Chúng tôi đã nghe những dự đoán về cách phát thải khí nhà kính sẽ thúc đẩy sự thay đổi về nhiệt độ và lượng mưa mà mọi người trải qua. Nhưng những thay đổi này ảnh hưởng đến các khu rừng trên thế giới cũng có ý nghĩa rộng lớn cho tương lai.

Có thể mùa đông ấm hơn, và do đó mùa phát triển dài hơn, làm cho cây phát triển nhanh hơn? Nếu vậy, có lẽ sự phát triển của cây nhanh hơn có thể làm chậm tốc độ biến đổi khí hậu, vì cây hút carbon ra khỏi không khí khi chúng lớn lên.

Hoặc có lẽ mùa hè nóng hơn sẽ có nghĩa là các điều kiện giống như hạn hán hơn, do đó cản trở khả năng phát triển của cây và do đó gây ra sự suy thoái của rừng của chúng ta.

Trong một bài báo gần đây, các đồng nghiệp của tôi và tôi đã lập ra một bản đồ về sự thay đổi khí hậu có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trên toàn bộ lục địa Bắc Mỹ. Để làm điều này, chúng tôi đã đi sâu vào các ghi chép lịch sử về sự phát triển của cây trong giai đoạn 1900-1950 được thu thập bởi nhiều nhà sinh thái học chuyên dụng trong nhiều thập kỷ và gửi vào Ngân hàng dữ liệu vòng quốc tế.

Những gì chúng tôi tìm thấy là cuộc sống hàng ngày của cây cối trên khắp Bắc Mỹ sẽ trở nên khó khăn hơn, mặc dù lợi ích tiềm năng là tăng nồng độ carbon dioxide có thể có cho cây. Điều này trái với hy vọng của một số nhà khoa học rằng biến đổi khí hậu sẽ mang lại lợi ích mạnh mẽ cho các khu rừng vĩ độ phía bắc.

Cây phản ứng với khí hậu như thế nào

Rào cản đầu tiên trong việc dự đoán sự phát triển của cây trong tương lai là hiểu cách cây cối trong các hệ sinh thái khác nhau phản ứng với biến động khí hậu.

Bạn có thể đoán rằng trong các khu rừng phía bắc lạnh lẽo, một chút nhiệt có thể giúp cây cối phát triển, trong khi nhiệt độ cao hơn ở sa mạc Tây Nam có lẽ là điều cuối cùng mà cây cối muốn. Quan sát này đã thúc đẩy các nhà khoa học trước đó hình thành nên một cây xanh boreal giả thuyết - sự nóng lên toàn cầu đó sẽ khiến các khu rừng phương bắc phát triển nhanh hơn và giúp giảm thiểu biến đổi khí hậu.

Chúng tôi đã sử dụng dữ liệu vòng cây lịch sử để lập bản đồ mối quan hệ giữa khí hậu khu vực và sự phát triển của cây. Phù hợp với từng vòng tăng trưởng với các kiểu thời tiết trong năm tương ứng, chúng ta có thể hiểu được cách cây cối phản ứng với biến động khí hậu. Chẳng hạn, chúng ta đã thấy rằng nhiệt độ trung bình trên tháng sáu đã khiến cây phát triển nhanh hơn ở những nơi có khí hậu tương tự Fairbanks, Alaska, nhưng tăng trưởng chậm hơn ở vùng khí hậu giống như Phoenix.

Khi khí hậu thay đổi, chúng ta có thể mong đợi phản ứng của cây cũng thay đổi. Ví dụ, tại Fairbanks, các mô hình của chúng tôi thực sự dự đoán rằng, trong tương lai, nhiệt độ trên trung bình tháng 6 sẽ không tốt cho sự phát triển của cây ở đó, điều này trái ngược với mối quan hệ lịch sử. Tại sao? Fairbanks ấm lên đến mức nó chuyển sang một vùng khí hậu mới, trong đó sự nóng lên thêm hiện đang gây bất lợi. Các nhà nghiên cứu khác đã thực sự bắt đầu thấy một sự thay đổi xảy ra trên mặt đất ở Alaska

Khi chúng ta mô tả cách cây cối phản ứng với những thay đổi của khí hậu trên khắp lục địa, chúng ta có thể sử dụng các dự báo từ Liên Hợp Quốc Ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) để dự đoán sự thay đổi tương ứng trong sự phát triển của cây trên khắp lục địa. Đối với mỗi pixel trên bản đồ Bắc Mỹ của chúng tôi, chúng tôi dự đoán các khu rừng sẽ thay đổi như thế nào dựa trên cả hai bộ thông tin - mối quan hệ tăng trưởng - khí hậu mà chúng tôi thiết lập thông qua phân tích vòng cây và sự thay đổi khí hậu ở lục địa.

