Tăng nồng độ CO2 trong khí quyển góp phần làm gia tăng thảm thực vật • Alexander Markov • Tin khoa học về "Yếu tố" • Khí hậu, Sinh thái học

Sự gia tăng nồng độ CO 2 trong khí quyển góp phần làm tăng độ che phủ thực vật

Hình 1. Sự gia tăng nồng độ carbon dioxide trong khí quyển từ 1958 đến 2015 (tính theo phần triệu). Trên thanh bên – chu kỳ CO hàng năm điển hình2: tối đa vào tháng 5, tối thiểu trong tháng 9 – tháng 10. Trong thời kỳ Eocen sớm tối đa, chỉ số này đạt 1.400, vượt quá mức trước công nghiệp (280) 5 lần, và mức hiện đại (402) – gấp 3.5 lần. Ảnh từ en.wikipedia.org

Một phân tích đẳng hướng của hóa thạch foraminifera làm cho nó có thể tinh chỉnh các ước tính về hàm lượng CO2 trong khí quyển trong các thời đại khác nhau của Kainozoi. Trong thời kỳ khí hậu Eocen sớm tối ưu (53-51 triệu năm trước), khi nhiệt độ trung bình trên hành tinh cao hơn 14 ° so với hiện tại, nồng độ CO2 không khí có khoảng 1.400 ppm (phần triệu). Quá trình làm mát bắt đầu sau đó được tiến hành song song với sự giảm nồng độ CO2trong đó, vào đầu Oligocen (33-34 triệu năm trước, khi sự băng hà của Nam cực xảy ra), tăng hơn gấp đôi. Trong một nghiên cứu khác, dựa trên quan sát vệ tinh, cho thấy từ năm 1982 đến năm 2009, hành tinh chuyển sang màu xanh lá cây đáng chú ý, có sự gia tăng chỉ số bề mặt lá (diện tích lá xanh trên một đơn vị diện tích) trên phần lớn đất. Các mô hình sinh thái cho thấy lý do chính cho sự tăng trưởng nhanh chóng của thảm thực vật có thể là sự gia tăng nồng độ CO.2, trong giai đoạn này tăng từ 340 lên 386 ppm.Nói chung, các dữ liệu mới xác nhận và làm rõ các ý tưởng về ảnh hưởng mạnh mẽ của nồng độ CO khí quyển2 về khí hậu và thảm thực vật.

Trong Kainozoi, khí hậu của hành tinh chúng ta trải qua những thay đổi triệt để mà khó có thể được gọi là thuận lợi. Khí hậu ấm áp và thậm chí chiếm ưu thế trong suốt Mesozoi (khi rừng và khủng long đang phát triển ở vùng cực) được thay thế bởi kỷ nguyên lạnh hiện tại với gradient nhiệt độ vĩ độ sắc nét và băng hà rộng ở vĩ độ cao của cả hai bán cầu (xem: K.Yu. Eskov. Trái đất và sự sống trên đó Chương 13. Kainozoi: sự khởi đầu của tiếng khóc). Sự bắt đầu của quá trình làm mát toàn cầu được đặt trước bởi cái gọi là Eocene sớm Khí hậu Tối ưu, EECO – một thời kỳ cực kỳ ấm áp 53-51 Ma, khi nhiệt độ trung bình trên hành tinh vượt quá nhiệt độ hiện tại (trước công nghiệp) khoảng 14 độ (xem Paleocene-Eocene Thermal Maximum ). Ở giữa và cuối Eocen, nhiệt độ giảm đều đặn, và vào đầu Oligocen (33,6 triệu năm trước) Nam Cực bị bao phủ bởi băng và sự sống trên đó đã chết. Sự kiện này đánh dấu sự khởi đầu của kỷ nguyên lạnh hiện tại.

Lý do chính để làm mát, hầu hết các chuyên gia tin rằng sự giảm nồng độ carbon dioxide trong khí quyển.Sự suy giảm có thể được gây ra, đặc biệt là do sự gia tăng của dãy Himalaya, làm tăng cường thời tiết hóa chất của đá (xem Thời tiết: Thủy phân trên silicat và cacbonat), trong đó CO2 loại bỏ khỏi bầu khí quyển. Tuy nhiên, có được ước tính chính xác về CO2 trong bầu khí quyển trong thời kỳ địa chất từ ​​xa không phải là một nhiệm vụ dễ dàng (xem các liên kết ở phần cuối của tin tức). Các ước tính hiện có về mức Eocene của CO2 rõ ràng là gần đúng và thay đổi rộng rãi: từ 500 đến 3000 ppm. Điều này gây khó khăn cho việc kiểm tra giả thuyết về vai trò của CO2 trong các biến thể của khí hậu Kainozoi.

