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Warming alters the metabolic balance of ecosystems

Gabriel Yvon-Durocher1,*, J. Iwan Jones2, Mark Trimmer1, Guy Woodward1 and Jose M. Montoya1,3,* 1School of Biological and Chemical Sciences, Queen Mary University of London, London E1 4NS, UK 2Centre for Ecology and Hydrology, MacLean Building, Benson Lane, Crowmarsh Gifford, Wallingford OX10 8BB, UK 3Institute of Marine Sciences (ICM-CSIC), Pg. Marítim de la Barceloneta, 37-49, 8003 Barcelona, Spain

Abstract

The carbon cycle modulates climate change, via the regulation of atmospheric CO2, and it represents one of the most important services provided by ecosystems. However, considerable uncertainties remain concerning potential feedback between the biota and the climate. In particular, it is unclear how global warming will affect the metabolic balance between the photosynthetic fixation and respiratory release of CO2 at the ecosystem scale. Here, we present a combination of experimental field data from freshwater mesocosms, and theoretical predictions derived from the metabolic theory of ecology to investigate whether warming will alter the capacity of ecosystems to absorb CO2. Our manipulative experiment simulated the temperature increases predicted for the end of the century and revealed that ecosystem respiration increased at a faster rate than primary production, reducing carbon sequestration by 13 per cent. These results confirmed our theoretical predictions based on the differential activation energies of these two processes. Using only the activation energies for whole ecosystem photosynthesis and respiration we provide a theoretical prediction that accurately quantified the precise magnitude of the reduction in carbon sequestration observed experimentally. We suggest the combination of whole-ecosystem manipulative experiments and ecological theory is one of the most promising and fruitful research areas to predict the impacts of climate change on key ecosystem services.

La ruptura del equilibrio del ciclo del carbono en los ecosistemas puede poner en peligro las medidas de mitigación 

A partir de un cierto incremento de temperatura los ecosistemas que fijan carbono expulsan más CO2 del que retienen.Un aumento de la temperatura global para mediados de siglo de 4 grados haría que los ecosistemas que actúan como sumideros de CO2 para mitigar el cambio climático se conviertan en fuentes de CO2. Los ecosistemas responden al calentamiento global como si fueran un organismo y tienen su propio equilibrio metabólico. Un lago, por ejemplo, en su conjunto, es capaz de retener y fijar una determinada cantidad de CO2 (gracias fundamentalmente a sus bacterias y la fotosíntesis de plantas y fitoplancton) y de expulsar otra a través de su ‘respiración’. Un modelo teórico que predice los efectos del calentamiento sobre el metabolismo de un ecosistema y calcula las proporciones de CO2 retenido y expulsado a medida que la temperatura aumenta. Paralelamente, han puesto a prueba esos cálculos teóricos en 20 lagos artificiales que simulaban las condiciones de los lagos en el sur de Inglaterra y el aumento de temperatura predicho para mediados de este siglo. Normalmente, la proporción de CO2 retenido es mayor que la proporción de CO2 expulsado, lo que convierte a los lagos en sumideros de CO2 que ayudan a compensar el calentamiento. Los resultados muestran que el aumento de temperatura predicho para mediados de este siglo hará que algunos ecosistemas emitan más CO2 del que retendrán, lo que supondrá “una realimentación positiva: más temperatura implicará más CO2 lo que a su vez implicará más temperatura”, Simulado un escenario con un aumento de 4 grados y lo han comparado con las condiciones actuales. En estas condiciones los ecosistemas absorben menos CO2, y a lo largo de los meses más cálidos, el CO2 expulsado ya es mayor que el absorbido. En un mundo más caliente todo se acelerará pero a diferente velocidad. Las reacciones relacionadas con la fijación de carbono son menos sensibles a la temperatura que las relacionadas con la respiración”. Los ecosistemas tenderán a reequilibrarse a largo plazo en su emisión y absorción de carbono, pero lo que ocurra en la transición de un equilibrio a otro es lo preocupante. En dicha transición, se puede liberar una gran cantidad de carbono que haga que su concentración en la atmósfera sea mucho mayor de lo esperado y comprometa las medidas de mitigación del impacto del cambio climático. Fuente: CSIC

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