Klimaforsøk med doblet CO2 og økt temperatur i innhegninger
Lov på eksamen
- Kalkulator
- CAS
- Graftegner og regneark
- Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
Kan den løses uten PC?
Alle deloppgavene kan løses uten PC.
Fra 2027 er det bare kalkulator og skriftlige hjelpemidler på del 2. Vurderingen er gjort med KI og kan inneholde feil.
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Forskere ville studere hvordan klimaendringer kan påvirke et økosystem. I forsøket ble det brukt ti innhegninger (se figur 1 og figur 2). I halvparten av innhegningene ble konsentrasjonen av doblet, og temperaturen i lufta og i jorda ble økt med 9 °C. De andre innhegningene hadde ingen kunstige påvirkninger.
Vanligvis endrer forskere bare én faktor i et forsøk. Forklar hvorfor forskerne her valgte å endre to faktorer samtidig (konsentrasjon av og temperatur).
Beskriv hvordan høyere temperatur i jorda kan påvirke karbonkretsløpet i innhegningen.
Beskriv hvordan høyere -konsentrasjon og høyere temperatur kan påvirke artssammensetningen av produsenter i innhegningen.
Svartgran er det dominerende treslaget i området. Forskerne målte to egenskaper ved barnålene på svartgrana på laboratoriet: og .
er den maksimale hastigheten for elektrontransport i tylakoidmembranen (målt som mengden elektroner som passerer per kvadratmeter per sekund).
er den maksimale hastigheten for -binding/fiksering i stroma (målt som mengden som tas opp per kvadratmeter per sekund).
Forklar hvorfor en må måle både og for å kunne vurdere barnålenes totale evne til å binde .
Fasit
Klimaendringene gir høyere -konsentrasjon og høyere temperatur samtidig. Forskerne ville etterligne det framtidige klimaet, og de to faktorene virker sammen slik at effekten av begge ikke er lik summen av hver for seg.
1) Høyere jordtemperatur gir raskere nedbryting og celleånding hos nedbryterne, slik at mer frigjøres fra karbonlageret i jorda — og metan der jorda er vannmettet og oksygenfattig. Karbonkretsløpet går raskere, og jorda kan gå fra å være et karbonlager til å bli en karbonkilde.
Arter som tåler varme og som utnytter mer godt, blir konkurransedyktige. Kuldetilpassede arter som svartgran og moser i bunnsjiktet kan bli fortrengt av gras, urter og busker, og artssammensetningen endres.
Fotosyntesen har to trinn som henger sammen: lysreaksjonene lager ATP og NADPH, og calvinsyklusen bruker dem til å binde . Det tregeste trinnet begrenser den samlede hastigheten, så man må måle begge for å vite hvor mye barnålene kan binde.
LøsningsforslagKI-generert
I et vanlig forsøk endrer forskerne bare én faktor om gangen. Da vet de at en forskjell mellom forsøksledd og kontroll skyldes nettopp den faktoren.
Her er målet et annet. Forskerne vil vite hvordan økosystemet reagerer på framtidas klima. I virkeligheten øker -konsentrasjonen og temperaturen samtidig, og et forsøk med bare én av faktorene ville ikke likne på den situasjonen som faktisk kommer.
I tillegg virker de to faktorene sammen. Høyere -konsentrasjon kan for eksempel bare gi økt fotosyntese hvis temperaturen også er høy nok til at enzymene arbeider raskt. Effekten av begge faktorene sammen blir derfor ikke det samme som summen av effekten av hver for seg. Slike samspillseffekter kan bare fanges opp når begge faktorene endres i samme forsøk.
Forsøket er fortsatt godt kontrollert. Fem innhegninger er forsøksledd og fem er kontroll, og alt annet er likt. Gjentakelsene gjør at tilfeldige forskjeller mellom innhegningene betyr mindre. Prisen forskerne betaler, er at de ikke kan si hvor mye av virkningen som skyldes alene og hvor mye som skyldes temperaturen alene.
I jorda ligger det et stort lager av karbon i døde planterester som er brutt lite ned. Nedbryterne, altså bakterier og sopp, bruker dette organiske materialet i celleåndingen sin.
Nedbryting er en enzymstyrt prosess. Når temperaturen i jorda øker, går enzymreaksjonene raskere, og nedbryterne bryter ned mer materiale per tidsenhet. Celleåndingen deres frigjør til lufta. Er deler av jorda vannmettet og oksygenfattig, blir noe av karbonet i stedet frigjort som metan, , ved anaerob nedbryting.
Karbonkretsløpet går altså raskere: karbon som har vært bundet i jorda i lang tid, går tilbake til atmosfæren. Nedbrytingen frigjør samtidig mineralnæring som plantene kan ta opp, slik at fotosyntesen og karbonopptaket kan øke noe. Går nedbrytingen raskere enn fotosyntesen, blir nettoresultatet likevel at innhegningen slipper ut mer karbon enn den tar opp. Jorda går da fra å være et karbonlager til å bli en karbonkilde.
Artene i innhegningen reagerer ulikt på de nye forholdene, og det er de relative konkurranseforholdene som avgjør hvem som blir vanligst.
Mer i lufta er en fordel for planter som kan øke fotosyntesen når tilgangen på øker. Disse artene vokser raskere, blir høyere og skygger for de andre.
Høyere temperatur favoriserer varmekjære arter. Svartgran, som dominerer i området, er tilpasset et kaldt klima, og det samme gjelder de mosene og lyngvekstene som er vanlige i bunnsjiktet i barskog. Høyere temperatur gir mer fordamping og tørrere jord, noe som er ugunstig for de mest fuktighetskrevende artene. Samtidig frigjør den raskere nedbrytingen mer næring, og næringskrevende gras, urter og busker kan da ta over.
Resultatet blir at noen arter går tilbake eller forsvinner lokalt, mens arter som har sin nordgrense lenger sør, kan etablere seg. Artssammensetningen av produsenter blir dermed en annen enn i kontrollinnhegningene.
Fotosyntesen består av to trinn som er koblet sammen.
I lysreaksjonene i tylakoidmembranen blir lysenergi brukt til å sende elektroner gjennom elektrontransportkjeden. Det gir en protongradient som driver dannelsen av ATP, og elektronene ender i NADPH. måler hvor raskt dette trinnet kan gå, altså hvor raskt barnålene kan lage ATP og NADPH.
I calvinsyklusen i stroma binder enzymet rubisco til et organisk molekyl, og ATP og NADPH fra lysreaksjonene blir brukt til å bygge sukker. måler hvor raskt dette trinnet kan gå.
De to trinnene er avhengige av hverandre. Calvinsyklusen stopper uten ATP og NADPH, og lysreaksjonene stopper når og ADP ikke blir levert tilbake fra calvinsyklusen. Den samlede hastigheten blir derfor bestemt av det trinnet som går tregest. Dette er den begrensende faktoren.
Måler man bare , kan man tro at barnålene binder mye , selv om rubisco arbeider tregt og faktisk setter grensen. Måler man bare , kan man på samme måte overvurdere kapasiteten hvis elektrontransporten er det svake leddet. Dette er særlig viktig i dette forsøket, fordi høyere temperatur og mer ikke påvirker de to trinnene likt. Bare ved å måle begge kan forskerne si hva som begrenser -bindingen, og hvordan kapasiteten endrer seg i det varmere og -rike miljøet.