Op 21 maart was het de Internationale Dag van het Bos, een gelegenheid om het belang van alle soorten bossen te vieren en onder de aandacht te brengen. Bomen zijn ontegensprekelijk een essentieel onderdeel van het hele aardsysteem. Zij ondersteunen vrijwel alle ecosystemen en biodiversiteit op het land, stabiliseren en bemesten de bodem, leggen grote hoeveelheden van het broeikasgas koolstofdioxide vast en voorzien zelfs de mens van overvloedige hoeveelheden heerlijk en voedzaam voedsel. En dan hebben we het nog niet eens over hun diepgaande psychologische effect op ons. Bomen en planten hebben positieve effecten op ons welzijn en onze mentale gezondheid. Maar, hoeveel weet jij er eigenlijk over?
Bij het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie zijn we vooral geïnteresseerd in hoe bomen de atmosfeer van de aarde beïnvloeden. Hun belangrijkste en bekendste bijdragen zijn dat ze CO2 absorberen en zuurstof leveren. Alle vegetatietypes stoten echter ook biogene vluchtige organische stoffen (BVOS) uit, met andere woorden, gassen die bestaan uit moleculen die aan elkaar gebonden koolstof- en waterstofatomen bevatten. Onder de BVOS is er één die we nader moeten bestuderen: isopreen.
Wat is isopreen en waarom is het belangrijk?
Isopreen is de belangrijkste BVOS die door vegetatie wordt uitgestoten en vertegenwoordigt tot 70% van alle vrijkomende koolwaterstoffen. De omvang van de wereldwijde jaarlijkse uitstoot is vergelijkbaar met die van methaan. De isopreenmolecule wordt gesynthetiseerd door de bladeren van de meeste planten. Het speelt een beschermende rol tegen thermische schade en oxidatieve werking van ozon en andere reactieve zuurstofsoorten die de fotosynthesecapaciteit van de plant belemmeren.
Op zichzelf is isopreen geen verontreinigende stof, maar het heeft een sterke invloed op de luchtkwaliteit en de troposferische chemie, en daardoor ook indirect op het klimaat. Het is zeer reactief, met een chemische levensduur in de orde van minuten tot uren, en stuurt veel complexe chemische reacties in de atmosfeer aan, ook ongewenste reacties. In feite - en misschien niet verrassend - is het de menselijke activiteit die een probleem vormt, want deze is verantwoordelijk voor de uitstoot van grote hoeveelheden stikstofoxiden (NOX) via industriële processen en transport. In aanwezigheid van grote hoeveelheden NOX kan één isopreenmolecule leiden tot de vorming van vele troposferische ozonmoleculen, wat zowel een verontreinigende stof als een broeikasgas is. Daartegenover, waar zeer weinig NOX aanwezig is, kunnen isopreenemissies van planten in sommige gevallen de troposferische ozonconcentraties verminderen.
Bovendien beïnvloedt isopreen ook de productie van secundaire organische aerosolen, minuscule deeltjes die aanzienlijke milieurisico's inhouden, zoals de verslechtering van de zichtbaarheid en gezondheidsproblemen. Wat het klimaat betreft heeft isopreen meerdere gevolgen: het vermindert het oxidatievermogen van de atmosfeer en verhoogt daardoor de levensduur van methaan, een broeikasgas waarvan bekend is dat het 25 keer krachtiger is dan CO2, en het draagt bij tot de vorming van ozon en aerosolen, die beide een vooraanstaande rol spelen bij de stralingsforcering van het aardesysteem.
Vanwege hun rol in de luchtkwaliteit en de chemie van de troposfeer - alsook hun oxidatie in de atmosfeer en de wijze waarop zij worden beïnvloed door de opwarming van het klimaat en veranderingen in landgebruik - zijn de emissies van isopreen van het grootste belang voor onderzoekers van het BIRA.
