Wissenschaftler haben eine kontraintuitive Entdeckung über den Amazonas-Regenwald gemacht

Wenn es um den Klimawandel und den Amazonas-Regenwald geht, sind die Nachrichten nie gut. In den Jahren 2019 und 2020 waren die Nachrichten von brennenden Wäldern und einem vom Klimawandel und illegalen Holzeinschlag zerstörten Land geprägt.



Aber es gibt noch viele Wissenschaftler, die noch nichts über den mysteriösen Amazonas wissen.

ZU neue Studie veröffentlicht am Freitag in Fortschritte in der Wissenschaft ist ein typisches Beispiel. In der Studie enthüllen Wissenschaftler einige rätselhafte ökologische Merkmale in den feuchtesten Regionen des Amazonas, was darauf hindeutet, dass der Regenwald härter sein könnte als wir denken.



Neuronale Netze - In der Studie untersuchen Wissenschaftler den Zusammenhang zwischen zunehmender Lufttrockenheit (auch als Dampfdruckdefizit bekannt) und der Bruttoprimärproduktion im Amazonasgebiet.

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Die Bruttoprimärproduktion bezieht sich auf die Gesamtmenge an Kohlenstoff, die Pflanzen im Wald während der Photosynthese „fixieren“ oder aufnehmen.

Die Wissenschaftler verwendeten Beobachtungsdaten aus einem Zeitraum von neun Jahren zwischen Juni 2007 und Mai 2016 und gaben die Daten in ein maschinelles Lernwerkzeug ein, das als künstliches neuronales Netzwerk bekannt ist. Diese Netzwerke halfen den Forschern, ihre Ergebnisse zu analysieren und mit bestehenden Modellen und Simulationen zu vergleichen, wie trockene Luft die Fähigkeit des Amazonas verändert, als Kohlenstoffsenke zu fungieren.

'Ich wollte im Grunde genommen verschiedene Umweltprädiktoren verwenden und diese in ein Modell eingeben, damit ich Änderungen in der Photosynthese vorhersagen kann.' Julia K. Green , Hauptautor der Studie und Forscher am Laboratoire des Sciences du Climat et l'Environnement in Frankreich, erzählt Invers .



Luftaufnahme eines Bootes, das auf dem Jurura in der Gemeinde Carauari im Herzen des brasilianischen Amazonaswaldes am 15. März 2020 beschleunigt. Foto von FLORENCE GOISNARD / AFP über Getty Images

Simulation gegen Realität - Mit ihrem Modell haben Green und ihre Kollegen dann typische Vorhersagen von Landoberflächensimulationen mit den tatsächlichen Vorgängen im Amazonasgebiet verglichen.

'Dies sind die Modelle, mit denen wir Vorhersagen zum Klimawandel treffen. Daher können unsere Vorhersagen nur so gut oder genau sein wie diese Modelle “, sagt Green.



Die feuchteren Teile des Amazonas weisen Bäume mit tiefen Wurzelsystemen auf. Die Modelle zeigen jedoch, dass die Vegetation in diesen Gebieten aufgrund eines „Wassermangels“, das durch zunehmend trockene Luft oder Boden verursacht wird, gestresst werden kann, sagt Green. Dieses Wassermangel kann die Photosynthese stark beeinträchtigen.

'Pflanzen haben diese kleinen Poren auf ihren Blättern, die Stomata genannt werden. Und was letztendlich passiert, ist, dass die Pflanze, um Kohlendioxid aufzunehmen, die Stomata auf ihrem Blatt öffnen muss, damit das Gas absorbiert werden kann “, erklärt Green.

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Da die Pflanze jedoch etwas Kohlendioxid aufnimmt, verliert sie durch die Blattoberfläche Wasser, weil die Luft trockener ist, sagt Green. Infolgedessen: 'Je trockener die Luft, desto geschlossener werden die Stomata', um Wasser zu sparen, erklärt sie.

Die Forscher gingen - und auch ihre Modelle - davon aus, dass das Schließen der Stomata durch Lufttrockenheit die Photosynthese verringern würde.

