Carbon Balance and Management, 2007; 2: 3-3 (más artículos en esta revista)

África y el ciclo global del carbono

BioMed Central
A Christopher Williams (caw@nrel.colostate.edu) [1], Niall P Hanan (niall@nrel.colostate.edu) [1], Jason C Neff (Jason.C.Neff @ colorado.edu) [2], J Robert Scholes (bscholes@csir.co.za) [3], Joseph A Berry (joeberry@biosphere.stanford.edu) [4], A Scott Denning (denning@atmos.colostate.edu) [5], David F Baker (dfb@ucar.edu) [6]
[1] Manejo de Recursos Naturales Laboratorio de Ecología, Universidad del Estado de Colorado, Fort Collins, CO 80523, EE.UU.
[2] Universidad de Colorado, Boulder, CO 80309, EE.UU.
[3] Consejo de Investigación Científica e Industrial, 001 Pretoria, Sudáfrica
[4] Carnegie Institution of Washington, Stanford, CA, 94305, EE.UU.
[5] Departamento de Ciencias Atmosféricas, Universidad Estatal de Colorado, Fort Collins, CO 80523, EE.UU.
[6] Centro Nacional de Investigaciones Atmosféricas, Sección de Ciencia Terrestre, el clima y la División de Dinámica Global, 1850 Tabla Mesa Dr, Boulder, CO 80307, EE.UU.

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Resumen

El continente africano tiene una gran y creciente papel en el ciclo global del carbono, potencialmente importante con el cambio climático. Sin embargo, la escasa red de observación y en todo el continente africano significa que África es uno de los eslabones más débiles en nuestra comprensión del ciclo global del carbono. En este sentido, se combinan los datos de los procesos regionales y mundiales de inventarios, así como hacia delante y inversa modelo de análisis para evaluar lo que se sabe acerca de África a escala continental la dinámica del carbono. Con bajas emisiones de combustibles fósiles y la productividad que compensa en gran medida la respiración, es la conversión de la tierra de África primaria neta de carbono de liberación, en gran parte a través de la quema de los bosques. Sabana emisiones de fuego, aunque grandes, representan un corto plazo la fuente que se ve compensado por consiguiente rebrote. Si bien los datos actuales sugieren una cerca de cero por decenios escala del balance de carbono, las fluctuaciones climáticas interanuales (especialmente la sequía) induzcan importante variabilidad en la productividad neta de los ecosistemas de sabana y fuego de tal manera que las emisiones de África es una fuente importante de la variabilidad interanual en el mundial de CO 2 atmosférico. Teniendo en cuenta el tamaño del continente de las reservas de carbono, al parecer su gran vulnerabilidad a los previstos del clima y el cambio del uso de la tierra, así como crecimiento de la población y la industrialización de África las emisiones de carbono y su variabilidad interanual es probable que se someten a un aumento sustancial a través del siglo 21.

Fondo

África sobresale entre los continentes para una amplia y profundamente arraigada la pobreza, desarrollo económico lento, y los sistemas agrícolas propensas al fracaso durante frecuentes y las sequías persistentes [1]. África es también el hogar de algunas economías en rápido desarrollo, enormes recursos naturales y sociales y notable diversidad ecológica. La singular historia de África, la estrecha dependencia de las personas sobre los recursos naturales y un futuro que sin duda son importantes industriales, agrícolas y de desarrollo social, sugieren que África se convierta en un actor clave en el ciclo del carbono del siglo 21. Sin embargo, nuestro conocimiento acerca de África la actual función en el ciclo global del carbono sigue siendo muy limitada. En este momento no sé si África es un sumidero neto o la fuente de carbono atmosférico, y sólo tienen vagas indicaciones de los del continente pautas temporales y espaciales de intercambio de carbono. Dada la actual agenda de desarrollo que se destina a elevar la importancia de África en la economía global [2], es el momento de centrarse también en el papel de África en el ciclo global del carbono. Aquí hacemos una revisión de lo que se conoce sobre África de carbono de la dinámica regional y de los inventarios mundiales, y hacia adelante y modelo de análisis inverso, y poner de relieve algunas de las características únicas de la contribución de África a los flujos mundiales de carbono.