Globale bebossing en ontbossing van 1990 tot 2020 (in miljoen hectare/10 000 km2 per jaar). Bij een tempo van 50 000 km2
nettoverlies door ontbossing per jaar bedroeg het totale nettoverlies over de periode 2015-2020 250 000 km2.
Bron: verslag van 2020 van de Voedsel- en Landbouworganisatie van de Verenigde Naties.
Monitoring van isopreenemissies: een uitdaging
Het is duidelijk vastgesteld dat meteorologische omstandigheden, voornamelijk de temperatuur en zonnestraling, de biogene emissies van isopreen bepalen. Eenvoudig gezegd: warm en zonnig weer leidt tot hoge emissies. Maar het hangt ook af van het type en de dichtheid van de vegetatie. Om nauwkeurige ramingen te kunnen maken van isopreenfluxen over de hele wereld, moeten wetenschappers zo nauwkeurig mogelijk weten hoeveel, en welk type bodembedekking aanwezig is (b.v. bos, struikgewas, gras, landbouwgewas). Zo stoten loofbomen gemiddeld tot 10.000 keer meer uit dan gewassen, maar zijn de emissies van esdoorns te verwaarlozen in vergelijking met die van eiken, populieren en eucalyptussen. Hoewel de precieze plantensoort van belang is, is dergelijke specifieke kennis helaas slechts beschikbaar voor beperkte gebieden in de V.S., Europa of Australië.
Wist je dat het tellen van elke afzonderlijke boom ongeveer een miljoen jaar in beslag zou nemen, op voorwaarde dat je er één per seconde zou kunnen tellen 24/7 (gebaseerd op de schatting van 3 biljoen bomen uit een studie van Crowther et al.). Terwijl directe satellietwaarnemingen van isopreen zich nog in een vroeg ontwikkelingsstadium bevinden, berusten de inventarissen op geavanceerde modellen, zoals het MEGAN-model dat toelaat om biogene emissies in te schatten. De huidige emissie-inventarissen zijn ofwel gebaseerd op gemodelleerde en dynamische vegetatiekaarten, ofwel op satellietgebaseerde en statische kaarten. Op wereldschaal liggen de emissies tussen 350 en 800 miljoen ton per jaar. Het effect van praktijken inzake landgebruik, zoals ontbossing, bebossing, verstedelijking, houtkap, branden, enzovoort, op die emissies is echter nog hoogst onzeker. Volgens het 2020 rapport van de Voedsel- en Landbouworganisatie van de Verenigde Naties is er tussen 2015 en 2020 wereldwijd een nettoverlies van 250 000 km2 aan bosareaal geweest. In hun studie schatten Crowther et al. dat elk jaar ongeveer 15 miljard bomen worden gekapt.
Het team van BIRA-wetenschappers is het eerste dat een dynamische, satellietgebaseerde landbedekkingsdataset in aanmerking neemt om de isopreenemissies en de evolutie daarvan op lange termijn in te schatten. Om een onderscheid te maken tussen de verschillende types landbedekking en om veranderingen in de wereldwijde landbedekking, met name het bomenbestand, te volgen, gebruikten zij een kaart met een zeer fijne ruimtelijke resolutie (30 x 30 m²) van de verdeling van de landbedekking, afkomstig van de Global Forest Watch (GFW)-dataset, samen met de MODIS-dataset voor de andere types landbedekking.
“De GFW-dataset bleek een grote troef te zijn om veranderingen in boombedekking op kleine schaal te volgen”, zegt Beata Opacka, die deze studie geleid heeft. “Dit is bijvoorbeeld bijzonder belangrijk in sub-Sahara Afrika, waar het kappen van kleine bospercelen voor omschakeling naar kleine boerenbedrijven of voor de behoefte aan brandhout de belangrijkste oorzaken van ontbossing zijn”, vult zij aan. Bij de vergelijking van de GFW-dataset met nationale inventarissen is uit de studie gebleken dat de stijgende tendensen in bosareaal die door sommige nationale inventarissen (b.v. VS en China) worden gemeld, worden tegengesproken door de satellietgegevens, die wijzen op een afname in die landen. Dit komt grotendeels doordat sommige landen zaailingen en nieuwe bomen ook als bos assimileren, terwijl de satellietdatasets dit niet doen, aangezien deze een drempelwaarde voor de hoogte van bomen hanteren (minimaal 5 meter).