Nhà địa hóa học người Anh có bài viết được đăng trên tạp chí Thiên nhiên, được sử dụng để tinh chỉnh các ước tính của phương pháp mới, được coi là đáng tin cậy nhất và dựa trên phân tích tỷ lệ các đồng vị boron (δ11Β) trong cacbonat biển. Nó được biết rằng phần đồng vị 11B trong canxi cacbonat kết tinh trong nước biển phụ thuộc vào pH (xem: N. Gary Hemming và Bärbel Hönisch. Các đồng vị Boron trong trầm tích cacbonat biển và độ pH của đại dương). Độ axit của nước mặt lần lượt phụ thuộc vào nồng độ CO.2 trong bầu khí quyển.

Hình 2 một – tỷ lệ các đồng vị boron trong vỏ của sinh vật phù du nước cạn Eocene foraminifera; cao hơn δ11Β, nước là chua; các biểu tượng khác nhau tương ứng với các loại khác nhau của foraminifera. b – CO được xây dựng lại dựa trên dữ liệu này2 trong bầu khí quyển. c – tỷ lệ đồng vị oxy trong các bộ xương của đáy biển (benthic) foraminifera, phản ánh không quá sâu về môi trường sống như biến đổi khí hậu toàn cầu (cao hơn δ18O, khí hậu ấm hơn); trên trục hoành – tuổi trong hàng triệu năm. Hình từ bài viết được thảo luận trong Thiên nhiên

Vỏ hóa thạch của các protists sinh vật phù du, foraminifera, rất thuận tiện cho việc phân tích như vậy, đặc biệt là nếu bạn cùng một lúc nhiều loài khác nhau sống đồng thời trong cùng một khu vực. Điều này cho phép bạn thực hiện các điều chỉnh cần thiết cho các độ sâu khác nhau của môi trường sống của chúng và các tính năng cụ thể của các quá trình sinh khoáng. Độ sâu mà tại đó một loài cụ thể sống có thể được xác định bởi nhiệt độ mà tại đó bộ xương vôi được hình thành, và nhiệt độ, lần lượt, có thể được ước tính bằng tỷ lệ đồng vị oxy (δ18O) trong vỏ. Độ sâu càng nhỏ mà tại đó chất gây ô nhiễm càng cao thì hàm lượng CO càng chính xác.2 trong khí quyển theo độ chua của nước trong đó bộ xương được hình thành.

Các tác giả đã sử dụng một bộ sưu tập sinh vật phù du Eocene được bảo quản tốt trong quá trình khoan ở Tanzania như một phần của Dự án khoan Tanzania (TDP) (xem: 80 triệu năm biến đổi khí hậu).

Phân tích cho thấy trong thời kỳ Eocen sớm, khí hậu tối ưu nồng độ CO2 là 1400 ± 470 ppm (Hình 2). Điều này cao hơn so với hầu hết các ước tính trước đó, ít chính xác hơn. Như vậy, tại thời điểm EECO, lượng khí carbon dioxide trong khí quyển cao hơn năm lần so với thời kỳ tiền công nghiệp (280 ppm), và gấp ba lần rưỡi so với ngày hôm nay (402 ppm).

CO trong Eocene2 giảm đều đặn, và vào đầu Oligocen, khi Nam Cực bị bao phủ bởi băng, nó giảm xuống còn 550 ± 190 ppm.

Dữ liệu carbon dioxide mới phù hợp hơn với các công trình tái tạo cổ điển hơn so với các ước tính trước đó. Nó chỉ ra rằng giảm nồng độ CO2 Nó đi cùng với việc làm mát toàn cầu, có nghĩa là nó thực sự có thể là nguyên nhân của nó (mặc dù đó cũng là tác động ngược của khí hậu đối với mức độ CO2, xem: Sự kết thúc của sự đóng băng cuối cùng được đánh dấu bởi sự gia tăng đồng thời về nhiệt độ và hàm lượng CO.2 trong không khí, "Yếu tố", 04/09/2013). Đúng, theo hầu hết các mô hình khí hậu hiện có, cần có nồng độ CO cao hơn để giải thích nhiệt độ cao bất thường của khí hậu Eocen sớm tối đa.2so với những người thu được từ các nhà địa lý học người Anh.Điều này cho thấy sự hiện diện của các yếu tố không được ghi nhận hoặc thực tế là các ước tính mới vẫn chưa hoàn toàn chính xác. Tuy nhiên, giảm đáng kể nồng độ CO do tác giả tìm thấy2 trong Eocene-Oligocen, đó là một lập luận mạnh mẽ rằng sự biến động nồng độ carbon dioxide trong khí quyển là một trong những nguyên nhân quan trọng nhất của biến đổi khí hậu.