Thụ tinh carbon

Có một nếp nhăn nữa cho câu đố này mà chúng tôi đã kiểm tra. Khí hậu thay đổi chủ yếu là do sự tích tụ thêm carbon dioxide và thực vật sử dụng carbon dioxide để quang hợp. Giống như chúng ta hít thở oxy để sống, thực vật hít phải khí carbon dioxide để sống. Do đó, lượng carbon dioxide tăng lên có thể trực tiếp tăng tốc độ phát triển của cây. Cái này được gọi làthụ tinh carbonVì nó giống như chúng ta đang thêm phân bón cho cây qua không khí để giúp chúng phát triển.

Các nhà khoa học là chia rẽ sâu sắc về việc thụ tinh carbon của loại này thực sự sẽ gây ra sự gia tăng trong tăng trưởng, và nếu có, bao nhiêu. Trong bài báo của chúng tôi, chúng tôi đã không cố gắng giải quyết cuộc tranh luận này. Thay vào đó, chúng tôi chỉ đưa vào nhiều khả năng khác nhau cho sức mạnh của thụ tinh carbon.

Để mô phỏng thụ tinh carbon, chúng tôi đã sử dụng một mẹo nhỏ gọn gàng được đề xuất bởi Giáo sư Graham Farquhar của Đại học Quốc gia Úc. Bí quyết dựa vào thực tế là khi thực vật hít phải khí carbon dioxide, nước thoát ra. Hãy nghĩ về các lỗ chân lông trên lá như những cái miệng nhỏ mở ra và gần để thở. Càng nhiều cây cần mở miệng để thở, nước càng thoát ra nhiều. Vì vậy, thực vật cố gắng giữ cho miệng của họ đóng chặt nhất có thể.

Nếu nồng độ carbon dioxide trôi nổi trong không khí rất cao, thực vật chỉ cần mở miệng một chút cho một ngụm không khí nhỏ mà không mất nhiều nước. Do đó, khi chúng ta bón phân cho cây bằng carbon trong không khí, điều này sẽ làm giảm trực tiếp lượng nước mà cây có thể giữ lại - với nhiều CO2, lỗ chân lông của lá sẽ hấp thụ khí hiệu quả hơn và trong quá trình mất ít nước hơn.

Thay vì cố gắng mô phỏng nhiều carbon tự do trôi nổi trong không khí, chúng ta chỉ có thể giả vờ rằng các nhà máy nhận được nhiều nước mưa hơn. Hiệu quả cuối cùng đối với tăng trưởng về cơ bản là giống nhau, vì sự hấp thụ carbon và giữ nước được liên kết trực tiếp.

Ở những sa mạc nơi nước ở mức cao và thực vật có động lực cao để giữ miệng im lặng, một chút thụ tinh carbon (hoặc thêm một chút mưa) sẽ đi một chặng đường dài để giúp cây phát triển. Ngược lại, trong các khu rừng mưa nhiệt đới, nơi thực vật có thể giữ cho miệng mở rộng với ít chi phí, việc bón phân carbon (hoặc mưa thêm) có thể không giúp được gì nhiều cho cây.

Trong nghiên cứu của chúng tôi, chúng tôi đã mô phỏng quá trình thụ tinh carbon bằng cách thêm nhiều lượng mưa trong tương lai vào các mô hình của chúng tôi. Để thỏa mãn những nhà khoa học tin tưởng mạnh mẽ rằng thụ tinh carbon sẽ thoát ra, trong một số mô phỏng, chúng tôi đã bổ sung thêm nước theo tỷ lệ với lượng carbon dư thừa được dự kiến ​​sẽ thải vào khí quyển. Để thỏa mãn các nhà khoa học nói rằng những người không tin rằng hiệu ứng thụ tinh carbon sẽ bùng phát, chúng tôi cũng đã chạy mô phỏng mà không cần tăng nước. Và chúng tôi đã chạy mô phỏng ở tất cả các cấp ở giữa.

Dự đoán mô hình của chúng tôi

Vào cuối ngày, các bản đồ của chúng tôi về cách tăng trưởng của cây có thể ứng phó với biến đổi khí hậu là đáng báo động.

Trên khắp phần lớn phía tây và trung tâm của lục địa, chúng ta thấy tốc độ tăng trưởng của cây giảm mạnh, với những cây phát triển chậm hơn tới 75 phần trăm trong nửa sau của thế kỷ này. Tuy nhiên, tại một số khu vực gần bờ biển lục địa, như Tây Bắc Thái Bình Dương, phía tây Canada và đông nam Hoa Kỳ, chúng tôi đã thấy một số sự gia tăng cục bộ về tốc độ tăng trưởng của cây.

