Pesquisa ajuda a entender como as plantas terrestres afetam o clima

Fotos:Ilustração de Jeffrey Benca, Instituto Globe/Universidade de Copenhague, IPC, Universidade da Califórnia-Berkeley,

O surgimento de florestas na Terra (~ 385 milhões de anos atrás, Ma) tem sido associado a um declínio de ordem de grandeza nos níveis atmosféricos de CO 2 e resfriamento climático global, alterando os processos de intemperismo continental, mas restrições observacionais no CO 2 atmosférico antes a ascensão das florestas carrega grandes incertezas, muitas vezes ilimitadas. Aqui, calibramos um modelo mecanicista para troca gasosa em licófitas modernas e restringimos os níveis atmosféricos de CO 2 410–380 Ma de plantas fossilizadas relacionadas com incertezas de limite de aproximadamente ±100 ppm (1 sd). Descobrimos que a atmosfera continha ~ 525–715 ppm CO 2 antes que os continentes fossem reflorestados e que a Terra fosse parcialmente glacial de acordo com um modelo paleoclimático. Um modelo biogeoquímico orientado por processo (COPSE) mostra que o aparecimento de árvores com raízes profundas não aumentou drasticamente a remoção de CO 2 atmosférico. Em vez disso, os ecossistemas vasculares de raízes rasas podem ter causado simultaneamente a oxigenação atmosférica abrupta e o resfriamento climático muito antes do surgimento das florestas, embora os níveis anteriores de CO 2 ainda sejam desconhecidos.

Os cientistas descobriram que a atmosfera continha muito menos CO 2 do que se pensava quando as florestas surgiram em nosso planeta. O novo estudo tem implicações importantes para a compreensão de como as plantas terrestres afetam o clima.

A pesquisa foi conduzida pela Universidade de Copenhague em colaboração com a Universidade de Nottingham e altera 30 anos de entendimento anterior.

Os continentes da Terra foram colonizados por árvores altas e florestas há cerca de 385 milhões de anos. Antes disso, plantas arbustivas rasas com tecido vascular, caules, raízes rasas e sem flores haviam invadido a terra. Os livros didáticos nos dizem que a atmosfera naquela época tinha níveis de CO 2 muito mais altos do que hoje e que um intenso efeito estufa levou a um clima muito mais quente.

Anteriormente, pensava-se que o surgimento de florestas promoveria a remoção de CO 2 da atmosfera, levando a Terra a um longo período de resfriamento com cobertura de gelo nos polos.

Reconstruir os níveis atmosféricos de CO 2 no passado geológico é difícil e anteriormente dependia de proxies que também dependiam de parâmetros que tinham que ser assumidos. Os cientistas do clima concordam que o CO 2 desempenha um papel crucial na formação do clima da Terra, tanto hoje quanto no passado. Portanto, um grande desafio para os cientistas da Terra é entender o que tem controlado a abundância de CO 2 na atmosfera.

“ Calibramos um modelo mecanístico para a troca gasosa entre as folhas das plantas e o ar ambiente para a linhagem mais antiga de plantas vasculares terrestres, ou seja, musgos. Com essa abordagem, poderíamos calcular o nível de CO 2 no ar apenas a partir de observações feitas no material vegetal “, conta o professor associado Tais W. Dahl, do Instituto Globe da Universidade de Copenhague, que liderou o estudo em colaboração com uma equipe internacional de pesquisadores da Alemanha, Arábia Saudita, Reino Unido e EUA.

O novo método baseia-se em três observações que podem ser feitas tanto em plantas vivas quanto em tecidos vegetais fósseis, incluindo a proporção de dois isótopos de carbono estáveis e o tamanho e a densidade dos estômatos (aberturas dos poros) através dos quais o CO 2 é absorvido pela planta. Os pesquisadores calibraram o método em clubmosses vivos e descobriram que esta abordagem pode reproduzir com precisão os níveis de CO 2 ambiente na estufa.

“O método recém-calibrado para estudar os níveis de CO 2 do registro geológico é superior às abordagens anteriores que produzem estimativas com barras de erro ilimitadas simplesmente porque dependem de parâmetros que não podem ser limitados independentemente no registro geológico”, diz Barry Lomax, professor da Universidade de Nottingham e co-autor do estudo.

A equipe de pesquisa aplicou o método a alguns dos mais antigos fósseis de plantas vasculares que viveram antes e depois que as árvores evoluíram em nosso planeta e descobriram que a proporção dos dois isótopos de carbono estáveis, carbono-13 e carbono-12, é muito semelhante à de plantas modernas.

Além disso, a densidade e o tamanho dos estômatos também foram muito semelhantes aos observados em seus descendentes vivos. Essas observações deram início a uma investigação mais completa do registro inicial de CO 2.

Dahl e seus colegas coletaram dados de 66 fósseis de três espécies distintas de musgos encontrados em 9 localidades diferentes em todo o mundo com 410 a 380 milhões de anos de idade. Em todos os casos, os níveis atmosféricos de CO 2 eram apenas 30-70% mais altos (~525 – 715 ppm) do que hoje (~415 ppm). Isso é muito menor do que se pensava anteriormente (2.000-8.000 ppm). Ppm significa partes por milhão e é a unidade usada para medir as concentrações de dióxido de carbono no ar.

A equipe utilizou um modelo paleoclima para mostrar que a Terra era um planeta temperado com temperatura média do ar na superfície tropical de 24,1-24,6 °C. “ Usamos um modelo de atmosfera-oceano totalmente acoplado para descobrir que a Terra tinha pólos cobertos de gelo quando as florestas surgiram. No entanto, as plantas terrestres poderiam prosperar nas zonas tropicais, subtropicais e temperadas “, explica Georg Feulner, do Instituto Potsdam para o Clima, na Alemanha, que co-autor do estudo. O novo estudo sugere que as árvores realmente desempenham um papel insignificante nos níveis atmosféricos de CO 2 em escalas de tempo mais longas porque as primeiras árvores tinham sistemas radiculares mais profundos e produziam solos mais desenvolvidos que estão associados a menor perda de nutrientes.

Com uma reciclagem de nutrientes mais eficiente nos solos, as árvores realmente têm uma demanda menor de intemperismo do que a vegetação rasa semelhante a arbustos que veio antes delas. Essa ideia vai contra o pensamento anterior de que árvores com sistema radicular mais profundo promoviam a remoção de CO 2 por meio de intemperismo químico aprimorado e dissolução de rochas de silicato.

Dahl e seus colegas usaram modelos do sistema terrestre para mostrar que plantas vasculares primitivas semelhantes a arbustos poderiam ter causado um declínio maciço no CO 2 atmosférico no início da história, quando se espalharam pelos continentes. O modelo mostra que o ecossistema vascular teria levado simultaneamente a um aumento nos níveis atmosféricos de O 2.