Regional synchrony amplifies the fire signal in global CO₂ growth rate

De lucht die we inademen draagt een verslag van de gezondheid van de planeet met zich mee, geschreven in de onzichtbare taal van koolstofdioxide. Decennialang hebben wetenschappers geobserveerd hoe de hoeveelheid van dit gas in de atmosfeer met de seizoenen meebeweegt, waarbij ze volgen hoe de oceanen en bossen van de Aarde koolstof absorberen en weer afgeven. Terwijl menselijke activiteit gestaag meer koolstof in de lucht pompt, fungeert de natuurlijke wereld als een enorme, fluctuerende spons die een aanzienlijk deel van die emissies opzuigt. Deze spons werkt echter niet met een constante snelheid. Het vermogen om koolstof vast te houden verandert van jaar tot jaar, gedreven door het weer. Wanneer een regio te warm of te droog wordt, kunnen bossen stoppen met het absorberen van koolstof en beginnen met het afgeven ervan, of ze kunnen afbranden. Deze natuurlijke schommelingen creëren een "groeisnelheid" voor atmosferische koolstofdioxide die geen vloeiende lijn is, maar een grillig pad van pieken en dalen. Begrijpen waarom deze pieken hoger of lager worden, is cruciaal, omdat het ons vertelt hoe stabiel het klimaatsysteem van de Aarde werkelijk is.

Lamaag werd door onderzoekers aangenomen dat de wilde schommelingen in de hoeveelheid groeiende koolstofdioxide in de atmosfeer voornamelijk werden veroorzaakt door veranderingen in hoe planten groeien en ademhalen. Brand werd bekend als een factor, maar werd vaak gezien als een lokale gebeurtenis, een chaotische variabele die op één plek plaatsvond terwijl er ergens anders iets anders gebeurde. De heersende opvatting was dat als er een enorme brand uitbrak in een deel van de wereld, een nat seizoen in een ander deel dit zou kunnen compenseren, waardoor het wereldwijde totaal relatief stabiel bleef. Maar een nieuwe analyse van satellietgegevens van de afgelopen twee decennia onthult een schokkende verschuiving in dit evenwicht. De onderzoekers ontdekten dat branden niet langer elkaar opheffen. In plaats daarvan zijn ze begonnen te synchroniseren, waarbij ze over de hele wereld in elkaars voetsporen passen. Deze verandering heeft de hoeveelheid koolstof die door brand wordt vrijgegeven veel volatieler gemaakt, waardoor wat ooit een stille achtergrondruis was, is veranderd in een dominante drijfveer van de fluctuaties in de koolstof van de planeet.

De wetenschappers onderzochten een record van vierentwintig jaar aan brandemissies, waarbij ze de wereld opdeelden in veertien afzonderlijke regio's, van de bevroren bossen in het noorden tot de tropische regenwouden in het zuiden. Ze vergeleken de eerste tien jaar van dit record met de meest recente tien jaar. In het eerdere decennium gedroegen de branden in verschillende delen van de wereld zich als een groep mensen die in verschillende richtingen lopen; wanneer een regio meer dan gebruikelijk brandde, brandde een andere regio vaak minder, en het wereldwijde totaal bleef relatief stabiel. Maar in het recente decennium is het patroon omgedraaid. Nu, wanneer een regio een jaar van intense brand ervaart, ervaren andere regio's vaak hetzelfde. Dit fenomeen, dat de onderzoekers regionale synchroniteit noemen, betekent dat de anomalieën optellen in plaats van aftrekken. Het resultaat is een globaal brandsignaal dat veel luider en grilliger is dan voorheen.

De gegevens laten zien dat de gemiddelde hoeveelheid koolstof die door brand is vrijgekomen, in deze vierentwintig jaar niet veel is veranderd. De totale massa rook en as blijft gemiddeld ongeveer gelijk. Wat veranderd is, is de consistentie van de timing. De variantie, of de omvang van de schommelingen van jaar tot jaar, is zevenvoudig toegenomen. Deze enorme sprong in volatiliteit kwam niet voort uit het feit dat individuele regio's wilder brandden dan voorheen; het kwam doordat de regio's in eenheid brandden. De onderzoekers berekenden dat de verbinding tussen deze regio's — hoe sterk ze samen bewogen — 84 procent van de toename in de wereldwijde brandvariabiliteit verklaarde. In het verleden kon een slecht brandjaar in de tropen worden gecompenseerd door een rustig jaar in de boreale bossen. Nu gaat een slecht brandjaar in de tropen vaak gepaard met een slecht brandjaar in de boreale bossen, wat een wereldwijde piek in koolstofemissies creëert die veel groter is dan de som der delen.