Trung bình, không có hiệu ứng thụ tinh carbon, các mô hình của chúng tôi dự báo tốc độ tăng trưởng trên khắp lục địa sẽ giảm gần như 20 phần trăm theo kịch bản biến đổi khí hậu tồi tệ nhất do IPCC đưa ra (kịch bản này có dự báo về sự nóng lên của 6 trên toàn lục địa) .

Chúng tôi thấy rằng nó sẽ có hiệu ứng thụ tinh carbon rất lớn (lớn một cách phi thực tế, theo ý kiến ​​của một số đồng tác giả nghiên cứu của chúng tôi) để bù đắp sự chậm lại này. Và trên khắp lục địa, các mô hình của chúng tôi dự báo tốc độ tăng trưởng chậm hơn cho dù hiệu ứng thụ tinh carbon lớn đến mức nào.

Ngoài ra, chúng tôi không thấy sự gia tăng lớn về tốc độ tăng trưởng rừng lạnh ở phía bắc trong các mô phỏng của chúng tôi. Vì vậy, trung bình, chúng tôi không thấy cây xanh boreal nào. Nếu có bất cứ điều gì, chúng tôi thấy sự chậm lại của những khu rừng này. Điều này phần lớn được thúc đẩy bởi sự thay đổi trong cách cây cối phản ứng với khí hậu ở những nơi như Fairbanks.

Nghĩa là gì

Hàm ý của phân tích của chúng tôi là rừng dường như không sẵn sàng để cứu chúng ta khỏi biến đổi khí hậu.

Các mô hình của chúng tôi cho thấy rằng hầu hết các khu rừng của chúng tôi sẽ phát triển chậm hơn trong tương lai. Tất nhiên, điều này sẽ có tác động trực tiếp đến tất cả các cách chúng ta và các loài khác dựa vào cây. Nhưng nó cũng sẽ phản hồi lại sự thay đổi khí hậu. Khi sự nóng lên toàn cầu làm cho cây hấp thụ ít carbon hơn, sẽ có nhiều carbon còn lại trong không khí để làm nóng nhanh hơn, do đó tạo ra một chu kỳ tăng tốc.

Hơn nữa, nhiều năm duy trì sự phát triển xấu của cây có thể sẽ làm cạn kiệt tài nguyên mà chúng cần để tồn tại, khiến chúng dễ bị hạn hán nghiêm trọng hoặc bùng phát côn trùng. Điều này có thể có nghĩa là những gì chúng ta dự đoán khi tăng trưởng chậm hơn có thể chuyển thành chết cây trên diện rộng. Nói cách khác, bức tranh rừng có thể còn ảm đạm hơn những gì người mẫu của chúng tôi đề xuất.

Trong các mô hình của chúng tôi, chúng tôi không tính đến cách rừng thay đổi do những thay đổi trong thực hành khai thác gỗ hoặc quản lý rừng. Ở nhiều khu vực, rừng đang mọc lại nhanh hơn đơn giản vì chúng tôi đã ngừng đăng nhập chúng gần đây. Các yếu tố như vậy nên được coi là một lớp khác để thêm vào đầu các dự đoán của chúng tôi.

Nghiên cứu này, giống như bất kỳ loại nào, thực sự là dự đoán tốt nhất của chúng tôi trong việc xấp xỉ tương lai. Tôi nghĩ rằng những dự báo như vậy không phải là những dự đoán khó và nhanh về những gì sẽ xảy ra, mà là những khả năng hợp lý. Có rất nhiều điều chưa biết liên quan, bao gồm cả thực tế là khí hậu trong tương lai có thể sẽ hoàn toàn khác với bất kỳ điều gì chúng ta đã thấy trong quá khứ.

Và tất nhiên, điều chưa biết lớn nhất là cộng đồng nhân loại của chúng ta sẽ mang đến bao nhiêu ý chí cho việc kiềm chế khí thải nhà kính.

Giới thiệu về Tác giả

Noah Charney, Phó nghiên cứu sau tiến sĩ về Sinh thái học và Sinh học tiến hóa, Đại học Arizona

Bài viết này ban đầu được xuất bản vào Conversation. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan

at

Cảm ơn đã ghé thăm Nội địa.com, ở đâu có 20,000 + những bài báo thay đổi cuộc sống quảng bá "Thái độ mới và những khả năng mới". Tất cả các bài viết được dịch sang Hơn 30 ngôn ngữ. Theo dõi đến Tạp chí Nội tâm, xuất bản hàng tuần và Cảm hứng hàng ngày của Marie T Russell. Tạp chí InsideSelf đã được xuất bản từ năm 1985.