Los diversos elementos del ciclo global del carbono han sido objeto de mucha investigación reciente [3 - 5]; investigación que es vital para nuestra comprensión de los desaparecidos sumidero de carbono, el futuro de carbono en la atmósfera de dióxido de las concentraciones, el clima y el futuro [6 - 8]. Gran parte de esa investigación se ha centrado en la dinámica del carbono de las grandes cuencas oceánicas [9, 10] y el intercambio terrestre en América del Norte [11, 12] y de Eurasia [13, 14]. A pesar de que representan el 20% de la masa terrestre mundial, África ha sido hasta ahora descuidado en gran parte en estos estudios. África aporta una parte desproporcionadamente pequeña fracción de los mundiales de combustibles fósiles que las emisiones de carbono son responsables de aumento de dióxido de carbono atmosférico concentraciones, con un 14% de la población mundial [15], pero sólo el 3% de las emisiones de combustibles fósiles [16]. En contraste, África desempeña un papel importante a nivel mundial en el fuego y el uso de la tierra de las emisiones de carbono, aunque las magnitudes de estos términos son muy inciertos.

Hasta la fecha, las evaluaciones continental de África de la dinámica del carbono son principalmente basados en modelos. Plausible de las estimaciones regionales de África las fuentes y sumideros pueden ser proporcionados por la atmósfera mediante la inversión mundiales de CO 2 y las mediciones de concentración de modelos de transporte atmosférico. Sin embargo, dicha «de arriba a abajo" las soluciones tienen grandes incertidumbres, especialmente para África y otras regiones tropicales, debido a la escasez de manera apropiada ubicada la concentración de CO 2 mediciones [17, 18]. Los datos existentes son también insuficientes para partición de fuentes y sumideros de carbono dentro de África, y la inversión de técnicas poco conocimiento acerca de los mecanismos responsables de la absorción neta y la liberación de carbono en el espacio y el tiempo [17, 19, 20]. El enfoque alternativo es realizar espacial, temporal y fuente disociados "de abajo arriba" estimación utilizando modelos biogeoquímicos. Sin embargo, regionales tales estimaciones de flujo de carbono son sólo débilmente apoyada por la escasa red de lugar las observaciones, y, por tanto, son en gran parte fundada en los modelos que han sido evaluados y parametrizados con extra-africanas observaciones. La incertidumbre resultante reduce nuestra capacidad para resolver los africanos y mundiales fuentes y sumideros de carbono, y entorpece la gestión racional de recursos en África para la mitigación de gases de invernadero.

Con la esperanza de identificar el ciclo del carbono prioridades de investigación que podrán ser satisfechas a través de los esfuerzos de investigación se centró, sintetizar la comprensión actual de las reservas de carbono y los flujos dentro de África, ponen de manifiesto las incertidumbres en esos términos, y diagnosticar que la incertidumbre en nuestro conocimiento de los Estados de África del ciclo del carbono nuestros impactos capacidad para evaluar la dinámica del carbono mundial. A continuación, esbozo que las nuevas mediciones y una mayor investigación con mayores posibilidades de contribuir comprensión de África y el ciclo del carbono global, y examinar las consecuencias para los países de África participación internacional en acuerdos sobre el cambio climático.

África en la balanza

África ocupa el segundo lugar, a Eurasia continental en la superficie. Dispone de grandes zonas de bosque tropical húmedo, estacional y semi-áridas del bosque, sabana, desierto y pastizales, así como las regiones más pequeñas del Mediterráneo y la vegetación de montaña en extra-tropicales y zonas de altura (Figura 1].

Las estimaciones iniciales [21] de las reservas de carbono y las diversas vías de flujo (Tabla 1, Figura 2] sugieren que el continente juega un papel importante en la atmósfera de CO 2 en la dinámica de las escalas temporales que van desde la sub-temporada a decenales y más. El saldo de los términos en la Figura 2 no debe interpretarse como la identificación de una amplia red bióticos fuente para el continente sino que estudios independientes estiman que la magnitud de los flujos asociados a currículos individuales no pueden ser utilizados en el cálculo de un presupuesto sin un examen cuidadoso de los procesos representados en cada estimación y la incertidumbre asociados. Por ejemplo, las emisiones de la quema de biomasa no son modelados explícitamente en muchos biogeoquímicos o modelos biofísicos y pueden ser eficazmente agrupa en la respiración heterotrófica.

Los patrones de los suelos y la vegetación de las reservas de carbono y la producción primaria neta (NPP) son altamente correlacionado con la precipitación anual (Figura 1]. África de la fracción anual mundial de centrales nucleares se estima que es similar a la fraccionada área terrestre del continente (Tabla 1 y Figura 1], la gran improductivas las regiones áridas son compensados por una alta productividad en los bosques y las tierras arboladas. Las reservas de carbono y de centrales nucleares por unidad de superficie de tierra en el centro y la disminución ecuador al norte y al sur hacia entornos cada vez más áridas. Sin embargo, una mayor superficie de tierra en África del hemisferio norte causa latitudinal resumió C poblaciones y de centrales nucleares a pico norte del ecuador (Figura 1].

