Feedback do ciclo de carbono:Quando se trata de compreender o papel das florestas em emitir e capturar dióxido de carbono, essas são três palavras que contêm muita ciência. Em um novo estudo, pesquisadores liderados pelo Pacific Northwest National Laboratory incorporaram em um modelo de sistema terrestre o papel complexo do ecossistema em aumentar ou diminuir a concentração de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera.

É um processo chamado vegetação dinâmica - onde as plantas podem mudar seus habitats em resposta a mudanças ambientais, como um sistema de clima mais quente ou nutrientes limitados. Usando um modelo de sistema de terra com vegetação dinâmica ativada ou desativada, a equipe de pesquisa descobriu que o nitrogênio e sua interação com as plantas têm uma forte influência na forma como as plantas respondem às mudanças ambientais. Essa influência pode resultar na amplificação ou redução do dióxido de carbono, responsável pelas mudanças ambientais em primeiro lugar. A pesquisa mostrou como a modelagem eficaz da vegetação dinâmica e do ciclo do nitrogênio pode aumentar a compreensão do ciclo do carbono e das mudanças climáticas futuras.

O ecossistema terrestre desempenha um grande papel no ciclo do carbono da Terra, inalando e exalando CO2 da atmosfera. Um nível mais alto de CO2 ajuda as plantas a usar com mais eficiência a energia do sol para a fotossíntese, o que faz com que removam (inalem) mais CO2 da atmosfera. Por outro lado, um nível mais alto de CO2 na atmosfera leva a temperaturas mais altas, que pode impor estresse por calor nas plantas e acelerar a decomposição da matéria orgânica na serapilheira da superfície e no solo. Tanto o aumento do estresse quanto a decomposição mais rápida do material orgânico adicionam mais CO2 à atmosfera do que é removido pelo aumento da fotossíntese. Esse aumento líquido da exalação de CO2 pelas plantas à medida que o CO2 atmosférico aumenta é um feedback positivo do ciclo do carbono que amplifica o CO2 na atmosfera.

Mas é aqui que o nitrogênio é uma chave nas engrenagens do ciclo do carbono. A decomposição mais rápida do carbono orgânico torna mais nitrogênio disponível para as plantas, ajudando-os a absorver mais CO2 à medida que crescem, reduzindo os níveis atmosféricos. Este é um feedback negativo do ciclo do carbono. Contudo, a força desse feedback negativo do ciclo do carbono depende de se o tipo de vegetação pode mudar com as mudanças ambientais porque algumas plantas requerem mais nitrogênio do que outras. Este estudo demonstrou como o ciclo do nitrogênio e a vegetação dinâmica e sua interação determinam como as plantas em todo o globo podem amplificar ou amortecer o aumento do CO2 atmosférico e o aquecimento climático associado.

Entre os modelos de sistemas terrestres que contribuíram para o quinto relatório de avaliação do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) em 2013, apenas um punhado incluía vegetação dinâmica, e menos ainda incorporaram o ciclo do nitrogênio. Estão crescendo as evidências de que esses dois processos desempenharão um papel fundamental no futuro ciclo do carbono.

Cientistas do Pacific Northwest National Laboratory e seus colaboradores estudaram um dos poucos modelos globais de terra, o Modelo de Terras Comunitárias versão 4, que é capaz de simular a mudança da cobertura vegetal em resposta ao clima em evolução e ao ciclo do nitrogênio. Ao executar uma série de simulações para diferentes cenários de mudanças climáticas e de CO2, eles foram capazes de calcular a sensibilidade do carbono terrestre ao aquecimento do clima e ao aumento de CO2. A sensibilidade ao carbono da terra é um fator importante que constitui o feedback para o aumento de CO2. O efeito da mudança da vegetação sobre este fator raramente foi estudado. A equipe repetiu o mesmo conjunto de experimentos sem um modelo de vegetação dinâmico.

Sua análise mostrou uma diferença significativa na força potencial do feedback do ciclo do carbono com e sem a cobertura vegetal dinâmica que responde ao estado do clima. A equipe também encontrou uma ligação entre as características emergentes da demanda de nitrogênio das plantas a partir da representação inadequada da competição das plantas no modelo dinâmico de vegetação nos trópicos e subtrópicos. A análise também descobriu que os erros na simulação da cobertura vegetal podem se propagar para escalas mais amplas por meio da interação com o ciclo do nitrogênio. A pesquisa ilustrou um exemplo específico dessa propagação de erro para orientar os esforços de desenvolvimento do modelo.

Com os processos de vegetação relevantes aprimorados nos modelos de sistema terrestre de próxima geração, a representação do feedback do ciclo do carbono pode ser melhor caracterizada. Estudos futuros farão simulações com o modelo terrestre global acoplado à atmosfera, oceano, e outros modelos de componentes do sistema terrestre para quantificar as interações carbono-clima, com um foco particular no cenário de floresta tropical.