21 Ottobre 2024
Le piante di tutto il mondo assorbono circa il 31% in più di anidride carbonica di quanto si pensasse in precedenza, secondo una nuova valutazione sviluppata dagli scienziati. La ricerca, descritta in dettaglio sulla rivista Nature, dovrebbe migliorare le simulazioni del sistema Terra che gli scienziati utilizzano per prevedere il clima futuro e mette in luce l’importanza del sequestro naturale del carbonio per la mitigazione dei gas serra.
La quantità di CO2 rimossa dall’atmosfera attraverso la fotosintesi dalle piante terrestri è nota come produzione primaria lorda terrestre, o GPP. Rappresenta il più grande scambio di carbonio tra la terra e l’atmosfera del pianeta. Il GPP è tipicamente citato in petagrammi di carbonio all’anno. Un petagrammo equivale a 1 miliardo di tonnellate, che è all’incirca la quantità di CO2 emessa ogni anno da 238 milioni di veicoli passeggeri alimentati a gas.
Una torre di osservazione si affaccia su una foresta pluviale panamense dove gli scienziati dell’ORNL e di altri partner stanno lavorando al progetto DOE Next Generation Ecosystem Experiments Tropics, raccogliendo misurazioni del terreno che vengono utilizzate per analizzare il ciclo del carbonio della foresta tropicale. Credito: Jeff Warren/ORNL, Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti
Un team di scienziati guidato dalla Cornell University, con il supporto dell’Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell’Energia, ha utilizzato nuovi modelli e misurazioni per valutare il GPP dalla terra a 157 petagrammi di carbonio all’anno, rispetto a una stima di 120 petagrammi stabilita 40 anni fa e attualmente utilizzata nella maggior parte delle stime del ciclo del carbonio della Terra. I risultati sono descritti nell’articolo “Fotosintesi terrestre dedotta dall’assorbimento del solfuro di carbonile nelle piante”.
I ricercatori hanno sviluppato un modello integrato che traccia il movimento del composto chimico solfuro di carbonile, o OCS, dall’aria ai cloroplasti fogliari, le fabbriche all’interno delle cellule vegetali che svolgono la fotosintesi. Il team di ricerca ha quantificato l’attività fotosintetica monitorando l’OCS. Il composto segue in gran parte lo stesso percorso attraverso una foglia della CO2, è strettamente correlato alla fotosintesi ed è più facile da tracciare e misurare rispetto alla diffusione della CO2. Per questi motivi, l’OCS è stato utilizzato come proxy della fotosintesi a livello di pianta e foglia. Questo studio ha dimostrato che l’OCS è adatto a stimare la fotosintesi su larga scala e per lunghi periodi di tempo, il che lo rende un indicatore affidabile del GPP mondiale.
Il team ha utilizzato i dati dell’impianto provenienti da una varietà di fonti per informare lo sviluppo del modello. Una delle fonti era il database LeafWeb, istituito presso ORNL a sostegno del DOE Terrestrial Ecosystem Science Scientific Focus Area, o TES-SFA. LeafWeb raccoglie dati sui tratti fotosintetici da scienziati di tutto il mondo per supportare la modellazione del ciclo del carbonio. Gli scienziati hanno verificato i risultati del modello confrontandoli con i dati ad alta risoluzione provenienti dalle torri di monitoraggio ambientale invece che con le osservazioni satellitari, che possono essere ostacolate dalle nuvole, in particolare ai tropici.
La chiave per la nuova stima è una migliore rappresentazione di un processo chiamato diffusione del mesofillo, il modo in cui OCS e CO2 si spostano dalle foglie ai cloroplasti dove avviene la fissazione del carbonio. Comprendere la diffusione del mesofillo è essenziale per capire con quanta efficienza le piante conducono la fotosintesi e anche come potrebbero adattarsi ai cambiamenti ambientali.
