Prever como o aumento do CO2 atmosférico afetará o ciclo hidrológico, de previsões meteorológicas extremas a projeções de longo prazo sobre a agricultura e os recursos hídricos, é fundamental para a vida diária e para o futuro do planeta. É comumente pensado que a mudança hidrológica é impulsionada pelas mudanças de precipitação e radiação causadas pelas mudanças climáticas, e que conforme a superfície da terra se ajusta, o aumento das temperaturas e a diminuição da precipitação tornarão o planeta mais seco.

Pesquisadores da Columbia Engineering descobriram que, ao contrário, a vegetação desempenha um papel dominante no ciclo da água da Terra e as plantas irão regular e dominar o estresse crescente colocado sobre os recursos hídricos continentais no futuro. O estudo, liderado por Pierre Gentine, professor associado de engenharia terrestre e ambiental na Columbia Engineering e no Earth Institute, é publicado hoje no Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Nossa descoberta de que a vegetação desempenha um papel chave no futuro na resposta hidrológica terrestre e no estresse hídrico é de extrema importância para prever adequadamente a seca e os recursos hídricos futuros, "diz Gentine, cuja pesquisa se concentra na relação entre a hidrologia e as ciências atmosféricas, interação terra / atmosfera, e seu impacto nas mudanças climáticas. "Isso pode ser uma verdadeira virada de jogo para a compreensão das mudanças no estresse hídrico continental que ocorrerão no futuro."

A equipe de Gentine é a primeira a isolar a resposta da vegetação da resposta complexa total do aquecimento global, que inclui variáveis ​​para o ciclo da água como evapotranspiração (a água evaporada da superfície, tanto das plantas quanto do solo descoberto), umidade do solo, e escoamento. Ao desemaranhar a resposta da vegetação ao aumento global de CO2 da resposta atmosférica (gás de efeito estufa), eles foram capazes de quantificá-lo e descobriram que a vegetação é, na verdade, o fator dominante que explica o estresse hídrico futuro.

"As plantas são realmente o termostato do mundo, "diz Léo Lemordant, Estudante de doutorado de Gentine e principal autora do artigo. "Eles estão no centro da água, energia, e os ciclos do carbono. À medida que absorvem carbono da atmosfera para prosperar, eles liberam água que tiram do solo. Fazendo isso, eles também resfriam a superfície, controlando a temperatura que todos nós sentimos. Agora sabemos que principalmente as plantas - não apenas a precipitação ou a temperatura - nos dirão se viveremos em um mundo mais seco ou úmido. "

Para o estudo, Gentine e Lemordant pegaram modelos do sistema terrestre com respostas dissociadas de superfície (fisiologia da vegetação) e atmosférica (radiativa) de CO2 e usaram uma análise estatística multi-modelo do CMIP5, o conjunto mais recente de experimentos de modelos climáticos coordenados estabelecidos como um projeto de cooperação internacional para o Painel Internacional sobre Mudanças Climáticas. Eles usaram três execuções:uma operação de controle com CO2 no nível da folha e na atmosfera, uma corrida onde apenas a vegetação responde a um aumento de CO2, e uma corrida onde apenas a atmosfera responde ao aumento de CO2.

Seus resultados mostraram que as mudanças nas principais variáveis ​​de estresse hídrico são fortemente modificadas pelos efeitos fisiológicos da vegetação em resposta ao aumento de CO2 no nível da folha, ilustrando quão profundamente os efeitos fisiológicos devido ao aumento do CO2 atmosférico impactam o ciclo da água. A resposta fisiológica do CO2 tem um papel dominante na evapotranspiração e tem um efeito importante no escoamento de longo prazo e na umidade do solo em comparação com as mudanças radiativas ou de precipitação devido ao aumento do CO2 atmosférico.

Este estudo destaca o papel fundamental da vegetação no controle da resposta hidrológica terrestre futura e enfatiza que os ciclos continentais de carbono e água estão intimamente ligados à terra e devem ser estudados como um sistema interconectado. Ele também enfatiza que os hidrólogos devem colaborar com ecologistas e cientistas do clima para prever melhor os recursos hídricos futuros.

"Os efeitos fisiológicos da biosfera e as interações biosfera-atmosfera relacionadas são fundamentais para prever o futuro estresse hídrico continental, representado pela evapotranspiração, escoamento de longo prazo, umidade do solo, ou índice de área foliar, "Gentine diz." Por sua vez, o estresse hídrico da vegetação regula em grande parte a absorção de carbono pela terra, enfatizando ainda mais quão fortemente os ciclos futuros do carbono e da água estão acoplados, de forma que não podem ser avaliados isoladamente. "

Gentine e Lemordant planejam desvendar os vários efeitos fisiológicos. "A resposta da vegetação é em si realmente complexa, "Gentine diz, "e queremos decompor o impacto do crescimento da biomassa versus a resposta estomática. Também há implicações para eventos de ondas de calor extremas em que estamos trabalhando."

"Este trabalho destaca uma necessidade importante de um estudo mais aprofundado de como as plantas responderão ao aumento do dióxido de carbono atmosférico, "diz James Randerson, professor de ciência do sistema terrestre, Universidade da Califórnia, Irvine, que não estava envolvido com o estudo. “As plantas podem ter um grande efeito no clima da terra, e precisamos entender melhor como eles responderão ao dióxido de carbono, aquecimento, e outras formas de mudança global. "