Việc dự báo sự gia tăng khí CO2 trong khí quyển sẽ ảnh hưởng như thế nào đến chu kỳ thủy văn, từ các thông tin dự báo thời tiết cực đoan cho đến các dự báo dài hạn về nông nghiệp và tài nguyên nước, là điều rất quan trọng đối với cuộc sống hàng ngày và tương lai của hành tinh. Thông thường chúng ta nghĩ rằng thay đổi thủy văn là do lượng mưa và các thay đổi bức xạ do biến đổi khí hậu gây ra và khi bề mặt đất bị biến đổi, nhiệt độ tăng cùng với lượng mưa giảm xuống sẽ làm cho hành tinh trở nên khô hơn. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học Columbia đã phát hiện ra điều trái ngược lại với suy nghĩ này, đó là thảm thực vật đóng vai trò chi phối chu kỳ nước của trái đất và các loài cây sẽ điều hòa và có ảnh hưởng lớn đến tình trạng thiếu nước tương lai. Nghiên cứu này đã được Pierre Gentine - phó giáo sư về kỹ thuật môi trường và đất đai tại Columbia Engineering và Viện Trái đất dẫn đầu, công bố trên Proceedings of the National Academy of Sciences.

Gentine, trưởng nhóm nghiên cứu chính về mối quan hệ giữa thủy văn và khoa học khí quyển, sự tương tác đất/khí quyển và ảnh hưởng của nó đối với sự biến đổi khí hậu, cho biết: Phát hiện của chúng tôi đóng một vai trò quan trọng trong tương lai vì hiệu ứng thủy văn trên mặt đất và tình trạng thiếu nước là một trong những vấn đề rất quan trọng giúp chúng ta có thể dự đoán chính xác mức độ khô hạn và nguồn nước trong tương lai.

Nhóm nghiên cứu của Gentine là nhóm nghiên cứu đầu tiên tách riêng rẽ phản ứng của thảm thực vật ra khỏi phản ứng nóng lên toàn cầu, bao gồm các thay đổi trong chu kỳ của nước như sự bốc hơi nước (nước bốc hơi khỏi các bề mặt, khỏi cả các thảm thực vật và khu đất trống) và hơi ẩm đọng lại trên đất, và lưu lượng nước. Bằng cách tách riêng rẽ phản ứng của thảm thực vật với sự gia tăng CO2 toàn cầu do hiệu ứng khí quyển (khí nhà kính), nhóm nghiên cứu có đủ khả năng định lượng nó và họ nhận thấy rằng thảm thực vật thực sự là nguyên nhân chính giải thích cho tình trạng thiếu nước trong tương lai.

Léo Lemordant, nghiên cứu sinh bậc tiến sĩ và tác giả chính của bài báo nói: Thực vật thực sự là máy điều chỉnh nhiệt của thế giới. Chúng là trung tâm của nguồn nước, năng lượng, và chu kỳ cacbon. Khi chúng hấp thụ carbon từ khí quyển để phát triển, chúng giải phóng nước mà chúng lấy đi từ lòng đất. Làm như vậy, chúng cũng làm mát bề mặt, hoàn toàn kiểm soát được nhiệt độ.

Đối với nghiên cứu này, Gentine và Lemordant đã đưa ra các mô hình hệ thống Trái đất với bề mặt tách riêng biệt (sinh lý học thực vật) và phản ứng CO2 trong bầu khí quyển (bức xạ) và sử dụng một phép phân tích thống kê đa mô hình từ CMIP5. Họ áp dụng ba hướng nghiên cứu: hướng kiểm soát CO2 ở cấp độ lá cây và trong khí quyển, một hướng là thực vật chỉ phản ứng với sự gia tăng CO2, và hướng thứ ba là chỉ có khí quyển phản ứng với sự gia tăng CO2.

Kết quả cho thấy có sự thay đổi lớn trong các biến số về tình trạng thiếu nước có là do hiệu ứng sinh lý học thực vật khi phản ứng với sự gia tăng CO2ở cấp độ lá cây. Điều này cho thấy các tác dụng sinh lý học do CO2tăng lên trong khí quyển tác động đến chu kỳ nước mạnh như thế nào. Phản ứng sinh lý CO2có vai trò chi phối lớn đến quá trình bốc hơi nước và có ảnh hưởng lớn đến lượng nước bị tiêu thoát và độ ẩm đất trong thời gian dài hơn là so với các biến đổi bức xạ hoặc lượng mưa do lượng CO2tăng lên trong bầu khí quyển.

Nghiên cứu này nhấn mạnh đến vai trò chính của thực vật trong việc kiểm soát phản ứng thủy văn trên mặt đất và cũng nhấn mạnh rằng các chu trình carbon và nước thềm lục địa gắn liền với đất. Đồng thời, nghiên cứu cũng cho thấy các nhà thủy văn nên hợp tác với các nhà sinh thái học và các nhà khoa học về khí hậu để có thể dự đoán được chính xác nguồn nước trong tương lai.

Các tác động sinh lý học sinh quyển và các tương tác sinh giữa sinh quyển - không khí là chìa khoá để dự đoán tình trạng thiếu nước thềm lục địa tương lai như là sự bốc hơi, sự rỏ rì tiêu chảy nước thời gian dài, độ ẩm của đất, hay chỉ số diện tích lá cây, Gentine nhấn mạnh.