Trong một bài báo khác được xuất bản trong cùng ngày (ngày 25 tháng 4) trên tạp chí Biến đổi khí hậu thiên nhiên, một nhóm lớn các nhà sinh thái học, nhà địa lý và chuyên gia khí hậu quốc tế cũng báo cáo kết quả mới cho thấy vai trò quan trọng của CO khí quyển2 trong quy định của các quá trình sinh quyển. Trong trường hợp này, chúng ta đang nói về thời đại hiện đại, được đặc trưng bởi sự gia tăng nhanh chóng về hàm lượng CO2 trong khí quyển (mặc dù chúng ta vẫn còn rất xa mức Eocene sớm, xem hình 1).

Các tác giả đã phân tích các quan sát vệ tinh trong những năm 1982–2009, trên cơ sở đó chúng có thể tính toán chỉ số bề mặt lá (xem thêm: Chỉ số diện tích lá) trong suốt mùa sinh trưởng cho tất cả các vùng đất có thảm thực vật. Chỉ số này phản ánh cường độ tăng trưởng thực vật và năng suất tổng thể của các cộng đồng thực vật. Các kết quả được thể hiện trong hình. 3

Hình 3 Những thay đổi trong chỉ số bao phủ cho giai đoạn từ năm 1982 đến 2009 theo ba mảng dữ liệu vệ tinh độc lập (GIMMS LAI3g, GLOBMAP LAI, GLASS LAI). Giá trị dương và tương ứng của chúng màu sắc (từ xanh đến tím) tương ứng với sự gia tăng diện tích lá ("xanh"), các giá trị âm và màu sắc vàng đến đỏ cho thấy giảm độ che phủ của lá ("nâu"). Màu trắng khu vực được chỉ định không có thảm thực vật. Dấu chấm các khu vực mà xu hướng xác định (tăng hoặc giảm chỉ số che phủ lá) có ý nghĩa thống kê được chỉ ra. Hình ảnh từ bài viết trong thảo luận Biến đổi khí hậu thiên nhiên

Kết luận chính là trong giai đoạn nghiên cứu hành tinh chuyển sang màu xanh lá cây. Diện tích che phủ lá trên các lục địa tăng 0,068 ± 0,045 mét vuông lá mỗi mét vuông lãnh thổ mỗi năm. Một trong ba mảng dữ liệu vệ tinh được sử dụng có chứa thông tin đến năm 2014. Đánh giá bởi thông tin này, quá trình này đã không dừng lại trong năm 2009 và việc tiếp tục xanh.

Sự tăng trưởng đáng kể về độ che phủ của lá đã được tìm thấy ở 25-50% diện tích đất (ba bộ dữ liệu cho kết quả hơi khác nhau), và giảm đáng kể ít hơn 4%.Việc trồng cây xanh chuyên sâu nhất được quan sát thấy ở đông nam Bắc Mỹ, ở phía bắc Amazonia, Châu Âu, Trung Phi và Đông Nam Trung Quốc. Việc giảm diện tích lá chỉ đáng chú ý ở một số khu vực trung tâm Nam Mỹ và phía đông bắc Bắc Mỹ.

Để hiểu nguyên nhân của xu hướng được tiết lộ, các tác giả đã sử dụng 10 mô hình sinh thái được thành lập tốt cho phép dự đoán những thay đổi trong chỉ số độ che phủ của lá dựa trên dữ liệu CO khí quyển.2, khí hậu, cố định đạm, sử dụng đất và các yếu tố khác có khả năng ảnh hưởng đến chỉ số này. Đã nhập vào mô hình dữ liệu thực tế trên tất cả các yếu tố này và tính trung bình các kết quả được hiển thị bởi 10 mô hình, các tác giả thu được một bức ảnh khác với số liệu được cung cấp bởi phân tích dữ liệu vệ tinh. Sự khác biệt nghiêm trọng chỉ được tìm thấy ở một số khu vực: ở phía tây nam Hoa Kỳ, ở phần phía nam của Nam Mỹ và ở Mông Cổ. Các tác giả giải thích những mâu thuẫn này là các mô hình quá nhạy cảm với những thay đổi về lượng mưa. Bằng cách này hay cách khác, đối với hầu hết các phần của mô hình đất dường như phản ánh đầy đủ các cơ chế sinh thái dựa trên những thay đổi trong độ che phủ của lá.

