Tendências contemporâneas na produção fotossintética planetária
A produção fotossintética terrestre e marinha é normalmente estudada separadamente. Agora, uma análise integrada da produção primária líquida terrestre e oceânica para o período de 2003 a 2021 revela que a produção primária líquida terrestre e oceânica apresenta tendências contrastantes. O aumento da produção primária da biosfera é predominantemente impulsionado por um aumento na produção terrestre, parcialmente compensado por uma diminuição oceânica.
As plantas terrestres impulsionaram um aumento na fotossíntese global entre 2003 e 2021, uma tendência parcialmente compensada por um fraco declínio na fotossíntese — o processo de usar a luz solar para produzir alimentos — entre as algas marinhas, de acordo com um estudo na Nature Climate Change.
As descobertas podem informar avaliações da saúde planetária, melhorar a gestão de ecossistemas e orientar projeções de mudanças climáticas e estratégias de mitigação.
Organismos fotossintéticos — também conhecidos como produtores primários — formam a base da cadeia alimentar, tornando possível a maior parte da vida na Terra. Utilizando a energia solar, os produtores primários fixam, ou convertem, o carbono do ar em matéria orgânica, ou seja, à base de carbono. Mas os produtores primários também liberam carbono por meio de um processo chamado respiração autotrófica, que é semelhante à respiração.
A taxa de ganho de carbono após contabilizar a perda pela respiração é chamada de produção primária líquida.
“A produção primária líquida mede a quantidade de energia que os organismos fotossintéticos capturam e disponibilizam para sustentar quase todas as outras formas de vida em um ecossistema”, disse o primeiro autor Yulong Zhang, um cientista pesquisador no laboratório de Wenhong Li na Escola Nicholas de Meio Ambiente da Universidade Duke.
“Como base das teias alimentares, a produção primária líquida determina a saúde do ecossistema, fornece alimentos e fibras para os humanos, atenua as emissões antropogênicas de carbono e ajuda a estabilizar o clima da Terra”.
Pesquisas anteriores sobre produção primária líquida geralmente se concentram em ecossistemas terrestres ou oceânicos, deixando lacunas em nossa compreensão da produção primária líquida em toda a Terra e das potenciais implicações para a mitigação climática.
Para este estudo, a equipe explorou tendências anuais e variabilidade na produção primária líquida global, com foco na interação entre ecossistemas terrestres e oceânicos.
“Se você está analisando a saúde planetária, precisa considerar os domínios terrestre e marinho para uma visão integrada da produção primária líquida. Os estudos pioneiros que combinaram pela primeira vez a produção primária terrestre e marinha não foram substancialmente atualizados em mais de duas décadas”, disse o coautor Nicolas Cassar, titular da Cátedra Lee Hill Snowdon Bass na Nicholas School, que supervisionou a pesquisa em conjunto com Zhang.
Observações de satélites oferecem uma perspectiva contínua sobre a fotossíntese realizada por plantas e algas marinhas, chamadas fitoplâncton. Especificamente, instrumentos de satélite especializados medem o verde da superfície, que representa a abundância de um pigmento verde chamado clorofila, produzido pela vida fotossintética.
Os modelos de computador estimam então a produção primária líquida combinando dados de vegetação com outros dados ambientais, como temperatura, luz e variabilidade de nutrientes.
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Os autores do novo estudo usaram seis conjuntos de dados diferentes baseados em satélite sobre a produção primária líquida — três para a terra e três para os oceanos — para os anos de 2003 a 2021. Usando métodos estatísticos, eles analisaram as mudanças anuais na produção primária líquida para a terra e, separadamente, para o oceano.
Eles descobriram um aumento significativo na produção primária líquida terrestre, a uma taxa de 0,2 bilhões de toneladas métricas de carbono por ano entre 2003 e 2021. A tendência foi generalizada de áreas temperadas para boreais, ou de alta latitude, com uma exceção notável nos trópicos da América do Sul.
Em contrapartida, a equipe identificou um declínio geral na produção primária líquida marinha, de cerca de 0,1 bilhão de toneladas métricas de carbono por ano, no mesmo período. Fortes declínios ocorreram principalmente nos oceanos tropicais e subtropicais, particularmente no Oceano Pacífico.
No geral, as tendências em terra dominaram as dos oceanos: a produção primária líquida global aumentou significativamente entre 2003 e 2021, a uma taxa de 0,1 bilhão de toneladas métricas de carbono por ano.
Fatores ambientais
Para entender os potenciais fatores ambientais em jogo, a equipe analisou variáveis como disponibilidade de luz, temperatura do ar e da superfície do mar, precipitação e profundidade da camada mista — uma medida que reflete a extensão da mistura na camada superior do oceano pelo vento, ondas e correntes de superfície.
“A mudança em direção a uma maior produção primária em terra decorreu principalmente de plantas em latitudes mais altas, onde o aquecimento estendeu as estações de crescimento e criou temperaturas mais favoráveis, e em regiões temperadas que sofreram umidade local em algumas áreas, expansão florestal e intensificação de terras agrícolas”, disse Wenhong Li, professor de ciências da Terra e do clima na Nicholas School e coautor do estudo.
O aumento das temperaturas pareceu ter um efeito oposto em algumas áreas oceânicas.
“O aumento da temperatura da superfície do mar provavelmente reduziu a produção primária de fitoplâncton em regiões tropicais e subtropicais”, acrescentou Cassar. “Águas mais quentes podem se sobrepor a águas mais frias e interferir na mistura de nutrientes essenciais para a sobrevivência das algas.”
Embora a terra tenha impulsionado o aumento geral na produção primária global, o oceano influenciou principalmente a variabilidade anual, especialmente durante eventos climáticos fortes, como El Niño e La Niña, descobriram os autores.
“Observamos que a produção primária oceânica responde muito mais fortemente ao El Niño e à La Niña do que a produção primária terrestre”, disse o coautor Shineng Hu, professor assistente de dinâmica climática na Nicholas School.
“Uma série de eventos La Niña foi parcialmente responsável por uma reversão de tendência na produção primária oceânica que identificamos após 2015. Essa descoberta destaca a maior sensibilidade do oceano à variabilidade climática futura”.
O estudo aponta o papel importante dos ecossistemas terrestres na compensação dos declínios na produção primária líquida do fitoplâncton marinho, de acordo com os autores.
Mas eles acrescentaram que o declínio na produção primária líquida nos oceanos tropicais e subtropicais, juntamente com a estagnação em terra nos trópicos, pode enfraquecer a base das teias alimentares tropicais, com efeitos em cascata sobre a biodiversidade, a pesca e as economias locais.
Com o tempo, essas interrupções também podem comprometer a capacidade das regiões tropicais de funcionarem como sumidouros eficazes de carbono, potencialmente intensificando os impactos do aquecimento climático.
“Se o declínio na produção primária oceânica continuará — e por quanto tempo e em que medida os aumentos em terra podem compensar essas perdas — continua sendo uma questão fundamental sem resposta, com grandes implicações para avaliar a saúde de todos os seres vivos e orientar a mitigação das mudanças climáticas”, disse Zhang.
“O monitoramento coordenado e de longo prazo dos ecossistemas terrestres e oceânicos como componentes integrados da Terra é essencial”.