África emisiones de combustibles fósiles son una pequeña fracción del total mundial, aun cuando normalizado por la superficie o la población humana (Tabla 1], mientras que las fuentes de energía renovables (madera, carbón) son un componente sustancial de las emisiones nacionales. Con bajas emisiones de combustibles fósiles, África del actual escala continental los flujos de carbono están dominadas por biogénicos absorción y la liberación de los ecosistemas terrestres, así como las emisiones pirogénicas en la sabana y los incendios forestales. Como es cierto en general a nivel mundial, los grandes del continente absorción de carbono de la fotosíntesis es compensado por un equivalente gran flujo de la respiración, dando lugar a casi cero el flujo neto bióticos en varios años o más plazos. A pesar de estos grandes patrones, las estimaciones pueden variar ampliamente entre los estudios (Tabla 1] y variabilidad temporal es grande.

Bottom-up modelos de simulación [22 - 24] indican gran variación interanual en África neta de los ecosistemas de intercambio de carbono (NEE), con una variabilidad interanual (expresado como la desviación estándar anual de NPP) que es aproximadamente un 50% de la variabilidad estimada para el mundial masa de tierra (Figura 3], inducida principalmente por las fluctuaciones climáticas [24]. Particularmente grande entre los años coeficientes de variación en centrales nucleares se encuentran en África para los bosques, sabanas y pastizales, según un modelo que incorpora mediciones satelitales de la vegetación actividad [25, 26].

África desempeña un papel global en las emisiones de C mediante el uso de la tierra y los incendios (Cuadro 1], aunque la falta de información del número limitado de estudios en el continente [por ejemplo, [27 - 31]] limita la confianza en sus magnitudes. La deforestación es el mayor plazo en las actuales cuotas de uso de la tierra tropical de emisiones [32], contribuyendo con África el 25% y el 35% del total de desbroce de tierras tropicales de la deforestación, y hasta el 0,37 Pg C y -1, en las últimas décadas [32 , 33]. Pérdidas de carbono a través de la deforestación tienden a ser "permanente" en África, como la forestación y la reforestación son modestas tasas, a menos del 5% anual de deforestación [32]. Los asociados liberación neta de carbono de uso de la tierra en el África subsahariana se estima en 0,4 Pg C y -1, o el 20% del total tropical, casi todos atribuidos a la deforestación [32]. C netos anuales las emisiones de conversión a la agricultura y prácticas de cultivo solo se estiman [24] será de unos 0,8 Pg C y -1 para las masas de tierra tropicales, pero sólo el 0,1 Pg C y -1 de África [24, 31], donde el cultivo migratorio es frecuente [31].

La falta de información, prohíbe incluso el mejor uso de la tierra C cambio de cuotas de emisiones entre ellos todos los términos previstos a ser importante para África. El pastoreo, el cultivo migratorio, interno y extracción de madera se han generalizado en todo el continente, pero que a menudo se supone que ser intrascendentes o no son considerados [por ejemplo [32]], de tal manera que el uso de la tierra y el cambio del uso de la tierra las emisiones procedentes de África son susceptibles de ser subestimados. Recientes trabajos [31] explícitamente simula aspectos de estas prácticas, aunque todavía se centra exclusivamente en los bosques y las tierras de cultivo en las conversiones, la falta de uso de la tierra C cambio en las emisiones de África del vasto sabanas y pastizales que son el hogar de gran parte del ganado del continente y el centro de África y de cereales la producción de cereales. Por otra parte, C flujos netos asociados con cambios en las prácticas de uso de la tierra pero que no implique la conversión de la tierra, como la gestión de labranza, barra, los residuos de la cosecha, y la rotación de cultivos, las mejoras son actualmente desaparecidos de escala continental el uso de la tierra cambio de cuotas. Por último, gran parte de África, sobre todo en la regiones semiáridas, es vulnerable a la degradación, que puede ser el resultado del periódico o la sequía provocada por la agricultura y actividades pastorales, presumiblemente la liberación de grandes cantidades desconocidas pero de CO 2 y despejado de vegetación muerta [ 34], así como posiblemente desencadenando fuertes reacciones biofísicas con el sistema climático [35] que puede acelerar el calentamiento y prolongar sequías [36 - 38].

