Τα φυτά δεν αναπτύσσονται όσο φωτοσυνθέτουν, σύμφωνα με μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε. Η επιστήμη προχωρά. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα δέντρα βελανιδιάς συνεχίζουν να απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα και μετά το τέλος της ετήσιας ανάπτυξής τους, υποδηλώνοντας ότι τα δάση μπορεί αυτή τη στιγμή να αποθηκεύουν λιγότερο άνθρακα στο ξύλο από ό,τι προβλέπουν πολλά κλιματικά μοντέλα.
Η ανακάλυψη αμφισβητεί τη μακροχρόνια υπόθεση ότι τα υψηλότερα ποσοστά φωτοσύνθεσης οδηγούν φυσικά στην ανάπτυξη των φυτών. Εάν τα δέντρα συνεχίσουν να προσλαμβάνουν άνθρακα χωρίς να μετατρέπουν το μεγαλύτερο μέρος του σε νέο ξύλο, μπορεί να παγιδευτεί λιγότερος άνθρακας μακροπρόθεσμα.
Μετά τη διακοπή της ανάπτυξης, τα δέντρα συνεχίζουν να δεσμεύουν άνθρακα
Τα δάση παίζουν σημαντικό ρόλο στην επιβράδυνση της κλιματικής αλλαγής επειδή τα δέντρα απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα (CO2) από την ατμόσφαιρα και αποθηκεύουν μεγάλο μέρος του στους κορμούς, τα κλαδιά και τις ρίζες τους. Οι επιστήμονες γενικά αναμένουν ότι η αύξηση του CO2 της ατμόσφαιρας2 Τα στρώματα θα ενισχύσουν τη φωτοσύνθεση, οδηγώντας σε ταχύτερη ανάπτυξη και αυξημένη μακροπρόθεσμη αποθήκευση άνθρακα.
Νέα ευρήματα δείχνουν ότι η σχέση είναι πιο περίπλοκη. Αν και τα δέντρα μπορούν να απορροφήσουν την περίσσεια άνθρακα, το μεγαλύτερο μέρος του δεν γίνεται νέο ξύλο. Αντίθετα, αυτός ο άνθρακας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή φύλλων, την τροφοδοσία βραχύβιων μεταβολικών διεργασιών ή την εξυπηρέτηση άλλων λειτουργιών, μειώνοντας την ποσότητα άνθρακα που αποθηκεύεται στα δάση σε σύγκριση με το αναμενόμενο προηγουμένως.
Τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να έχουν σημαντικές επιπτώσεις στην πρόβλεψη του κλίματος.
“Αυτή τη στιγμή, τα περισσότερα μοντέλα υποθέτουν ότι εάν έχετε φωτοσύνθεση, έχετε ανάπτυξη. Διαπιστώνουμε ότι δεν συμβαίνει αυτό”, δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Mukund Palat Rao, οικοκλιματολόγος στο γήινο παρατηρητήριο Lemont-Doherty, το οποίο είναι μέρος του Columbia Climate School. «Ακριβώς επειδή υπάρχει περισσότερη φωτοσύνθεση δεν σημαίνει απαραίτητα ότι θα αναπτυχθούν περισσότερα δέντρα στο μέλλον».
Γιατί η φωτοσύνθεση και η ανάπτυξη διαφέρουν;
Κατά τη φωτοσύνθεση, τα φυτά χρησιμοποιούν το ηλιακό φως για να μετατρέψουν το CO2 και νερό σε σάκχαρα ενώ απελευθερώνει οξυγόνο στην ατμόσφαιρα. Ο δεσμευμένος άνθρακας παραμένει μέσα στο δέντρο, αλλά δεν χρησιμοποιείται όλος του για την κατασκευή ξύλου.
Μέρος αυτού του άνθρακα καταλήγει στον ξυλώδη ιστό των κορμών, των κλαδιών και των ριζών, όπου μπορεί να αποθηκευτεί για δεκαετίες, αιώνες ή ακόμη και χιλιετίες. Το υπόλοιπο υποστηρίζει την παραγωγή φύλλων και καρπών, αποθηκεύεται προσωρινά ως άμυλο ή μετατρέπεται σε ενώσεις που απελευθερώνονται στο έδαφος για να τροφοδοτήσουν τις μικροβιακές κοινότητες, να βελτιώσουν την πρόσληψη θρεπτικών ουσιών και να βοηθήσουν στην προστασία των φυτών από ασθένειες.
Επειδή το ξύλο αποθηκεύει άνθρακα για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα, η κατανόηση της ποσότητας του άνθρακα που συλλαμβάνεται μέσω της φωτοσύνθεσης καταλήγει σε ξυλώδη βιομάζα είναι σημαντική για την εκτίμηση του τρόπου με τον οποίο τα δάση βοηθούν στην επιβράδυνση της κλιματικής αλλαγής.
«Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο συνδέονται η φωτοσύνθεση και η ανάπτυξη είναι πολύ σημαντική από την προοπτική της κατανόησης του τρόπου με τον οποίο τα δάση θα αποθηκεύουν άνθρακα σε μεγάλες χρονικές κλίμακες», είπε ο Ράο.
Παρακολούθηση δέντρων στις Ηνωμένες Πολιτείες
Οι επιστήμονες είχαν προηγουμένως υποψιαστεί ότι η πρόσληψη άνθρακα και η ανάπτυξη των φυτών δεν ήταν πάντα συγχρονισμένες, αλλά υπήρχαν πολύ λίγες λεπτομερείς παρατηρήσεις για να κατανοηθεί πλήρως το γιατί.
