El aumento de los niveles de CO2 están cambiando los bosques y… ¿Qué tan rápido ciclo del agua

Crédito de la imagen: Ollivier Girard / Centro de Investigación Forestal Internacional, CC BY-NC-ND

Las hojas de los árboles procesan grandes cantidades de agua – en todo el mundo, cuatro veces el volumen del Lake Superior se mueve desde el suelo y se convierte en vapor de agua por las plantas todos los años.

Con el aumento de los niveles de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera, los científicos han estado estudiando cómo este proceso, conocido como transpiración, puede estar cambiando.

En un artículo publicado en Nature Climate Change , se encontró cómo estado respondiendo a los niveles más altos de dióxido de carbono las plantas para transpirar . El uso de modelos de ecosistemas dinámicos, encontramos también una idea de cómo estos cambios afectan a diferentes tipos de hojas y bosques en general.

Una mejor comprensión de estos procesos es importante para la sociedad porque los cambios en el ciclo del agua pueden afectar a las inundaciones, la humedad del suelo, el caudal del río, y los cambios de tiempo relacionados con el cambio climático.

Los estomas

Las plantas juegan un papel clave en el ciclo global del agua mediante el reciclaje de agua desde el suelo a la atmósfera a través de pequeñas aberturas en superficies de las hojas conocidas como estomas.

Cada año, grandes cantidades de ciclo del agua de la atmósfera a la tierra y al océano en forma de precipitación y evapotranspiración. Del total de la evapotranspiración de la superficie terrestre, aproximadamente el 60% es directamente atribuible a plantar las pérdidas de agua conocidos como ‘la transpiración.’ NASA

Cada año, aproximadamente 40.000 kilómetros cúbicos de agua pasan a través de los estomas en todo el mundo a través de la transpiración . Debido a la energía necesaria para convertir el agua líquida a un gas, la transpiración proporciona un mecanismo de enfriamiento importante para las plantas y contribuye a diversos procesos y reacciones en el sistema climático de la Tierra.

Los estomas también juegan un papel central en el crecimiento de las plantas y el ciclo del carbono . Cuando los estomas están abiertos, lo que permite que el CO2 atmosférico se difunda en las hojas. Durante la fotosíntesis, el dióxido de carbono se convierte en azúcares. Se ha planteado la hipótesis de que los estomas a optimizar el rendimiento de la planta, maximizando al mismo tiempo la ganancia de carbono y minimizar la pérdida de agua.

Las pequeñas aberturas de la superficie de la hoja se llaman «estomas» y controlar el movimiento de CO2 a la hoja utilizada en la fotosíntesis y la pérdida de vapor de agua desde el interior de la hoja a la atmósfera. Esta es una imagen tomada por un microscopio electrónico de una hoja de la planta de tomate. Dartmouth College

En otras palabras, como la quema continua de combustibles fósiles aumenta las concentraciones de CO2 en la atmósfera (desde 1850, un aumento de alrededor de 280 partes por millón a más de 400 partes por millón ha ocurrido), los estomas se puede ajustar para mantener esta relación óptima con incierta o sorprendente consecuencias para el sistema de aporte de agua y el clima mundial, tales como el aumento de la escorrentía superficial y la temperatura de la superficie de la tierra .

La lectura de los anillos de árbol

Afortunadamente, anillos de los árboles pueden ayudar a proporcionar una visión de cómo las plantas responden al CO2 atmosférico durante estas escalas de tiempo seculares y ayudar a predecir los cambios futuros.

En nuestro artículo publicado en Nature Climate Change, analizamos la relación de la luz (C12) de isótopos pesados (C13) de carbono que se conservan en la madera de los anillos anuales de los árboles.

Utilizando los principios de la fisiología vegetal , proporciones de isótopos de carbono de la planta nos permiten reconstruir las concentraciones de CO2 dentro de una hoja, que está determinada en parte por el comportamiento y la «apertura» de los estomas. Nuestro análisis de las muestras de los anillos de árboles que abarcan desde Marruecos a Noruega encontrado que las plantas tienen una respuesta moderadamente activo para aumentar la concentración de CO2 atmosférico.

