Tørken i 2018 stanset det naturlige CO2-opptaket i Europa

I 2018 opplevde Europa en av de verste tørkeperiodene i det 21. århundre. En usedvanlig lang periode med høye temperaturer og lite nedbør førte til at planter og trær visnet og døde i stor skala. Det betød også at den europeiske vegetasjonen ikke tok opp noe CO₂ fra atmosfæren det året.

– Den omfattende hetebølgen og tørken i 2018 hadde negativ innvirkning på vegetasjonen over hele Vest- og Nord-Europa. Konsekvensen var at trærne og plantene det året ikke tok opp noe CO2 fra atmosfæren, som ellers normalt ville skjedd, forklarer Dr. Rona Thompson.

Thompson er seniorforsker ved NILU – Norsk institutt for luftforskning og hovedforfatter av en nylig publisert artikkel i et spesialnummer av Philosophical Transactions of the Royal Society B. Utgaven fokuserer på effekten av tørken i 2018, med utgangspunkt i data fra ICOS (se faktaboks nedenfor). 

CO2-sluket tørker inn

Landbiosfæren tar opp CO2 fra atmosfæren gjennom fotosyntese og frigjør den igjen gjennom respirasjon. I Europa er for tiden opptaket (som også kan kalles «primærproduksjonen») så vidt større enn utslippene, noe som gir et «sluk» av CO2 fra atmosfæren. Dette sluket motvirker delvis (6%) mengden CO2 som slippes ut fra menneskelig aktivitet i Europa, da spesielt fra fossilt brensel. Forskjellen mellom CO2-opptaket og den totale respirasjonen kalles netto økosystem-utveksling (Net Ecosystem Exchange), NEE. En positiv NEE indikerer at CO2 går fra landbiosfæren til atmosfæren, mens negativ NEE betyr at CO2 går fra atmosfæren til landbiosfæren.

I løpet av våren 2018 opplevde Nord-Europa generelt gode vekstforhold, noe som resulterte i mer negativ NEE. Eller, med andre ord, et forbedret CO2-opptak.

– På den tiden var det fortsatt mye vann i jorden, sier Thompson. – Vegetasjonen dro fordel av mer lys og varme, og var i stand til å ta opp mer CO2 enn normalt.

Mot slutten av våren begynte de høyere temperaturene og mangelen på nedbør å påvirke vegetasjonen og CO2-opptaket negativt. Den rekordlange tørkeperioden resulterte i at NEE for 2018 var nær null for Vest- og Nord-Europa. Dette står i klar motsetning til de siste 10 årene, da årlig NEE alltid har vært negativ.

– Implikasjonene av dette er at Europas naturlige CO2-opptak, som hjelper til med å kompensere for deler av CO2-utslippene fra fossile brensler, er sårbart, sier Thompson. – Klimamodeller forutsier at tørke om sommeren vil bli mer sannsynlig, noe som igjen betyr at det europeiske biosfære-sluket kan bli mindre eller til slutt forsvinne i fremtiden.

Bilder tatt av NOAA-20-satellittens VIIRS-instrument 30. juni og 6. august 2018 viser nedvisningen av vegetasjon i Vest-Europa etter flere uker med varmt, tørt vær. Foto: NOAA, https://www.nesdis.noaa.gov/content/record-summer-heat-bakes-europe

Kvantifisering ved hjelp av atmosfæriske inversjonsmodeller

Thompson og hennes medforfattere har brukt fem forskjellige regionale atmosfæriske inversjonsmodeller for å kvantifisere effekten av tørkeperioden på netto økosystem-utvekslingen.

De så først på variasjoner av CO2 i atmosfæren. Så brukte de en atmosfærisk transportmodell til å forsøke å modellere disse variasjonene ved hjelp av estimater av CO2-utveksling, spesielt da NEE fra landbiosfæremodeller. De så på uoverensstemmelsene mellom modellert CO2 og CO2-observasjoner, og brukte denne uoverensstemmelsen i en statistisk optimalisering for å forbedre de opprinnelige NEE-estimatene.

– Vi brukte atmosfæriske CO2-observasjoner fra 48 målestasjoner over hele Europa for å beregne NEE, forklarer Thompson. – Det vi fant ut, var at de fem forskjellige inversjonsmodellene konsekvent klarte å oppdage NEE-endringen i 2018.

Modellene deres viste at årlig NEE i den tempererte delen av Europa var mer positiv (lavere CO2-opptak) i 2018 sammenlignet med det 10-årige gjennomsnittet. Med andre ord var det ikke noe netto CO2-opptak dette året. De fant et lignende resultat også for Nord-Europa, selv om vegetasjonen der faktisk hadde fordel av de varmere temperaturene våren 2018.

Thompson og medforfatterne hennes avslutter artikkelen med å påpeke at absolutte NEE-verdier fra atmosfæriske inversjonsmodeller fortsatt er usikre. For å oppnå bedre resultater, vil de trenge mer nøyaktige estimater for utslipp av fossilt brensel, gode inngangsdata til modellene – og et godt vedlikeholdt og finmasket atmosfærisk observasjonsnettverk.

Faktaboks 1: Hva er en atmosfærisk inversjonsmodell?

Den atmosfæriske inversjonsmetoden innebærer at forskerne først bruker atmosfæriske spredningsmodeller (tilsvarende værvarslingsmodeller) som de mater med førstegangsestimater av utslipp av ulike stoffer. Basert på disse modellene og utslippstallene blir det beregnet luftkonsentrasjoner. Disse modellerte konsentrasjonene blir deretter sammenlignet med observasjoner fra målestasjoner, for å beregne forskjellen mellom modell og faktisk observasjon. I neste trinn kjøres modellene i en «invers» (bakover) modus. Dette gjøres for å knytte forskjellene mellom modeller og observasjoner til korreksjoner i de opprinnelige utslippsestimatene.

Faktaboks 2: Spesialutgave av tidsskrift basert på datasett fra ICOS

Artikkelen “Changes in Net ecosystem exchange over Europe during the 2018 drought based on atmospheric observations” er en av 17 studier som publiseres i det vitenskapelige tidsskriftet Philosophical Transactions Bs temautgave “Impacts of the 2018 severe drought and heatwave in Europe: From site to continental scale”.

Felles forskningsinnsats fra mer enn 200 toppforskere

De 17 studiene representerer arbeidet til mer enn 200 forskere fra europeiske universiteter og forskningsinstitutter, som alle inngår i ICOS-forskningsinfrastrukturen. Forskerne som deltok, jobbet koordinert og samlet enorme mengder data svært raskt. De unike datasettene om 2018-tørken ble publisert av ICOS Carbon Portal, og de første var tilgjengelige kun 6 måneder etter at initiativet kom i gang.

Dette var mulig takket være eksisterende infrastruktur og data fra ICOS, Integrated Carbon Observation System, som kontinuerlig måler klimaet via sine over 140 stasjoner over hele Europa. De langsiktige høykvalitetsdataene som tilbys, gjør det mulig å oppnå vitenskapelige resultater raskere enn i tradisjonelt utførte studier, som ofte starter med å etablere målestedene.

ICOS arrangerer sin online konferanse 14.-17. september 2020. Mange av resultatene fra temanummeret blir presentert av forfatterne i sesjon 2 av konferansen, tirsdag 15/9 klokka 14-15.30. ICOS konferanseprogram er tilgjengelig, og registrering er gratis. Foredragene blir tatt opp og gjort tilgjengelig for deltakerne.