Ruimtelijke verdeling van de lineaire nettotrend (verandering in bedekkingsfractie per jaar) van de boombedekking
voor 2001-2016 in de GFWMOD-dataset. De fractieverandering per jaar wordt berekend door de boombedekkingstrends
in elke gridcel, uitgedrukt in km² /jaar, te delen door de overeenkomstige gridoppervlakte.
Wat is het effect van veranderingen in landbedekking op de emissies van isopreen?
In hun studie schatten de BIRA-wetenschappers, gebruikmakend van de op satellietgegevens gebaseerde GFW-dataset, de wereldwijde uitstoot van isopreen op gemiddeld 350 miljoen ton per jaar over de periode 2001-2016. Dat ligt aan de lage kant van de vorige schattingen. Zij gebruikten hun model om aan te tonen dat zonder rekening te houden met het effect van veranderingen in landbedekking, de isopreenuitstoot zou zijn toegenomen met 10% per decennium, als gevolg van de klimaatopwarming. Modellen zijn waardevolle instrumenten waarmee een experiment kan worden opgezet om vragen te beantwoorden die eerder onbeantwoord bleven. Bijvoorbeeld, wat is het effect van veranderingen in landbedekking op isopreentrends?
Wanneer wel rekening wordt gehouden met de veranderingen in landbedekking, laat het model een sterke daling zien in de wereldwijde trend van isopreenemissies, van zo’n 10% naar 6% per decennium. De veranderingen in de landbedekking hebben dus een verzachtend effect, voornamelijk als gevolg van de afname van de boombedekking op wereldschaal, en vooral in de tropen. Er zijn echter regio's waar de effecten van veranderingen in landbedekking zwaarder kunnen doorwegen dan de emissietoenames ten gevolge van de klimaatopwarming. De emissie-afnames die voor Sierra Leone en Madagaskar berekend werden, is respectievelijk vier- en zevenmaal zo groot als de toenames ten gevolge van de meteorologie. In Brazilië en Indonesië daarentegen worden - ondanks de aanzienlijke verliezen aan tropische bomen - toenemende trends in de isopreenemissies gevonden, die hoofdzakelijk worden aangedreven door toenemende temperaturen en zonnestraling.
Slotwoord
Het aardsysteem en het klimaat worden voor een groot deel bepaald door interacties tussen land en atmosfeer. Inzicht in en kwantificering van de omvang, trends en effecten daarvan op het aardsysteem zijn belangrijke wetenschappelijke uitdagingen die het gebruik vereisen van wereldwijde observaties, aangevuld met hoogwaardige metingen vanop de grond en in situ, evenals geavanceerde modellen die het tempo van de groeiende wetenschappelijke kennis kunnen bijhouden. De integratie van aardobservatiegegevens in modellen heeft potentieel aangetoond voor het beantwoorden van belangrijke vragen in verband met het budget en de evolutie van atmosferische componenten op mondiale, regionale en lokale schaal. De mogelijkheden op het gebied van atmosfeermonitoring nemen snel toe om de onzekerheden in land-atmosfeer-interacties verder aan te pakken.
Door een zo goed mogelijk begrip te krijgen van het systeem dat we zo sterk beïnvloeden, kunnen we onze volgende stappen richten op het herstellen van een evenwicht. We kunnen vandaag beginnen, door de Internationale Dag van het Bos te vieren en te communiceren over het belang van bossen in het aardsysteem.
Dankwoord
Dit onderzoek werd uitgevoerd in het kader van het ALBERI-project, gefinancierd door het Belgische aardobservatieprogramma STEREO III.
Bron: BIRA