Sección de un tronco de árbol que muestra cómo se forman cada año «anillos de los árboles» siguiendo el ciclo anual de la asignación de carbono de la fotosíntesis para la división celular y la maduración. Las células formadas en el comienzo de la temporada de crecimiento son grandes y tienen paredes celulares delgadas y por lo tanto un color más claro. Por el contrario, las células de color oscuro formadas hacia el final de una temporada de crecimiento son pequeños y tienen paredes celulares gruesas. Además de la variación en anchura, densidad y propiedades anatómicas, las proporciones de isótopos de madera de los anillos anuales de los árboles pueden ser medidos y proporcionan una visión en la eficiencia del uso del agua de la planta. D. Frank

Si bien el nuevo estudio confirma un creciente cuerpo de evidencia de que las plantas se han adaptado de forma activa para el aumento del CO2 a través de las biomasa tropicales ,templados y boreales, el estudio ofrece dos nuevos e importantes conocimientos.

En primer lugar, el estudio se aplicó una nueva técnica estadística para dar cuenta de los efectos climáticos que también podrían causar que los estomas se cierren, tales como sequedad de la atmósfera. Se encontró que los efectos del aumento de CO2 en la atmósfera solos llevaron a especies de hoja ancha que aumentaran la ganancia de carbono por unidad de agua que se pierde un 14%. especies de Coníferas aumentó la ganancia de carbono por el agua perdida en un 22%. La contabilización de los efectos climáticos produjo observaciones más consistentes con la teoría fisiológica para maximizar el crecimiento de la planta y reducir al mínimo las pérdidas de agua.

El vapor de agua es un importante gas de efecto invernadero que también está íntimamente unida a los cambios de temperatura y también el comportamiento del ecosistema. La comprensión del ciclo hidrológico de la hoja de los ecosistemas a escala mundial es fundamental para la previsión de cómo el CO2 afectará el cambio climático. (Grupo de Trabajo del IPCC AR5 1, Capítulo 8, Figura 8.1; véase también la figura 9.43)

En segundo lugar, para determinar si los cambios observados a nivel de árbol individual dirigidas a la reducción de la transpiración en la escala de los ecosistemas, que aplican modelos de vegetación global y dinámico (DGVM) para simular el equilibrio hidrológico de los ecosistemas forestales. Además de su papel en la investigación de procesos de la superficie de la tierra, DGVMs se utilizan en los modelos del clima-ciclo del carbono acoplados a hacer proyecciones de cambio climático e informar a la política de la ciencia del sistema Tierra.

Se encontró que el conjunto DGVM fue capaz de reproducir las tendencias derivadas de anillos de árboles observados en la eficiencia del uso del agua. Sin embargo, los modelos mostraron que el aumento en la eficiencia del uso del agua no se tradujo en una reducción de la transpiración. En su lugar, una prolongación de la temporada de crecimiento durante el mismo período de tiempo, y el incremento de la superficie de la hoja contribuyeron a una mayor transpiración anual que contrarresta cualquier ahorro neto de agua a partir de respuestas de las plantas al CO2.

Debido a que el vapor de agua es también un gas de efecto invernadero, este estudio implica que las respuestas fisiológicas de los estomas de la planta para aumentar el CO2 atmosférico no darán lugar a reducciones en las concentraciones de vapor de agua que puede contrarrestar el calentamiento. El estudio también es importante porque demuestra que los procesos de hojas de plantas en pequeña escala tienen consecuencias a escala continental.

La conversación

Ben Poulter es Jefe de la dinámica del ecosistema Lab en Montana State University . David Frank es líder de grupo Unidad Dendroclimatología en el Instituto Federal Suizo de bosques, la nieve y la investigación del paisaje (WSL) .

Este artículo fue publicado originalmente en la conversación . Lea el artículo original.

Fuente: iflscience

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