Onderzoek onthult: 60% van de wereldwijde landoppervlakte overschrijdt grenzen van functionele biosfeerintegriteit

Een nieuwe studie brengt de planetaire grens van “functionele biosfeerintegriteit” in detail in kaart en over de eeuwen heen. De bevindingen tonen aan dat 60% van de wereldwijde landoppervlakte zich al buiten de lokaal gedefinieerde veilige zone bevindt, en 38% zich zelfs in de hoog-risicozone bevindt.

De studie werd geleid door het Potsdam Instituut voor Klimaatimpactonderzoek (PIK) in samenwerking met de BOKU Universiteit in Wenen en gepubliceerd in het tijdschrift One Earth. Functionele biosfeerintegriteit verwijst naar het vermogen van de plantenwereld om de toestand van het aardse systeem mede te reguleren. Dit vereist dat de plantenwereld voldoende energie kan verkrijgen via fotosynthese om de materiële stromen van koolstof, water en stikstof die de ecosystemen en hun vele onderling verbonden processen ondersteunen, in stand te houden, ondanks de enorme menselijke interferentie van vandaag.

Samen met het verlies van biodiversiteit en klimaatverandering vormt functionele integriteit de kern van het analytische kader van de Planetaire Grens voor een veilige werkomgeving voor de mensheid. “Er is een enorme behoefte voor de beschaving om de biosfeer te benutten—voor voedsel, grondstoffen en in de toekomst ook voor klimaatbescherming,” zegt Fabian Stenzel, hoofdauteur van de studie en lid van de onderzoeksgroep Terrestrial Safe Operating Space van PIK.

“De vraag van de mens naar biomassa blijft groeien—en bovendien wordt de teelt van snelgroeiende grassen of bomen voor de productie van bio-energie met koolstofopslag door velen beschouwd als een belangrijke ondersteunende strategie voor het stabiliseren van het klimaat. Het wordt daarom steeds belangrijker om de druk die we al op de biosfeer uitoefenen te kwantificeren—op een regionaal gedifferentieerde manier en in de tijd—om overbelasting te identificeren. Ons onderzoek legt de basis voor dit alles.”

Twee indicatoren om de druk en het risico te meten

De studie bouwt voort op de laatste update van het Planetaire Grenskader dat in 2023 werd gepubliceerd. “Het kader plaatst nu de energieflows van fotosynthese in de wereldwijde vegetatie centraal in die processen die de planetaire stabiliteit mede reguleren,” legt Wolfgang Lucht, hoofd van de afdeling Aardse Systeemanalyse van PIK en coördinator van de studie, uit. “Deze energieflows drijven al het leven—maar mensen leiden nu een aanzienlijk deel ervan af voor hun eigen doeleinden, wat de dynamische processen van de natuur verstoort.”

De stress die dit veroorzaakt in het aardse systeem kan worden gemeten aan de hand van het aandeel natuurlijke biomassa-productiviteit dat de mensheid in haar eigen gebruik omleidt—via geoogste gewassen, restproducten en hout—maar ook de vermindering van fotosynthetische activiteit veroorzaakt door landgebruik en verharding.

De studie voegde aan deze maatregel een tweede krachtige indicator van biosfeerintegriteit toe: Een risicomaatstaf voor ecosysteeminstabiliteit registreert complexe structurele veranderingen in vegetatie en in de water-, koolstof- en stikstofbalansen van de biosfeer.

Europa, Azië en Noord-Amerika bijzonder getroffen

Op basis van het wereldwijde biosferamodel LPJmL, dat water-, koolstof- en stikstofstromen dagelijks simuleert met een resolutie van een halve graad in lengte/breedte, biedt de studie een gedetailleerde inventaris voor elk afzonderlijk jaar sinds 1600, gebaseerd op veranderingen in klimaat en menselijk landgebruik.

Het onderzoeksteam berekende, kaartte en vergeleek niet alleen de twee indicatoren voor functionele integriteit van de biosfeer, maar evalueerde ze ook door een wiskundige vergelijking met andere maatstaven uit de literatuur waarvoor “kritieke drempels” bekend zijn. Dit resulteerde in een status voor elk gebied op basis van lokale tolerantiegrenzen voor ecosysteemverandering: Veilige Werkruimte, Zone van Toenemend Risico of Hoog Risico Zone.

De modelberekening toont aan dat zorgwekkende ontwikkelingen al in 1600 begonnen in de gematigde breedtegraden. In 1900 was het aandeel van de wereldwijde landoppervlakte waar ecosysteemveranderingen de lokaal gedefinieerde veilige zone overschreden, of zelfs in de hoog-risicozone zaten, respectievelijk 37% en 14%, vergeleken met de 60% en 38% die we vandaag de dag zien.

De industrialisatie begon zijn tol te eisen; landgebruik beïnvloedde de toestand van het aardse systeem veel eerder dan de opwarming van het klimaat. Op dit moment is deze biosfeergrens op bijna alle landoppervlakte overschreden—voornamelijk in Europa, Azië en Noord-Amerika—die een sterke verandering van de landbedekking hebben ondergaan, voornamelijk door landbouw.

“Deze eerste wereldkaart die de overschrijding van de grens voor functionele integriteit van de biosfeer toont, waarbij zowel menselijke toe-eigening van biomassa als ecologische verstoring wordt afgebeeld, is een doorbraak vanuit wetenschappelijk perspectief en biedt een beter totaalbegrip van planetaire grenzen,” zegt Johan Rockström, directeur van PIK en een van de coauteurs van de studie. “Het biedt ook een belangrijke impuls voor de verdere ontwikkeling van het internationale klimaatbeleid. Dit komt omdat het wijst op de link tussen biomassa en natuurlijke koolstofputten, en hoe zij kunnen bijdragen aan het verminderen van klimaatverandering. Overheden moeten dit beschouwen als één overkoepelend probleem: uitgebreide biosfeerbescherming samen met sterke klimaatacties.”