El fuego y el uso de la tierra las emisiones de carbono están ligados, especialmente en las zonas húmedas y subhúmedas las zonas forestales donde el fuego es un instrumento primordial para la transformación del suelo. Fire emisiones asociadas con la deforestación, la rotación de cultivos, quema de residuos agrícolas, y la leña puede ser tan grande como 2 pg C y -1 a nivel mundial y el 0,4 Pg C y -1 para África, cada una de magnitud similar a las estimaciones del total de uso de la tierra relacionadas con el C las emisiones de estas regiones (Tabla 1]. Por consiguiente, las estimaciones de cambio de uso de la tierra y la deforestación ya las emisiones de C incluyen, al menos en teoría, las emisiones asociadas fuego. Nuevos métodos para estimar las emisiones de incendios por satélite usando sensores atmosféricos y las mediciones de monóxido de carbono [39, 40] mejorará nuestra capacidad para diagnosticar las emisiones de C en los incendios.

El fuego es también una estación seca común ocurrencia en la temporada sabanas que circundan la zona de bosque húmedo. Las emisiones de carbono en la sabana los incendios representan una mucho más corto plazo C pérdida de los incendios forestales, ya que el combustible principal está muerto vegetación herbácea, lo que representa sólo uno o dos años de crecimiento [27, 41]. Así, los incendios de sabana sólo pueden dar lugar a la bicicleta más rápido de la biomasa de carbono en lugar de una emisión neta. Incluso si las emisiones de carbono de sabana los incendios son más o menos equilibrado a largo plazo de crecimiento en los años siguientes, los incendios proporcionar una intensa y localizada inyecciones de carbono en la atmósfera pueden cambiar el estacionales o interanuales distribución de las emisiones de CO 2 [27, 41]. Dada la gran magnitud de estos flujos en África, incluso bastante pequeño (por ejemplo, 20%) la variación en un año a otro total de los flujos podría traducirse en la variación anual en los flujos de pirógenas de 300 Tg de C o más. De la misma manera, los resultados recientes sugieren que la quema de biomasa es la mayor fuente de variabilidad interanual en tierra-atmósfera flujos de carbono [42].

A diferencia de la respiración, los incendios regreso de carbono a la atmósfera como una amplia gama de compuestos, algunos de los cuales son químicamente o radiativamente activas (por ejemplo el metano, el monóxido de carbono y aerosoles), o son los precursores de gases radiativamente activas (por ejemplo, los precursores del ozono). El metano y otros hidrocarburos, monóxido de carbono y las emisiones de carbono negro en África son casi en su totalidad de origen pirógenas, y por tanto, se incluirán en la quema de biomasa plazo (Cuadro 1] [27, 28, 41]. El metano consumo de los suelos en las tierras altas es pequeño, y las estimaciones disponibles de liberación de metano de los humedales de África sugieren que son insignificantes a escala mundial [43]. Sin embargo, dado que no existe un mapa fiable de medida de humedales en África, y prácticamente no hay estimaciones de las emisiones directas, el verdadero tamaño de este flujo es desconocida. Trabajos recientes sugieren la posibilidad de una gran fuente de metano de origen desconocido magnitud de las plantas que viven [44, 45]. Las emisiones de compuestos orgánicos volátiles (COV), como el isopreno y monoterpenos se han estudiado con cierto detalle en el sur y el centro de África y se calcula que el retorno lo más 0,08 Pg C y -1 a la atmósfera [46]. En la escala del continente, las emisiones industriales de dióxido de carbono, monóxido de carbono e hidrocarburos de África son pequeñas, pero pueden ser localmente muy importante en las zonas industriales de Sudáfrica, los yacimientos petrolíferos del Golfo de Guinea, Angola y Libia, y en torno a las grandes ciudades en otras partes de África.

La exportación de disolución orgánicos e inorgánicos de carbono (DOC y DIC) en el agua de los ríos descargan a los océanos es, en general, compensada por DIC DOC y entregado a las precipitaciones (Tabla 1]. África es también un menor de edad neto fuente mundial de carbono de la biomasa a través de intercambio internacional, principalmente de la exportación de productos de madera [47].

