Door de verbranding van fossiele brandstoffen stuwen mensen de hoeveelheid kooldioxide in de atmosfeer in hoog tempo op, waardoor de temperatuur wereldwijd stijgt.
Maar niet alle CO2 die vrijkomt bij de verbranding van kolen, olie en gas blijft in de lucht. Momenteel wordt ongeveer 25% van de door menselijke activiteit geproduceerde koolstof geabsorbeerd door planten, en een vergelijkbare hoeveelheid komt in de oceaan terecht.
Om te weten hoeveel fossiele brandstoffen we nog kunnen verbranden zonder de klimaatverandering in gevaar te brengen, moeten we weten hoe deze “koolstofputten” in de toekomst kunnen veranderen. Een nieuwe studie onder leiding van Dr. Sun en collega’s, gepubliceerd in het Amerikaanse tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences, toont aan dat het land iets meer koolstof zou kunnen opnemen dan we dachten.
Maar het verandert niets wezenlijks aan hoe snel we de koolstofuitstoot moeten verminderen om gevaarlijke klimaatverandering te voorkomen.
Modellen overschatten CO2
De nieuwe studie schat dat in de afgelopen 110 jaar sommige klimaatmodellen de hoeveelheid CO2 die in de atmosfeer achterblijft, met ongeveer 16% hebben overschat.
Modellen zijn niet ontworpen om ons te vertellen wat de atmosfeer doet: daar zijn waarnemingen voor, en die vertellen ons dat de CO2-concentraties in de atmosfeer momenteel meer dan 396 delen per miljoen bedragen, of ongeveer 118 delen per miljoen meer dan in de pre-industriële tijd. Deze atmosferische waarnemingen zijn in feite de meest nauwkeurige metingen van de koolstofcyclus.
Maar modellen, die worden gebruikt om de oorzaken van veranderingen te begrijpen en de toekomst te verkennen, komen vaak niet perfect overeen met de waarnemingen. In deze nieuwe studie hebben de auteurs wellicht een reden gevonden die verklaart waarom sommige modellen de CO2 in de atmosfeer overschatten.
Kijkend naar de bladeren
Planten nemen kooldioxide op uit de lucht, combineren dit met water en licht, en maken koolhydraten – het proces dat bekend staat als fotosynthese.
Het is algemeen bekend dat als de CO2 in de atmosfeer toeneemt, de fotosynthesesnelheid toeneemt. Dit staat bekend als het CO2-bemestingseffect.
Maar uit de nieuwe studie blijkt dat modellen de fotosynthese wellicht niet helemaal juist simuleren. De redenen hiervoor zijn gelegen in de manier waarop CO2 zich in het blad van een plant verplaatst.
Modellen gebruiken de CO2-concentratie binnenin de bladcellen van een plant, in de zogeheten sub-stomatale holte, om de gevoeligheid van de fotosynthese voor toenemende hoeveelheden CO2 te bepalen. Maar dit is niet helemaal juist.
De nieuwe studie toont aan dat de CO2-concentraties in feite lager zijn binnenin de chloroplasten van een plant – de piepkleine kamers van een plantencel waar de fotosynthese feitelijk plaatsvindt. Dit komt doordat de CO2 door een extra reeks membranen moet om in de chloroplasten te komen.
Dit betekent dat fotosynthese plaatsvindt bij een lagere CO2-uitstoot dan in de modellen wordt aangenomen. Maar contra-intuïtief, omdat fotosynthese bij lagere concentraties beter reageert op toenemende CO2-niveaus, verwijderen planten meer CO2 als reactie op toenemende emissies dan de modellen laten zien.
Fotosynthese neemt toe als CO2-concentraties toenemen, maar slechts tot op een bepaald punt. Op een bepaald punt heeft meer CO2 geen effect meer op de fotosynthese, die dan gelijk blijft. Die raakt verzadigd.
Maar als de concentraties in een blad lager zijn, wordt dit verzadigingspunt uitgesteld en neemt de fotosynthese toe, wat betekent dat er meer CO2 door de plant wordt opgenomen.
De nieuwe studie toont aan dat wanneer rekening wordt gehouden met de diffusiviteit van CO2 in het blad, het verschil van 16% tussen de gemodelleerde CO2 in de atmosfeer en de werkelijke waarnemingen verdwijnt.
Het is een knap staaltje wetenschap, dat de fijne kneepjes van de structuur van het bladniveau verbindt met het functioneren van het systeem Aarde. We zullen opnieuw moeten kijken naar de manier waarop we fotosynthese modelleren in klimaatmodellen en of er een betere manier bestaat in het licht van de nieuwe bevindingen.
Verandert dit hoeveel CO2 het land absorbeert?
Deze studie suggereert dat sommige klimaatmodellen te laag inschatten hoeveel koolstof door planten wordt opgeslagen, en bijgevolg te hoog inschatten hoeveel koolstof de atmosfeer ingaat. Het landreservoir zou wel eens iets groter kunnen zijn – hoewel we nog niet weten hoeveel groter.
Als de put op het land zijn werk beter doet, betekent dit dat we voor een bepaalde klimaatstabilisatie iets minder koolstof hoeven op te slaan.
Maar fotosynthese is nog ver weg voordat er een echte koolstofput is gecreëerd, een die daadwerkelijk koolstof voor een lange tijd opslaat.
Bijna 50% van alle CO2 die door fotosynthese wordt opgenomen, gaat kort daarna via de ademhaling van planten weer terug in de atmosfeer.
Van wat overblijft, keert ook meer dan 90% terug naar de atmosfeer door microbiële afbraak in de bodem en verstoringen zoals brand in de daaropvolgende maanden tot jaren – wat blijft, is de landput.
Goed nieuws, maar geen tijd voor zelfgenoegzaamheid
De studie is een zeldzaam en welkom stukje mogelijk goed nieuws, maar het moet wel in de juiste context worden geplaatst.
Op het land zijn er zeer grote onzekerheden, ze zijn goed gekwantificeerd, en de redenen zijn meervoudig.
Sommige modellen suggereren dat het land de hele eeuw door meer koolstof zal blijven absorberen, andere voorspellen dat het tot een bepaald punt meer koolstof zal absorberen, en weer andere voorspellen dat het land koolstof zal beginnen af te geven – en dus een bron zal worden in plaats van een put.
De redenen zijn velerlei en omvatten beperkte informatie over hoe de ontdooiing van permafrost grote koolstofreservoirs zal beïnvloeden, hoe het gebrek aan voedingsstoffen de verdere uitbreiding van de koolstofput kan beperken, en hoe brandregimes kunnen veranderen in een warmere wereld.
Deze onzekerheden samen zijn vele malen groter dan het mogelijke effect van de CO2-verspreiding door bladeren. Waar het op neerkomt, is dat de mens nog steeds de volledige controle heeft over wat er de komende eeuwen met het klimaatsysteem gebeurt, en dat wat we doen met broeikasgasemissies voor een groot deel het traject ervan zal bepalen.