Για τη διερεύνηση, ο Ράο και οι συνάδελφοί του συνδύασαν διάφορες πηγές δεδομένων. Ανέλυσαν δορυφορικές εικόνες ικανές να ανιχνεύσουν τη φωτοσύνθεση σε 137 τοποθεσίες δασών βελανιδιάς στις ανατολικές Ηνωμένες Πολιτείες και την Καλιφόρνια. Χρησιμοποιούν επίσης όργανα που μετρούν το CO2 Ωριαία επίπεδα θόλου δέντρων και αισθητήρες προσαρτημένοι σε κορμούς δέντρων που παρακολουθούν μικρές αλλαγές στο σχήμα του κορμού κατά τη διάρκεια της ημέρας. (Τα δέντρα τείνουν να διαστέλλονται τη νύχτα καθώς οι ρίζες απορροφούν νερό και στη συνέχεια συρρικνώνονται ελαφρώς κατά τη διάρκεια της ημέρας καθώς μεταδίδουν νερό, προσθέτοντας στη μακροπρόθεσμη τροχιά ανάπτυξης.) Η ομάδα συμπεριέλαβε επίσης αρχεία δακτυλίων δέντρων και δεδομένα θερμοκρασίας που εκτείνονται από τη δεκαετία του 1950.
Μαζί, αυτά τα σύνολα δεδομένων παρέχουν καθημερινές μετρήσεις της φωτοσύνθεσης, της πρόσληψης άνθρακα και της ανάπτυξης των φυτών.
Τα φυτά σταματούν να αναπτύσσονται μήνες πριν τελειώσει η φωτοσύνθεση
Οι ερευνητές βρήκαν έναν σαφή διαχωρισμό μεταξύ ανάπτυξης και φωτοσύνθεσης.
Στις ανατολικές τοποθεσίες των ΗΠΑ, οι βελανιδιές συνήθως αναπτύσσονται από τον Μάιο έως τον Ιούλιο, αλλά συνεχίζουν τη φωτοσύνθεση μέχρι τον Οκτώβριο. Περίπου το 36 τοις εκατό της ετήσιας αφομοίωσης άνθρακα συνέβη αφού η ανάπτυξη είχε ήδη σταματήσει στα τέλη του καλοκαιριού.
Οι βελανιδιές της Καλιφόρνια παρουσιάζουν διαφορετικό εποχιακό πρόγραμμα αλλά το ίδιο γενικό μοτίβο. Η ανάπτυξη εμφανίζεται συνήθως μεταξύ Δεκεμβρίου και Απριλίου, στη συνέχεια επιβραδύνεται στα μέσα του καλοκαιριού και τελειώνει τον Αύγουστο, αν και η φωτοσύνθεση συνεχίζεται. Περίπου το 26% της αύξησης της ετήσιας πρόσληψης άνθρακα από τα δέντρα σημειώθηκε μετά το κλείσιμο.
Σύμφωνα με τον Ράο, η εξήγηση είναι απλή. Η ανάπτυξη των φυτών εξαρτάται από την εσωτερική πίεση του νερού και αυτή η πίεση πέφτει γρήγορα σε ζεστές και ξηρές συνθήκες.
«Τη στιγμή που έχετε ξηρές και ζεστές συνθήκες, η αναπτυξιακή δραστηριότητα σταματά αμέσως ενώ η φωτοσύνθεση φαίνεται να συνεχίζεται με κάπως μειωμένο ρυθμό», λέει ο Rao.
Τι είναι η περίσσεια άνθρακα;
Μέρος του άνθρακα που δεσμεύεται μετά το τέλος της ανάπτυξης αποθηκεύεται για να βοηθήσει την ανάπτυξη όταν ξεκινήσει η επόμενη καλλιεργητική περίοδος. Το υπόλειμμα χρησιμοποιείται για το σχηματισμό νέων ριζών και φύλλων ή οξειδώνεται για να διατηρήσει τα ζωντανά κύτταρα βιώσιμα κατά τη διάρκεια του χειμώνα.
Οι ερευνητές εξακολουθούν να μην γνωρίζουν ακριβώς πόσο άνθρακας τελικά μετατρέπεται σε μακροπρόθεσμη ξυλώδη βιομάζα σε σχέση με το πόσο επιστρέφει στην ατμόσφαιρα βραχυπρόθεσμα. Ωστόσο, τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι τα δάση μεγαλώνουν και αποθηκεύουν ουσιαστικά περισσότερο άνθρακα σε ένα θερμότερο CO.2 Ο πλούσιος κόσμος ίσως χρειαστεί να το ξανασκεφτεί.
Η ομάδα διαπίστωσε επίσης ότι η σύνδεση μεταξύ της φωτοσύνθεσης και της ανάπτυξης αποσυνδέεται με τα χρόνια όταν το τοπικό κλίμα αλλάζει μεταξύ ασυνήθιστα υγρών και ασυνήθιστα ξηρών συνθηκών. Επειδή η κλιματική αλλαγή αναμένεται να αυξήσει αυτή τη μεταβλητότητα σε πολλές περιοχές, το μοτίβο μπορεί να γίνει πιο κοινό στο μέλλον.
Ο Ράο και οι συνεργάτες του διερευνούν τώρα εάν παρόμοια μοτίβα συμβαίνουν σε άλλα είδη δέντρων, δασικά οικοσυστήματα και κλίματα. Αναμένει ότι ο βαθμός αποσύνδεσης μεταξύ φωτοσύνθεσης και ανάπτυξης θα ποικίλλει στα διάφορα δάση, αλλά λέει ότι πολλά ερωτήματα παραμένουν αναπάντητα.
«Ακόμα δεν έχω απάντηση», λέει. «Υπάρχουν ακόμη πολλά ερωτήματα που πρέπει να απαντηθούν».