Không giống như đối tượng được nghiên cứu nhiều nhất – lớp phủ thực vật của hành tinh – các mô hình cho phép bạn "chơi" với các tham số, thay đổi ngẫu nhiên chúng và đánh giá hiệu ứng kết quả. Ví dụ, bạn có thể làm cho tất cả các tham số không thay đổi ngoại trừ một, và xem nếu hình ảnh kết quả sẽ khác nhau rất nhiều so với thực tế. Bằng cách này, có thể hiểu yếu tố nào được tính đến trong các mô hình đã đóng góp lớn nhất cho những thay đổi đã được tiết lộ trong thảm thực vật.

Các bài tập này cho phép các tác giả kết luận rằng sự tăng trưởng của CO khí quyển có tác động mạnh nhất lên sự gia tăng diện tích lá.2. Yếu tố này chiếm 70% các thay đổi được xác định trong thảm thực vật. Sự nóng lên toàn cầu chiếm 8% khác, với các hiệu ứng khí hậu rõ rệt nhất ở các khu vực circumpolar, và sự gia tăng nồng độ CO khí quyển2 là yếu tố quyết định ở vùng nhiệt đới. Các thay đổi trong chu trình nitơ và sử dụng đất (cũng như các yếu tố không được tính đến trong mô hình) cũng góp phần làm cho hành tinh xanh, nhưng nó nhỏ so với vai trò của carbon dioxide mà thực vật sử dụng để sản xuất chất hữu cơ trong quá trình quang hợp. một yếu tố hạn chế cho cộng đồng thực vật.

Sự gia tăng số lượng màu xanh lá cây cho thấy sự gia tăng chung về năng suất của thảm thực vật trên cạn. Tốt hay xấu – một câu hỏi riêng biệt và khó khăn. Đối với các vùng khác nhau, câu trả lời cho nó có thể khác nhau. Đôi khi thảm thực vật thứ sinh, mọc nhiều ở nơi rừng già bị khai thác, có thể có chỉ số che phủ lá lớn hơn rừng chết, mặc dù thứ hai chắc chắn có giá trị lớn từ mọi quan điểm. Bằng cách này hay cách khác, nghiên cứu đã chỉ ra rằng nồng độ CO tăng2 dẫn đến những thay đổi triệt để trong thảm thực vật. Và điều này mặc dù thực tế là so với Eocene sớm, mức độ CO đạt được cho đến nay2 trông có vẻ khiêm tốn hơn.

Nguồn:
1) Eleni Anagnostou, Eleanor H. John, Kirsty M. Edgar, Gavin L. Foster, Andy Ridgwell, Gordon N. Inglis, Richard D. Pancost, Daniel J. Lunt và Paul N. Pearson. Thay đổi CO khí quyển2 Nồng độ khí hậu Kainozoi Thiên nhiên. Xuất bản trực tuyến ngày 25 tháng 4 năm 2016.
2) Zaichun Zhu, Shilong Piao, Ranga B. Myneni, Mengtian Huang, Zhenzhong Zeng, Josep G. Canadell, Philippe Ciais, Stephen Sitch, Pierre Friedlingstein, Almut Arneth, Chunxiang Cao, Lei Cheng, Etsushi Kato, Charles Koven, Yue Li , Xu Lian, Yongwen Liu, Ronggao Liu, Jiafu Mao, Yaozhong Pan, Shushi Peng, Josep Peñuelas, Benjamin Poulter, Thomas AM Pugh, Benjamin D. Stocker, Nicolas Viovy, Xuhui Wang, Yingping Wang, Zhiqiang Xiao, HuiYang, Zhang, Zhiqiang Xiao Zaehle & Ning Zeng. Greening của trái đất và trình điều khiển của nó Biến đổi khí hậu thiên nhiên. Xuất bản trực tuyến ngày 25 tháng 4 năm 2016.

Xem thêm:
1) 300 triệu năm trước có nhiều khí carbon dioxide trong bầu khí quyển hơn bây giờ là "Elements", 12.01.2007.
2) Sẽ tiết kiệm nhiên liệu từ sự nóng lên toàn cầu, Elements, ngày 14 tháng 3 năm 2007.
3) Alexey Gilyarov. Biến động theo mùa CO2.
4) Sinh quyển không còn có thể đối phó với lượng CO vượt quá2, "Yếu tố", 01/05/2008.
5) Sự kết thúc của sự đóng băng cuối cùng được đánh dấu bằng sự gia tăng đồng thời về nhiệt độ và hàm lượng CO.2 trong không khí, "Yếu tố", 04/09/2013.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: