Relación crucial entre el clima de la Tierra y el ciclo del carbono

Dos estudios internacionales recientes están listos para cambiar la manera en que los científicos ven la relación crucial entre el clima de la Tierra y el ciclo del carbono. Estos reportes exploran la fotosíntesis global y los índices de respiración - los profundos respiros de dióxido de carbono del planeta, dentro y fuera - y los investigadores dicen que los nuevos hallazgos serán utilizados para actualizar y mejorar los modelos tradicionales que unen clima y carbono.
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Los dos reportes serán publicados en línea por la revista Science en el sitio web Science Express a las 6 p.m. tiempo del este de verano, el lunes, 5 de julio. Science es publicada por la sociedad científica no lucrativa AAAS.
Christian Beer del Instituto Max Planck de Biogeoquímica en Jena, Alemania, junto con colegas de otros 10 países de alrededor del mundo, echan un vistazo primero a la Producción Primaria Bruta, o GPP (por sus siglas en inglés), la cual representa la cantidad total de dióxido de carbono que las plantas terrestres aspiran a través de la fotosíntesis cada año. Con una novedosa combinación de observaciones y modelos, ellos estiman que la cantidad total de carbono que la vida vegetal del mundo inhala anualmente es de 123 mil millones de toneladas.
Luego, Miguel Mahecha, también del Instituto Max Planck de Biogeoquímica, y otro equipo internacional de investigadores, resolvió un debate de hace tiempo sobre los efectos de las variaciones a corto plazo de la temperatura del aire sobre la respiración del ecosistema, o la exhalación de dióxido de carbono de regreso a la atmósfera. Ellos muestran que la sensibilidad de la respiración del ecosistema a variaciones en la temperatura en el corto plazo es similar alrededor del mundo. Los investigadores también sugieren que otros factores además de la temperatura, tales como las lentas, continuas transformaciones de carbono en el suelo y la disponibilidad de agua, parecen jugar papeles cruciales en los balances de carbono en el ecosistema en el largo plazo.
Juntos, estos hallazgos arrojan mayor luz sobre el ciclo global de carbono dentro y fuera de la atmósfera y cómo esos procesos están emparejados con el siempre cambiante clima de la Tierra. Los investigadores analizaron las vastas cantidades de datos de clima y carbono de alrededor del mundo, y ellos dicen que sus resultados deberán ayudar a mejorar la validez de los modelos predictivos y ayudar a resolver cómo el cambio climático podría afectar el ciclo de carbono - y nuestro mundo-en el futuro.
"Un entendimiento de los factores que controlan el GPP de varios ecosistemas terrestres es importante porque nosotros los humanos hacemos uso de varios servicios de los ecosistemas, tales como la madera, la fibra y el alimento", dijo Beer. "Adicionalmente, tal entendimiento es importante en el contexto del cambio climático como una consecuencia de las emisiones de dióxido de carbono a partir de la quema de combustibles fósiles porque la vegetación modula en gran medida los intercambios de gases invernadero, agua, y dióxido de carbono entre tierra-atmósfera…"
En su reporte, Beer y sus colegas reunieron grandes cantidades de datos de FLUXNET, una iniciativa internacional establecida hace más de 10 años para monitorear los intercambios de dióxido de carbono entre los ecosistemas y la atmósfera de la Tierra, con percepción remota y datos del clima de alrededor del mundo para calcular la distribución espacial de la media anual de GPP entre 1998 y 2006.
Los investigadores destacan el hecho de que la absorción de dióxido de carbono es más pronunciada en los bosques tropicales del planeta, los cuales son responsables de un 34 por ciento en total de la inhalación de dióxido de carbono de la atmósfera. Luego, las sabanas responden por 26 por ciento de la inhalación global, aunque los investigadores anotan que las sabanas también ocupan el doble del área superficial que lo que los bosques tropicales.
La precipitación también juega un papel significativo en determinar la absorción del dióxido de carbono global bruto, descubrieron los investigadores. Ellos sugieren que la lluvia tiene una influencia significativa en la cantidad de carbono que las plantas utilizan para fotosíntesis en más de 40 por ciento de la tierra con vegetación, un descubrimiento que pone énfasis en la importancia de la disponibilidad de agua para la seguridad del alimento. Según el estudio, los modelos climáticos con frecuencia muestran gran variación, y algunos de ellos sobreestiman la influencia de la lluvia en la absorción global del dióxido de carbono.
"Alcanzamos un hito con este artículo al usar suficientes datos de FLUXNET además de la percepción remota y el reanálisis climático", dijo Beer. "Con nuestra estimación del GPP global, podemos hacer dos cosas -comparar nuestros resultados con los modelos de proceso [del sistema de la Tierra] y analizar aún más la correlación entre GPP y el clima".
En el segundo estudio, Mahecha y su equipo de investigadores también contó con la colaboración global de la red FLUXNET durante su investigación de la sensibilidad de los ecosistemas a la temperatura del aire. Al compilar y analizar los datos de 60 sitios diferentes de FLUXNET, estos investigadores descubrieron que la sensibilidad respiratoria a la temperatura de los ecosistemas del mundo, a la que comúnmente se le refiere como Q10, está de hecho grabado en piedra - y que el valor de Q10 es independiente de la temperatura local promedio y de las condiciones del ecosistema específico.
Durante años, los expertos han debatido el efecto que la temperatura del aire tiene en la respiración global, o los procesos metabólicos colectivos de los organismos que regresan el dióxido de carbono a la atmósfera desde la superficie de la Tierra. Estudios más empíricos sugieren que dicha respiración del ecosistema alrededor del mundo es altamente sensible a las crecientes temperaturas, mientras que la mayoría de los modelos predictivos sugieren lo contrario. Los científicos dicen que las temperaturas globales del aire podrían elevarse debido a la presencia de dióxido de carbono que atrapa el calor de la quema de combustibles fósiles. Pero, este nuevo resultado sugiere que la sensibilidad de la temperatura de la exhalación natural del dióxido de carbono de los ecosistemas ha sido sobreestimado y debería ser reevaluado.
Este último estudio, resolviendo la controversia, sugiere que estudios de campo previos fracasaron en esclarecer los procesos actuando en diferentes escalas de tiempo. Mahecha y su equipo consideraron los procesos de 60 ecosistemas distintos en exactamente la misma escala de tiempo a fin de precisar la media global de Q10 a un valor de 1.4. Su nuevo valor estándar para la sensibilidad de varios ecosistemas a la temperatura del aire sugiere una menos pronunciada retroalimentación de clima-carbono en el corto plazo en comparación con estimaciones previas.
"Nuestro hallazgo clave es que la sensibilidad de temperatura a corto plazo de la respiración del ecosistema a la temperatura del aire está convergiendo en un solo valor global", dijo Mahecha. "Contrario a estudios previos, nosotros mostramos que la sensibilidad de la respiración del ecosistema a variaciones en la temperatura parece ser independiente de factores externos y constante en los ecosistemas en general. En otras palabras, descubrimos una relación general entre variación en temperatura y respiración del ecosistema… Nuestros hallazgos reconcilian las aparentes contradicciones de estudios con modelos y estudios de campo".
En el futuro, estos dos estudios por separado deberán permitir predicciones más precisas sobre cómo el clima más caluroso en la Tierra afectará el intercambio de carbono entre nuestros ecosistemas y la atmósfera - y viceversa. Ellos proveen a los científicos con herramientas importantes para una mejor comprensión de los ecosistemas mundiales y de cómo la raza humana continua influyéndolos y alterándolos.