¿Qué ve la atmósfera

Atmósfera y ratios de mezcla composiciones isotópicas medido en todo el mundo [48] se puede utilizar para estimar terrestres y oceánicas fuentes y sumideros de carbono mediante inversión, con modelos de transporte atmosférico [18, 49 - 51]. Inverse soluciones de África están mal limitada debido a la falta de tropicales, especialmente los africanos, las observaciones (Figura 4] [17, 18]. Esto contribuye a mayores rangos de incertidumbre en torno netas de CO 2 de flujo estimaciones para África que para los mundiales o las zonas terrestres tropicales, en general. Tomados en conjunto, la inversión de resultados demuestran que África netos papel en el ciclo mundial del carbono es altamente incierto. Por otra parte, la falta de datos hace que la solución inversa para el sur de África para el comercio con soluciones para América del Sur y el sur de los océanos, de tal manera que los resultados pueden variar ampliamente entre las regiones con ningún cambio neto en el conjunto de fuentes y sumideros fuerza [por ejemplo [17, 19] ]. La solución de este problema requerirá la adición de precisión, las observaciones a largo plazo de dióxido de carbono en los trópicos, situadas de tal manera que ayudan a resolver las diferencias longitudinales entre el hemisferio sur las regiones [52 - 54]. Tropical de la dinámica atmosférica presentan un reto adicional [55], y una fuente de incertidumbre que no está representado en la figura 4, debido a la convección profunda es escasamente representados en los modelos de transporte y mal incluidos en la muestra, presentando no desdeñable sesgos en la atmósfera inversiones.

Reconociendo las grandes incertidumbres en las soluciones inversa, inversa estudios realizados hasta la fecha sugieren que África en su conjunto es de aproximadamente de carbono neutral una vez al año a largo plazo. Esto es así pese a las importantes emisiones de carbono relacionadas con el cambio del uso de la tierra y la quema, lo que implica que el crecimiento de las plantas neto correspondiente y secuestro de carbono en la vegetación y el suelo es lo suficientemente grande en todo el continente para compensar la pérdida. Si inversa soluciones correctamente una estimación de carbono neutral África y asumiendo una posición neutral biosfera con un fondo equilibrio entre la producción primaria neta y la respiración heterotrófica más incendios naturales, el resto de absorción bióticos o secuestro puede ser estimada como compensación de aproximadamente África del uso de la tierra (0,4 Pg C y -- 1), más los combustibles fósiles (0,2 Pg C año-1) fuentes, aún observando el gran número de incertidumbres.

A pesar de una cerca de saldo cero, los recientes temporales de las que depende inversa soluciones atributo gran parte de la variabilidad interanual (IAV) en el mundial de fuentes de carbono / sumideros para el continente africano [20, 42, 51, 56]. Las estimaciones regionales de IAV son menos sensibles a la estación de transporte y de selección de temporada y que a largo plazo significa los flujos [20]. Soluciones globales para el IAV de carbono de fuentes / sumideros [20] indican enérgicamente la fuerte influencia mundial de tierras, en particular los de los trópicos, con aproximadamente igual contribuciones de las tierras tropicales de Asia, África y el sur y la América tropical (cada uno alrededor de 0,5 Pg Y -1 C) (Figura 5]. Sin embargo, temporal de fuentes y sumideros dinámica son aún poco limitada entre las regiones tropicales, en especial los de África y América [20].

Tomados en conjunto, gran variabilidad temporal de fuentes y sumideros de carbono puede ser África la más importante contribución al ciclo global del carbono. Esto es coherente con los resultados de los modelos de ecosistemas [22 - 24], lo que indica que la alta variabilidad interanual de las precipitaciones en todo el sudano-sahelianos del África meridional y regiones [57, 58], en parte relacionados con la Oscilación del Atlántico Norte, El Niño Oscilación del Sur, Pacífico Sur y la circulación [59, 60], introducir pronunciado varios años las fluctuaciones en la superficie y la atmósfera C intercambios, que, a su vez, aparecen en concentraciones atmosféricas de CO 2 [51]. Variabilidad interanual en centrales nucleares luego traducir a la variabilidad en las emisiones de fuego con un retraso de varios meses a un año. Estas salidas de larga duración y la media de la biosfera de cambio [51] y las emisiones de fuego [42, 51] puede ser tanto tan grande como la red de intercambios.

