Klimaatverandering in droge ecosystemen

Droge klimaten vormen een aparte hoofdgroep in het classificatiesysteem van Köppen. In deze klimaattypes is beschikbaarheid van water een limiterende factor voor plantengroei. De vegetatie is dan ook beperkt, met niet of nauwelijks bomen: woestijnen, steppes of savannes, bijvoorbeeld. Ongeveer 40% van het landoppervlak op aarde bestaat uit droge gebieden en er woont ongeveer 35% van de wereldbevolking. De afbeelding hieronder geeft aan waar die droge gebieden liggen, op basis van gegevens over de periode 1971-2000. De kleuren geven de zogenaamde Leaf Area Index (LAI) weer, een maat voor de hoeveelheid vegetatie. Een lage LAI, lichtgroen weergegeven, staat voor weinig plantengroei, een hoge LAI, in donkerblauw, voor veel.

Of een klimaat als droog wordt gekenmerkt wordt bepaald aan de hand van de droogte-index (AI, van Aridity Index): de verhouding tussen de hoeveelheid neerslag en de potentiële verdamping. Potentiële verdamping is de hoeveelheid water die zou verdampen als er altijd voldoende water zou zijn. De AI hangt alleen af van meteorologische factoren: neerslag, temperatuur, luchtvochtigheid en wind. In een stabiel klimaat werkt die index prima, maar alleen meteorologische factoren zijn onvoldoende om het effect van droogte op vegetatie door klimaatverandering te bepalen. Twee wetenschappers van Harvard University, Alexis Berg en Kaighin A. McColl, hebben een nieuwe methode bedacht om dat te doen. Die methode is nog verre van volmaakt, schrijven ze zelf, maar wel een eerste stap op weg naar een betere weergave van te verwachten veranderingen.

Berg en McColl hebben een ecohydrologische index (EI) ontwikkeld, waarin ze enkele extra factoren meenemen. Bodemeigenschappen, bijvoorbeeld. Hoe beter een bodem water vasthoudt, hoe meer er beschikbaar is voor planten. En ze kijken naar het effect van de hogere CO₂-concentratie op planten. Meer CO₂ in de lucht helpt planten om zuiniger te zijn met water. Ze hoeven hun huidmondjes minder ver open te zetten om voldoende van hun basisbouwstof CO₂ binnen te halen en daardoor ontsnapt er minder waterdamp. Als deze factoren meegenomen worden heeft dat aardig wat invloed op geprojecteerde gevolgen van klimaatverandering. De onderzoekers vergelijken de gevolgen van het hoge emissiescenario RCP8.5 op de AI en de EI volgens 12 aardsysteemmodellen. In deze modellen wordt zowel het klimaatsysteem als de koolstofcyclus gesimuleerd.

Op basis van alleen de AI zou het droge gebied flink toenemen in een warmer klimaat, van 40% naar 46% van het landoppervlak. Volgens de EI blijft er van die toename niets over. De groei van droge gebieden op de ene plek wordt gecompenseerd door krimp elders. Minder verdamping uit planten is de belangrijkste oorzaak voor het verschil. De afbeelding hieronder laat het verschil zien.

Voor veel Europeanen valt het goede nieuws wat tegen. Want met de nieuwe methode ziet het er voor een behoorlijk deel van ons continent niet zo heel veel beter uit.

Er blijven hoe dan ook forse onzekerheden, erkennen Berg en McColl zelf. Voor hen zit de waarde van hun onderzoek vooral in de stap die ze zetten op weg naar betere projecties en veel minder in het precieze resultaat.

Een index die meer factoren meeneemt betekent vanzelf een groter onzekerheidsinterval. Dat is in dit geval ook zo: de modelspreiding van de EI is een stuk groter dan de AI. En er ontbreken nog steeds belangrijke factoren. Het effect van klimaatverandering op de soortensamenstelling in ecosystemen, bijvoorbeeld. En de bodemecologie, die van groot belang is voor ecosystemen. Een recent onderzoek van de Universiteit van Antwerpen, weliswaar niet over droge klimaattypes, illustreert de complexiteit van de materie en het belang van bodemleven voor wat er boven de grond gebeurt.

Ik verbaasde me er nogal over dat het effect van de hogere CO₂-concentratie op de opening van huidmondjes en daarmee op de verdamping ook in een hoog emissiescenario groot genoeg is om extra verdamping door de hogere temperatuur te compenseren. In elk geval volgens de gebruikte modellen. De auteurs van het artikel benadrukken dat die modellen de complexiteit van ecohydrologie sterk vereenvoudigen. Dat is wel begrijpelijk, want de ontwikkeling van dit soort complexe modellen van het hele aardsysteem is nog maar net begonnen.

Het lijkt misschien vreemd dat in dit onderzoek is gekozen voor het hoge emissiescenario RCP8.5. Het effect van zo’n grote verandering op complexe ecosystemen in namelijk hoogst onzeker, en dus is het maar de vraag of de resultaten wel realistisch zijn. Toch is het wel begrijpelijk dat dat in een verkennende studie als deze gebeurt: het extreme scenario geeft duidelijk zichtbare gevolgen, terwijl dat bij een minder extreem scenario misschien niet zo is. En dan is al het werk voor niks. Maar het betekent niet dat de resultaten ook heel realistisch zijn voor zo’n hoog emissiescenario. Ik hou het er voorlopig op dat ze hoopgevend zijn voor wat we kunnen verwachten bij een beperkte opwarming.

Een uitgebreide toelichting op het onderzoek is te vinden op Carbon Brief.