Rekenen met koolstof

Elk jaar stoten we zo’n 10 miljard ton koolstof uit, of 36 miljard ton CO2. Dat de concentratie koolstofdioxide in de atmosfeer niet razendsnel stijgt, hebben we te danken aan de oceanen en ecosystemen op het land, die een groot deel van die CO2 weer uit de lucht halen. De oceanen absorberen jaarlijks zo’n 2 miljard ton koolstof, landplanten 2,5 à 3 miljard ton. In onze kennis over de koolstofcyclus zitten echter nog heel wat gaten, en die moeten worden gedicht, zodat we met betere klimaatmodellen de toekomst nauwkeuriger kunnen voorspellen.

Zo was tot voor kort niet duidelijk welke factoren bepalen hoeveel koolstof bossen kunnen opslaan. In een artikel dat eerder dit jaar verscheen in Nature Climate Change toonden Sara Vicca (Universiteit Antwerpen) en haar collega’s aan dat de beschikbaarheid van voedingsstoffen in de bodem daarbij cruciaal is. In een analyse van 92 bossen, van het hoge noorden tot de tropen, bleek de beschikbare hoeveelheid voedingsstoffen de koolstofopslag het best te voorspellen. De huidige klimaatmodellen houden daar weinig tot geen rekening mee.

Doorgaans wordt aangenomen dat de hoeveelheid koolstof die bossen door fotosynthese opnemen, bepaalt hoeveel koolstof er opgeslagen wordt. Maar dat is niet het hele verhaal. ‘Een deel van die koolstof verdwijnt terug’, zegt Vicca. ‘Enerzijds doordat planten ademhalen, waarbij CO2 vrijkomt, anderzijds doordat ze via hun wortels koolstof afgeven aan schimmels in de bodem. Die leven in symbiose met de planten. De schimmels gebruiken de koolstof om te groeien en ademen een deel uit als CO2. In ruil halen ze voedsel uit de bodem, waarvan ze een deel aan de planten doorspelen.’

In bossen met veel voedingsstoffen in de bodem wordt gemiddeld ongeveer een derde van de koolstof die bij de fotosynthese is opgenomen ook effectief opgeslagen. In bossen op arme gronden is dat maar zes procent. ‘Ik vermoed dat in armere bodems de rol van schimmels belangrijker wordt, waardoor ze met een groter deel van de koolstof aan de haal gaan’, zegt Vicca. Die hypothese wil ze nu verder onderzoeken, door in verschillende bossen de hoeveelheid schimmels in bodemstalen te bepalen, en door te bestuderen wat het effect is van bemesting op de verdeling van koolstof tussen planten en bodembewoners.

‘Als de koolstofopslag in bossen zo sterk wordt bepaald door de beschikbaarheid van voedingsstoffen, dan moeten modellen daar rekening mee houden. Anders kunnen ze de opslagcapaciteit van de bossen op aarde niet correct inschatten.’

Extreem weer

Voor haar onderzoek doet Vicca vooral een beroep op grote datasets die andere wetenschappers overal ter wereld verzamelen. Maar ze begon ooit zelf met veldwerk. Voor haar proefschrift onderzocht ze de impact van hogere temperatuur en CO2-concentraties op het bos door die in kleine serres op te drijven. Een periode waar ze door problemen met meetapparatuur en stormschade aan de kassen met gemengde gevoelens aan terug denkt.

Maar stormen en andere extreme weersfenomenen spelen nog steeds een rol in haar onderzoek. Die zijn voor klimaatwetenschappers ook een bron van onzekerheid. Vorig jaar schreven Vicca en collega’s dat extreme weersfenomenen zoals stormen en droogte ervoor kunnen zorgen dat de ecosystemen op het land minder koolstof kunnen opslaan. Daardoor zou de klimaatopwarming versnellen, met meer risico op extreem weer tot gevolg. Zo ontstaat een positief feedbackmechanisme, vergelijkbaar met het smelten van de ijskappen aan de polen – daardoor wordt minder zonlicht gereflecteerd, waardoor de temperatuur stijgt en er nog meer ijs smelt, enzovoort.

In Europese bossen lijkt stormschade de belangrijkste factor. Zo velde superstorm Lothar in 1999 zoveel bomen dat ongeveer 16 miljoen ton opgeslagen koolstof verloren ging. Ook in het Amazonegebied deden stormen in 2005 ongeveer een kwart van de jaarlijkse koolstofopslag teniet. Op wereldschaal eisen vooral hittegolven en droogte een hoge tol. Na extreme droogte in 2005 en 2010 ging in het Amazonewoud respectievelijk 1,6 en 2,2 miljard ton koolstof verloren. ‘Verschillende processen spelen daarbij een rol’, legt Vicca uit. ‘Bij langdurige droogte sluiten planten hun huidmondjes waarlangs ze gassen uitwisselen met de atmosfeer. Daardoor verliezen ze minder water, maar kunnen ze ook geen CO2 meer opnemen en dus geen koolstof meer opslaan.

Dat effect kan zich tot lang na de droogteperiode laten voelen: het kan makkelijk tot twee jaar duren voor alles weer normaal verloopt. In het ergste geval zullen bomen afsterven. Daarnaast verhoogt droogte het risico op bosbranden en maakt het bomen gevoeliger voor ziektes.’ Over de impact van droogte op het bodemleven bestaat nog onduidelijkheid. ‘Hogere temperaturen maken bodemorganismen actiever, met meer CO2–uitstoot tot gevolg. Droogte vermindert de activiteit, maar die kan nadien explosief toenemen, als afgestorven planten en bodemorganismen afgebroken worden.’

Kantelpunt

De impact van extreem weer laat zich niet alleen in bossen voelen. Enorme koolstofvoorraden liggen opgeslagen in veengebieden: zo’n 90 miljard ton in de tropen en 500 miljard ton in het hoge noorden. Zowel droogte als extreme regenval kunnen ervoor zorgen dat een deel van die voorraden vrijkomt.

‘Het is duidelijk dat extreme weersfenomenen meer zullen voorkomen, al kunnen we nog niet precies zeggen wat dat voor specifieke gebieden precies zal inhouden’, zegt Vicca. Het lijkt erop dat dat voor ons vooral zal neerkomen op langere droogteperiodes en hevigere regenbuien.

‘Dé grote vraag is hoe sterk de capaciteit van ecosystemen om koolstof op te slaan, zal verminderen.’ De huidige modellen kunnen die vraag niet beantwoorden. Klimaatmodellen concentreren zich vooral op langzame veranderingen op lange termijn, en zijn nog steeds niet erg goed in het simuleren van extremen. Daarom schreven Vicca en haar collega’s in Nature dat er meer gedetailleerd onderzoek nodig is naar de reactie van ecosystemen op droogte, zodat we beter begrijpen wanneer kantelpunten overschreden worden.

Volgens Vicca doen we er sowieso goed aan de opwarming onder de twee graden Celcius te houden. Dat wordt moeilijk, maar kan in theorie nog. De koolstofdioxide concentratie in de atmosfeer zou daarvoor onder de 450 ppm. (deeltjes per miljoen) moeten blijven, en die bedraagt nu ongeveer 400 ppm. ‘Er is nog veel dat we niet weten, maar we weten wel dat we afstevenen op een toekomst met meer extreem weer en dat dat niet aangenaam zal zijn.’