El futuro del ciclo del carbono de investigación en África

Dada la necesidad de comprender mejor la dimensiones espaciales y temporales del ciclo global del carbono para la predicción y la gestión de las futuras concentraciones atmosféricas de CO2, una serie de prioridades de investigación de África surgen de esta revisión. De primordial importancia es la necesidad de que todo el continente observaciones que el apoyo tanto de abajo arriba y de arriba abajo los métodos de estimación de fuentes y sumideros de carbono. Continuación y nuevas inversiones en la recopilación y síntesis de información del ciclo del carbono (mediciones de las reservas de carbono y los flujos dentro y entre las grandes piscinas) es necesaria para avanzar en el proceso a nivel de caracterización de temporada y en las variaciones interanuales de fuentes y sumideros fuertes. Estos datos ayudarán a mejorar la forma en biofísica y modelos biogeoquímicos representan los ecosistemas de África a fin de que captar la gama completa de características singularmente de África como el continente del fuego ciclos estacionales, el pastoreo, recolección de leña, cereales y la producción de granos, degradación de las tierras secas, y la productividad y las firmas isotópicas de su extensa vegetación C4. En particular, el flujo de carbono observaciones existentes siempre que sea necesario para ser utilizado en el modelo de desarrollo y ensayo para representar adecuadamente la sensibilidad de la producción y los procesos de respiración a las fluctuaciones climáticas. Nueva colaboración en programas de investigación y las redes están surgiendo en África para hacer frente a algunas de las lagunas mediante la ampliación basada en el sitio y regionales sobre el terreno las mediciones y el modelo basado en los análisis (incluyendo, entre muchas actividades nacionales y regionales, la creciente red de sitios remolino de covarianza (la " ; Afriflux "red), la African Monsoon Análisis Multidisciplinario (AMMA), la sudafricana Red de Observación Ecológica (SAEON), y el medio ambiente a largo plazo de los Observatorios del sur de África (ELTOSA)).

Apoyo para el inventario y monitoreo de los suelos y la vegetación de las reservas de carbono por los bosques y estaciones de investigación agrícola, establecidas desde hace tiempo en la mayoría de los países africanos [61], es crítico. Los asociados nacionales de inventarios de recursos [62] proporcionar información muy valiosa para evaluar regionalmente específicos de las respuestas a los ecosistemas naturales y humanos y de disturbios para el anclaje de escala regional las estimaciones de uso de la tierra relacionados con fuentes y sumideros de carbono. Síntesis de país a nivel de datos es de gran importancia para los responsables locales y regionales a escala de datos de base y regionales-a escala mundial las evaluaciones del ciclo de carbono. Estas complementarán la evolución de la teleobservación por satélite de la vegetación utilizando la biomasa, por ejemplo, activos y pasivos ópticos y de radar enfoques [63, 64].

Un bien ubicado atmosférica red de muestreo en África también es necesaria para limitar la mejor inversión regional las estimaciones de fuentes y sumideros de carbono y su variabilidad temporal, tanto en África y en todo el mundo. Sin embargo, la mejora de limitación se basa no sólo en nuevas observaciones, sino también la mejora del modelo de transporte y técnicas de estimación inversa. Nuevos sistemas de transporte son necesarias para representar a la convección profunda tropicales, mientras que la asimilación de nuevos datos y técnicas computacionales promesa de resolver la mejor señal de África a nivel mundial de carbono en la atmósfera dinámica de la incorporación de variación diurna en los flujos de superficie, la atmósfera múltiples marcadores, y antes estimaciones de las emisiones de fuego. Con respecto a otros marcadores del ciclo del carbono, África es único en tener gran cobertura de vegetación C4 [65], asociada con una prevalencia del semi-árido y ambientes calientes. Temporada de producción, la respiración, y la quema de vegetación C4 alterar los isótopos estables de carbono (13 C: 12 C) la composición de la atmósfera porque las plantas C4 discriminar a los isótopos más pesado menos de las plantas C3. Este sello ofrece un marcador para diagnosticar el papel de África en las existencias mundiales de carbono y los flujos [40], presentando una posible oportunidad para la separación de los bosques tropicales húmedos de cambio de la de la sabana regiones. Por otra parte, desde oceánicas y la discriminación de plantas C4 son similares, la información sobre el C4 terrestre intercambio es fundamental para la separación de los océanos terrestres de los flujos.

