.
Publicado: 31 de enero de 2019
Fuente: Phys.org
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