Definire le nostre stime del GPP con osservazioni affidabili su scala globale è un passo fondamentale per migliorare le nostre previsioni sulle future emissioni di CO2 nell’atmosfera e sulle conseguenze per il clima globale.
– Peter Thornton, Corporate Fellow e capo della Sezione di Scienze dei Sistemi Terrestri presso ORNL
Lianhong Gu, co-autore, esperto di fotosintesi e illustre scienziato del personale nella Divisione di Scienze Ambientali dell’ORNL, ha contribuito a sviluppare il modello di conduttanza mesofilla del progetto, che rappresenta numericamente la diffusione dell’OCS nelle foglie, nonché il collegamento tra la diffusione dell’OCS e la fotosintesi.
“Capire quanta CO2 gli impianti fissano ogni anno è un enigma su cui gli scienziati stanno lavorando da un po’”, ha detto Gu. “La stima originale di 120 petagrammi all’anno è stata stabilita negli anni ’80 ed è rimasta impressa mentre cercavamo di capire un nuovo approccio. È importante avere una buona padronanza del GPP globale, poiché l’assorbimento iniziale del carbonio terrestre influisce sul resto delle nostre rappresentazioni del ciclo del carbonio della Terra”.
“Dobbiamo assicurarci che i processi fondamentali nel ciclo del carbonio siano adeguatamente rappresentati nei nostri modelli su larga scala”, ha aggiunto Gu. “Affinché queste simulazioni su scala terrestre funzionino bene, devono rappresentare la migliore comprensione dei processi in atto. Questo lavoro rappresenta un importante passo avanti in termini di fornitura di un numero definitivo”.
Le foreste pluviali pantropicali hanno rappresentato la più grande differenza tra le stime precedenti e le nuove cifre, una scoperta che è stata corroborata dalle misurazioni del suolo, ha detto Gu. La scoperta suggerisce che le foreste pluviali sono un pozzo naturale di carbonio più importante di quanto stimato in precedenza utilizzando i dati satellitari.
Capire quanto carbonio può essere immagazzinato negli ecosistemi terrestri, in particolare nelle foreste con i loro grandi accumuli di biomassa nel legno, è essenziale per fare previsioni sui futuri cambiamenti climatici.
“Inchiodare le nostre stime del GPP con osservazioni affidabili su scala globale è un passo fondamentale per migliorare le nostre previsioni della futura CO2 nell’atmosfera e le conseguenze per il clima globale”, ha detto Peter Thornton, Corporate Fellow e capo per la sezione di scienze dei sistemi terrestri presso ORNL.
I risultati di questo studio sottolineano l’importanza di includere processi chiave, come la conduttanza del mesofillo, nelle rappresentazioni dei modelli di fotosintesi. Il programma Next Generation Ecosystem Experiments in the Tropics del DOE ha l’obiettivo di far avanzare le previsioni dei modelli di risposta del ciclo del carbonio delle foreste tropicali ai cambiamenti climatici. Questi risultati possono informare lo sviluppo di nuovi modelli che ridurranno l’incertezza nelle previsioni del GPP delle foreste tropicali.
Oltre alla School of Integrative Plant Sciences della Cornell, altri collaboratori del progetto sono stati la Wageningen University and Research of The Netherlands, la Carnegie Institution for Sciences, la Colorado State University, l’Università della California di Santa Cruz e il Jet Propulsion Laboratory della NASA.
Il sostegno è arrivato dalla Cornell, dalla National Science Foundation e dall’ORNL TES-SFA, sponsorizzato dal programma Office of Science Biological and Environmental Research del DOE.
UT-Battelle gestisce ORNL per l’Ufficio della Scienza del Dipartimento dell’Energia, il più grande sostenitore della ricerca di base nelle scienze fisiche negli Stati Uniti. L’Ufficio della Scienza sta lavorando per affrontare alcune delle sfide più urgenti del nostro tempo. Per ulteriori informazioni, visitare il sito energy.gov/science.
Fonte: ORLN.GOV
