Woestijngebieden kunnen klimaatveranderingen voorspellen

Wat het wereldklimaat betreft, blijft planeet Aarde ons de voorbije tien jaar een zomeralarm sturen. Volgens de NASA hebben zich sinds 2000 negentien van de warmste jaren voorgedaan, met 2016 en 2020 samen als de warmste ooit. Deze zomer haalt nu al wereldwijd de krantenkoppen: in het Verenigd Koninkrijk werd het warmer dan 40 graden Celsius. Stefan Dekker, ecohydroloog aan de Universiteit Utrecht, droeg bij aan het onderzoek dat vandaag wordt gepubliceerd in Nature Ecology & Evolution.

Er doen zich meer klimaatextremen voor. Sneeuw smelt in hoogelegen gebieden, hevige bosbranden nemen toe, terwijl stortregens gevolgd door droge perioden, de norm worden. Als hittegolven en ernstige droogtes trends zijn die overal ter wereld zullen aanhouden, wat zal de toekomst dan brengen voor de gematigde en tropische bos- en akkerbouwgebieden in de wereld? Wetenschappers kijken naar de unieke aanpassingen van het leven in de woestijn, dat functioneert volgens zijn eigen regels die lang werden beschouwd als uniek voor droge gebieden. 

Naar aanleiding van een recente bijeenkomst van de Europese Ecologische Federatie en een actie van de Europese Samenwerking op het gebied van Wetenschap en Technologie (COST) heeft het internationale onderzoeksteam, onder leiding van de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem, een lijst opgesteld van unieke leefregels die de ecosystemen van droge gebieden aandrijven. Momenteel bestaat meer dan een derde van het landoppervlak van de aarde uit droge gebieden. Veel van deze sleutelprocessen werden vroeger alleen relevant geacht voor droge gebieden, zoals: snelle omschakeling tussen natte en droge omstandigheden die de activiteit van planten en dieren beïnvloeden; herverdeling van water in de bodem door plantenwortels; en de vorming van levende korsten op bodemoppervlakken door microscopische organismen.

In totaal identificeerde het team een twaalftal verschillende drooglandmechanismen die van invloed zijn op de vegetatieverdeling, de plantengroei, de waterstroming, de energiebalans, de koolstof- en voedingsstoffencyclus en de afbraak van dood materiaal. Deze mechanismen werden gecategoriseerd als ofwel snel reagerend - mechanismen waarvan we kunnen verwachten dat ze optreden bij kortdurende droogte, zoals droog-nat cycli, warmte en zonlicht die dood materiaal afbreken, of langzaam reagerend - mechanismen die optreden na jaren van droogte, zoals de vorming van levende korst op de bodem, als gevolg van veranderingen in de plantendistributie. De onderzoekers presenteerden 12 drooglandmechanismen die routinematig voorkomen in droge gebieden, maar niet vaak worden aangetroffen of bestudeerd in natte systemen. Vervolgens categoriseerden zij deze mechanismen op basis van hoe waarschijnlijk het is dat zij in de toekomst in nattere systemen zullen voorkomen. Een groot deel van Europa kende bijvoorbeeld een ernstige droogte en hittegolf in de zomer van 2018. Als gevolg daarvan heeft de lage plantbedekking in landbouwvelden gedurende deze tijd waarschijnlijk geleid tot woestijnachtige biologische processen die zich op deze historisch natte locaties voordoen (zie afbeelding Denemarken zomer 2018). Momenteel heeft een nieuwe hittegolf Europa getroffen. Onder deze omstandigheden neemt de plantengroei drastisch af, wat leidt tot meer blootstelling van de bodem op oppervlakken die niet door planten zijn bedekt.

Droge bodemomstandigheden zullen vele drooglandmechanismen, zoals de distributie van bodemwater via plantenwortels, stimuleren. Andere mechanismen zullen reageren op veranderingen in de vegetatie, waarbij een schaarser verspreide vegetatie het aantal organismen dat bodemoppervlaktekorsten vormt zal doen toenemen, en de rol van zonlicht bij de afbraak van dode bladeren zal doen toenemen. Om een beter inzicht te krijgen in de mogelijke vertakkingen van de drooglandmechanismen op de verspreiding van de vegetatie en de afbraak van dood materiaal, heeft het onderzoeksteam de gegevens over de drooglanden gebruikt om te modelleren hoe de krachten die drooglanden aandrijven onder toekomstige klimaatomstandigheden in toenemende mate zullen worden toegepast op gematigde gebieden. De resultaten waren verbluffend. De gegevens voorspelden dat tegen het einde van de 21e eeuw de totale oppervlakte van niet-droge gebieden met een gemiddelde temperatuur van de bovengrond van meer dan 40 graden Celsius naar schatting met ongeveer 17 miljoen vierkante kilometer zal toenemen, wat ruwweg overeenkomt met de gecombineerde landoppervlakte van de VS en Brazilië. Voorts impliceren de prognoses dat de droogte in de bodem aanzienlijk zal toenemen in de vochtige regio's van Zuid-Amerika, Afrika en Oceanië, en dat ook in Noord-Amerika en Europa sprake zal zijn van aanzienlijke regionale droogte. Deze resultaten kunnen vervolgens in modellen worden verwerkt om na te gaan hoe de natuur onder drogere of warmere omstandigheden zal functioneren. Gewoonlijk wordt aangenomen dat de werkingsregels dezelfde blijven, zelfs als het klimaat verandert. Maar wat als de regels volgens welke het leven werkt, veranderen en de traditionele modellen daar geen rekening mee houden?

Sommige van deze voorspelde veranderingen zich zullen voordoen in regio's met een grote menselijke bevolking, en dus een aanzienlijke invloed hebben op het welzijn van de samenleving in deze regio's. De nieuwe inzichten van deze studie kunnen bijdragen tot de verbetering van het vermogen van de samenleving om klimaatextremen te weerstaan en de gevolgen daarvan voor de natuur en de mens te verminderen. Eén ding is zeker, zeggen de onderzoekers: een beter begrip van onze woestijnsystemen zou ertoe kunnen leiden dat de samenleving realistischer verwachtingen gaat koesteren van de gevolgen van de klimaatverandering voor historisch nattere gebieden, in een poging de waarschuwingen van Moeder Natuur ter harte te nemen.