Deze synchronisatie is bijzonder opmerkelijk omdat het regio's koppelt die op totaal verschillende momenten van het jaar branden. De bossen van Noord-Azië en de tropen van Zuidoost-Azië hebben bijvoorbeeld brandseizoenen die nauwelijks overlappen. Toch is hun jaarlijkse brandactiviteit echter nauw met elkaar verbonden geraakt. Wanneer de noordelijke bossen boven hun normale trend branden, neigen de zuidelijke bossen ertoe hetzelfde te doen, ook al vinden de branden maanden later plaats. Dit suggereert dat een enkele, grootschalige klimaatkracht de touwtjes in handen heeft, de brandstof uitdroogt en overal ter wereld condities voor brand creëert, ongeacht het lokale seizoen. De onderzoekers vonden dat deze verschuiving in brandgedrag de wereldwijde brandsignaal een belangrijke versterker heeft gemaakt van de jaar-op-jaar veranderingen in de atmosferische koolstofdioxidegroei. In het recente decennium is de link tussen brandemissies en de stijging van koolstofdioxide ongelooflijk sterk geworden, met een correlatiecoëfficiënt gekwadrateerd (R²) van 0,83, vergeleken met een zwakke verbinding van slechts 0,06 in het eerdere decennium.

De implicaties van deze bevinding zijn diepgaand voor hoe we de koolstofcyclus van de Aarde begrijpen. Hoewel de schommelingen van de landabsorptie nog steeds de algemene variabiliteit van de atmosferische CO₂-groei domineren, is de directe bijdrage van brand aan deze schommelingen dramatisch gegroeid. Wanneer de onderzoekers de directe bijdrage van brand uit de atmosferische registratie verwijderden, daalden de jaar-op-jaar schommelingen in de koolstofdioxidegroei met 57 procent in het recente decennium. In het eerdere decennium had het verwijderen van brand bijna geen effect gehad, waarbij de schommelingen slechts met 6 procent werden verminderd. Dit betekent dat brand is verschoven van een bijrol naar een centrale hoofdrol in het drama van de atmosferische verandering. De studie merkt ook op dat het brandsignaal vaak gepaard gaat met een bredere reactie van het land. Wanneer branden uitbreken, wordt de omliggende vegetatie ook gestrest door dezelfde hete, droge omstandigheden, waardoor het nog meer koolstof vrijgeeft via respiratie. De brand is niet alleen een bron van rook; het is een zichtbare marker van een bredere verstoring in het vermogen van het land om koolstof vast te houden.

De onderzoekers merken er zorgvuldig bij op dat, hoewel ze deze nieuwe staat van synchroniteit hebben geïdentificeerd, ze de exacte mechanische oorzaak die dit in gang heeft gezet nog niet hebben aangewezen. Ze observeerden dat de temperatuur in deze verschillende regio's ook meer gesynchroniseerd is geraakt, en vaker samen stijgt en daalt dan voorheen. Dit suggereert dat een opwarmend klimaat, misschien gedreven door grootschalige patronen zoals El Niño, een achtergrond creëert waarin extreem brandweer in gelijktijd over de hele wereld plaatsvindt. De studie beweert echter niet het puzzelstukje te hebben opgelost waarom deze verschuiving plaatsvond, noch garandeert zij dat dit patroon eeuwig zal aanhouden. Het is een momentopname van een veranderend systeem, die laat zien dat de vuurregimes van de Aarde een nieuwe fase van coördinatie zijn binnengegaan.

Uiteindelijk verandert dit werk de manier waarop we naar de wereldwijde koolstofbegroting moeten kijken. Het toont aan dat de stabiliteit van een globaal systeem niet alleen kan worden ondermijnd door de individuele componenten extremer te laten worden, maar ook door die componenten samen te laten bewegen. Wanneer regionale verstoringen elkaar versterken in plaats van elkaar op te heffen, wordt het globale signaal versterkt. Voor het eerst zien we dat de brandseizoenen van de Aarde geen onafhankelijke gebeurtenissen meer zijn die verspreid liggen over de kaart. Ze zijn verbonden, en hun gecombineerde kracht is nu een belangrijke factor die de toekomst van onze atmosfeer vormgeeft. Terwijl de planeet blijft opwarmen, zal het begrijpen van dit nieuwe ritme van gesynchroniseerde brand essentieel zijn voor het voorspellen van hoeveel koolstofdioxide er in de lucht zal blijven en hoe snel het klimaat zal veranderen.