Un espaciales en órbita a base de la columna total de carbono observatorio que abarca el mundo entero se prevé en la próxima década [66], pero se requieren todavía cerca de la superficie y el perfil vertical de las mediciones de CO 2 para calibrar, validar, interpolación de satélite e interpretación derivados de observaciones . Por satélite basada en evaluaciones de los entes locales a cambio de la vegetación regional de prácticas de uso del suelo [por ejemplo [67]] Debe estudiarse en profundidad de escala continental evaluación. Estos y otros datos podrían ser utilizados para desarrollar el uso de la tierra / cobertura del suelo modelos de transición que representan a África la única humanos de la cubierta vegetal de la configuración del clima. Tales las investigaciones exhaustivas de la región específica de las respuestas del ecosistema con el uso del suelo en África ofrecen los detalles necesarios para representar la compleja dinámica asociada con inducido por el hombre y las perturbaciones del uso de la tierra.

África y el contexto de cambio climático

Recientes Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) las evaluaciones muestran que las naciones industrializadas están imponiendo una pesada carga del cambio climático sobre el medio ambiente mundial a través de las emisiones de dióxido de carbono (CO 2) y otros gases de efecto invernadero, principalmente de la quema de combustibles fósiles [6] . Los países no industrializados actualmente contribuyen poco a estas emisiones, pero son vulnerables al cambio climático y, por tanto, ser obligados a tomar medidas potencialmente costoso para adaptarse.

Casi todos los países de África son signatarios de la Convención Marco de Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC) y, al ser no-Anexo 1 los países, no existe un tope a sus emisiones de gases de invernadero en el primer Protocolo de Kyoto período de compromiso. Sin embargo, las partes en África pueden participar en el Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) del Protocolo de Kyoto, en virtud del cual los países desarrollados que han aceptado los topes de emisión están autorizados a ejecutar proyectos que reduzcan las emisiones o secuestro de carbono en los países en desarrollo. El resultado reducciones certificadas de las emisiones puede utilizarse para hacer frente a una fracción del anexo 1 los objetivos de emisión. Este mecanismo ofrece oportunidades para los países menos desarrollados a salto de rana para limpiar las industrias que utilicen la inversión extranjera y la tecnología.

Las naciones predominantemente agrícolas de África están mal posicionados para sacar provecho financiero y tecnológico de reducción de emisiones de los regímenes de comercio, en la medida en que estos mecanismos se centran principalmente en la reducción de las emisiones industriales, que son más fáciles de verificar. Sin embargo, las posibilidades de secuestro de carbono mediante la gestión de la tierra en los países en desarrollo es grande, MDL y las disposiciones para el uso de la tierra basada en la reducción de las emisiones de carbono podrían proporcionar con rapidez, a medio plazo el secuestro a un costo relativamente bajo. Las incertidumbres que rodean a la verificación y cuantificación de secuestro de carbono a través de cambios en la gestión de las tierras hasta ahora han impedido en gran escala la inversión en esta estrategia. Esta situación podría cambiar con una mejor comprensión de la dinámica del ciclo del carbono en los ecosistemas terrestres y sistemas de verificación adecuados, permitiendo a muchos países africanos a participar más fácilmente en los esfuerzos mundiales para frenar el ritmo de aumento de CO 2 atmosférico, así como beneficiarse de los recursos financieros y tecnológicos transferencias.

El secuestro de carbono mediante la reforestación de tierras deforestadas antes de 1990 parece ser uno de los más fácilmente las oportunidades disponibles para un número de países africanos. Manejo del fuego se presenta otra oportunidad para que los futuros de mitigación, pero la reducción de ocurrencia de incendios ha demostrado ser difícil en el pasado [por ejemplo [68]], y esos programas tendrían que ser cautos no intencional de pérdida de la diversidad biológica de incendios adaptados biota. La mitigación del cambio climático a través de la gestión de la tierra también podría impartir no deseados los costos ambientales y sociales que afectan a los sectores más vulnerables de la sociedad, por ejemplo de la conversión de tierras a la agricultura de subsistencia a gran escala de plantaciones de carbono, o de restricción de la cosecha de leña para usos domésticos. Estos programas, por lo tanto, requieren una evaluación cuidadosa de los posibles costos y beneficios, en particular para las poblaciones marginadas ya.

A Global Outlook

Con hasta un 40% del consumo mundial de las emisiones de fuego, alrededor del 20% de la producción primaria neta y la respiración heterotrófica, al menos el 20% mundial de las emisiones del uso de la tierra, y una fuente importante de la variabilidad interanual en red global de intercambio de carbono, África dinámica del carbono son de importancia mundial. El gran continente de las reservas de carbono parecen ser muy vulnerables al cambio climático, pone de manifiesto por la fuerte sensibilidad de la productividad neta de los ecosistemas y las emisiones de fuego a las fluctuaciones climáticas. Al ser muy variable y poco estudiado, existe una necesidad de que prosiga y aumente las observaciones de África del carbono almacenado, los flujos y las concentraciones atmosféricas para permitir evaluaciones más precisas de África del ciclo del carbono, y su sensibilidad a los naturales y antropogénicas y las presiones del clima futuro.