Vergrößerung der Unterseite eines Eichenblattes mit sichtbaren Stomata, Zeichnung Foto von DeAgostini / Getty Images

'Was wir gesehen haben, ist, dass in Modellsimulationen mit nur wenig Trockenheit die Photosynthese in diesen Regenwaldregionen in den Modellen wirklich abnahm. Und wir waren uns nicht sicher, ob das unbedingt realistisch erscheint “, sagt Green.

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Hier kamen die künstlichen neuronalen Netze ins Spiel - Green nutzte ihre Erkenntnisse, um zu einer überraschenden Schlussfolgerung zu gelangen: Die Simulationsmodelle waren falsch.

'Was wir am Ende gesehen haben, ist, dass mit zunehmendem Dampfdruckdefizit die Photosynthese in diesen wirklich, wirklich feuchten Gebieten des Waldes zunimmt (zunimmt)', erklärt sie.

Der Grund dafür liegt in der Natur des Amazonaswaldes. Der Amazonas hat laut Green ein sehr 'dynamisches' Walddach, das das Schließen der Stomata kompensiert und die Photosynthese intuitiv steigert.

'Nachdem die Luft zu trocknen beginnt, passiert am Ende, dass der Wald viele dieser alten Blätter oben auf dem Baldachin abwirft', sagt Green. 'Neue jüngere Blätter ersetzen sie am Ende. Und diese neuen jüngeren Blätter haben eine viel höhere Photosynthesekapazität als die Blätter, die sie ersetzen. '

Brasilien, Sao Gabriel da Cachoeira: Luftaufnahme des Amazonaswaldes in der Nähe von Sao Gabriel da CachoeiraFoto von Diego Baravelli / Bildallianz über Getty Images

Eine natürliche Widerstandsfähigkeit - Der Amazonas dient einer der wichtigsten Kohlenstoffsenken der Welt. Und diese Kohlenstoffsenke ist auf die Photosynthese angewiesen, um zu überleben.

Diese Ergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass der Amazonas in Zeiten trockener Luft seine eigene natürliche Widerstandsfähigkeit besitzt. Ob die Ergebnisse jedoch darauf hindeuten, dass der Amazonas extremen Wetterereignissen wie der durch den Klimawandel verursachten Dürre besser standhält, ist unklar, sagt Green.

'Diese Studie zeigt zwar, dass die Wälder widerstandsfähiger gegen Lufttrockenheit sind als wir dachten und was abgebildet ist. Sie besagt jedoch nicht, dass die Luft auf ein Niveau austrocknen sollte, das wir bisher noch nicht gesehen haben, damit es in Ordnung ist.' Grün sagt.

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Abstrakt: Erdsystemmodelle sagen voraus, dass eine Zunahme der Trockenheit der Atmosphäre und des Bodens die Photosynthese im Amazonas-Regenwald verringern wird, was große Auswirkungen auf den globalen Kohlenstoffkreislauf hat. Anhand von In-situ-Beobachtungen, solarinduzierter Fluoreszenz und nichtlinearen Techniken des maschinellen Lernens zeigen wir, dass dies in der Realität nicht unbedingt der Fall ist: In vielen der feuchtesten Teile dieser Region nehmen Photosynthese und Biomasse mit zunehmender Trockenheit der Atmosphäre tendenziell zu trotz der damit verbundenen Verringerung der Leitfähigkeit des Baldachins zu CO2. Diese Ergebnisse können größtenteils durch Änderungen der Überdachungseigenschaften erklärt werden, insbesondere haben neue Blätter, die während der Trockenzeit gespült wurden, eine höhere Photosynthesekapazität als die Blätter, die sie ersetzen, was die negative stomatale Reaktion auf erhöhte Trockenheit kompensiert. Da die atmosphärische Trockenheit mit dem Klimawandel zunehmen wird, zeigt unsere Studie, wie wichtig es ist, die Reaktion der Photosynthese des Ökosystems auf die atmosphärische Trockenheit in sehr feuchten Regionen neu zu definieren, um die Kohlenstoffsenke des Landes genau zu quantifizieren.