En años venideros, África del uso de la tierra, sin duda, las presiones y aumentar los cambios climáticos se prevé que intensificar los ciclos de sequía y hacer mucho más cálidas de África y de pelo [69]. Por otra parte, el aumento de la explotación de los recursos forestales en los trópicos húmedos se prevé con el desarrollo económico y la inversión en infraestructura de la explotación forestal. Estos cambios probablemente liberación de CO 2 a la atmósfera, así como aumentar la magnitud de la variación interanual en África del C de aumento de los flujos de África la quema de biomasa y la reducción de las emisiones del continente productividad neta de los ecosistemas. En caso de concretarse, estas tendencias habría una enorme importancia para la dinámica mundial del carbono y la biosfera de retroalimentación para el sistema climático.

Conflicto de intereses

Los autores declaran que no tienen intereses en conflicto.

Autores de las contribuciones

Todos los autores participaron en debates detallados que llevaron a esta revisión el papel. CAW recopilado y analizado los datos y redactó el manuscrito. NPH se concibió originalmente el documento y contribuyeron a los análisis de datos, interpretación, elaboración y edición del manuscrito. JCN, RJS, la Junta y siempre ASD aportación intelectual en los datos disponibles y análisis previos, y en la síntesis, interpretación y presentación necesaria para esta revisión. DFB hecho de los datos disponibles a nivel mundial en función del tiempo inverso análisis de las concentraciones de CO 2 que contribuyen a la Figura 5. Todos los autores de leer, editar, y aprobado el manuscrito final.

Apéndice 1. Métodos

El cuadro 1 contiene las estadísticas de una muestra independiente de las estimaciones medias para cada plazo, la presentación de medias aritméticas de las denuncias de valores, sus máximos y mínimos, y las desviaciones estándar. Cuando una desviación estándar en torno a una media de estimación se informó en una de las muchas fuentes, hemos intentado incorporar una parte de esta incertidumbre en el cuadro valores de la tabla 1, mediante la inclusión de la media, media más desviación estándar, media y desviación estándar menos como todos los independientes Estimaciones de contribuir a la muestra.

Las precipitaciones anuales de flujo C para África fue estimado a partir de la suma de las estimaciones para disuelto orgánicos e inorgánicos (DOC y DIC) de los flujos de carbono después de la precipitación en el enfoque Kempe [70]. Por DOC, el flujo se calcula como el producto de la precipitación anual de flujo de agua con el máximo o mínimo observado el agua de lluvia continental se informó en DOC Willey et al. [71], donde las precipitaciones entregado a África fue estimado a partir de la FAO precipitaciones producto [72]. Del mismo modo, el flujo DIC fue calculada como el producto de la precipitación anual con África a) el agua de lluvia continental DIC a un pH de 7,4 y 10 ° C como en Willey et al. [71], y, b) su producto con la media de CO 2 contenido de las precipitaciones en Miotke [73].

África anual del fluviales C aprobación de la gestión de los océanos se calcula a partir de la suma de ríos y DOC DIC flujo estimaciones también como en Kempe [70]. DIC para el flujo fue calculada como el producto de África de la descarga fluvial [74, 75] con DIC contenido de África del agua de los ríos [74]. Por DOC, hemos utilizado la proporción mundial de DOC a DIC en el agua de los ríos [74] para estimar DOC contenido de África del agua de los ríos, que luego fue multiplicado por la descarga de agua de río.

Cuando no directamente comunicados, las emisiones de carbono de humanos y gestionado incendios fueron estimados mediante la conversión de biomasa quemada en las emisiones de carbono sobre la base de un común [por ejemplo [27, 28, 76]] asunción de la biomasa de las emisiones de carbono ~ ratio de 0,45.

Agradecimientos

La financiación de este estudio fue proporcionado por los Estados Unidos Administración Nacional Aeronáutica y Espacial (NASA) Programa de Ecología Terrestre (Dr. Diane Wickland), y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), ciclo global del carbono Programa (Dr. Kathy Tedesco). Nos gustaría dar las gracias a AJ Dolman de la Universidad de Vrije, de Amsterdam, y Robert B. Jackson de la Universidad de Duke para proporcionar exámenes iniciales del proyecto manuscrito.