How can climate scientists predict the future of climate change? Of course, we cannot predict the future, but we can think about different scenarios that might happen. Climate scientists use information about the current environment to help predict our climate future. The different scenarios are based on how much greenhouse gas continues to be emitted. These scenarios are called Representative Concentration Pathways or RCP for short.
If we do nothing about our greenhouse gas emissions, then we are on the “business-as-usual” pathway. Climate scientists call this the RCP 8.5 scenario. Under the RCP 8.5 scenario, the carbon dioxide levels continue to rise and the average annual temperature will increase by seven degrees Celsius by the year 2100. RCP 8.5 is considered the worst-case scenario and is unlikely to happen, but it is still a possibility since we do not fully understand how human activities affect the environment. Therefore, it is important to study RCP 8.5 so we can understand what will happen if we do not take action.
Climate Change Experiment: The Acadian Forest Region
What will happen to our trees if we continue emitting greenhouse gasses “business-as-usual”? This is the question that Dr. Anthony Taylor and his colleagues wanted to answer. They conducted an experiment which showed that on our current pathway, in a few decades it will be too warm for the trees that live in the Acadian Forest Region.
The experiments used the seedlings of three tree species that live in the Acadian Forest Region: balsam fir, red maple, and red spruce. New Brunswick is at the southern range for balsam fir trees, the northern range for red maple, and in the middle of the range for red spruce.
To mimic the effects of climate change on the “business-as-usual” pathway, Dr. Taylor and his colleagues had to build a closed environment in which to grow their tree seedlings. They built mini greenhouses, called phytotrons. Inside these phytotrons the team controlled the temperature, the level of carbon dioxide in the air, and the soil moisture to match the predictions of the RCP 8.5 scenario. To understand the impact of each effect individually, the team exposed the seedlings to the temperature, level of carbon dioxide, and soil moisture separately as well as in each possible combination.
Dr. Taylor and his team made four hypotheses, or predictions:
1. Warmer temperatures will make the trees grow more 2. Drier soil will make the trees grow less, and this will be worsened by higher temperatures 3. More carbon dioxide will make the trees grow more 4. The red maple seedlings will survive better than the balsam fir and red spruce
What they found is that the three variables: temperature, carbon dioxide level, and soil moisture - all interact with each other. The data supports all four hypotheses, but looking at them individually does not tell the full story. For example, although warmer temperatures encourage the trees to grow more, it also causes more evaporation in the soil, and drier soil makes the trees grow less. Similarly, more carbon dioxide can help trees grow, but in the case of balsam fir and red spruce, this effect stopped when the temperature got too high.
The conclusion of the experiment is that if we continue “business-as-usual” and do nothing to help fight climate change, the trees in New Brunswick will not survive. Having the results of a controlled experiment means that scientists can use this information to choose different trees to plant, help build better computer models, and encourage policy-makers to make the best decisions to save the trees in the Acadian Forest Region.
Try This at Home: Seedling Experiment
Using material at home, you can control the soil moisture just like Dr. Taylor and his team did in their experiment to mimic the RCP 8.5 scenario.
Materials: - Two bean seeds - Soil - Two clear cups - A marker - A ruler
Start by growing your own seedlings. Fill the cups halfway with soil and plant one bean seed in each cup. Keep the soil moist until the seedlings sprout. If you stick your finger in the soil up to your first knuckle, it should feel damp. Once you have two seedlings that measure at least two centimetres tall, you can begin your experiment.
1. Measure the height of each seedling and write it down. 2. Label one seedling as your control and one as your climate change seedling. Place your seedlings next to each other so they are in the same environment. 3. Continue to water your control seedling so that the soil feels moist up to your first knuckle. Do NOT water the climate change seedling.
After one week, collect your results. Measure the height of each seedling. Which seedling grew taller?
Climate Action: Carbon Emissions
The RCP 8.5 scenario is the “business-as-usual” scenario - but this does not have to be our future if we take action!
The other important factor is deforestation. Trees help absorb carbon dioxide from the atmosphere. You can help fight deforestation by: - Visiting your local library to learn more about trees - Join or start a community group at your school - Go outside and learn which trees grow in your neighbourhood
Meet Our Local Science Heroes:
Dr. Anthony Taylor
Dr. Anthony Taylor is an Associate Professor of Forest Management at the University of New Brunswick in Fredericton, NB. His research focuses on the effects of climate change on our forests.
Rob Vaughn
Rob Vaughn is a biologist at the Canada Forest Service, and is currently pursuing his PhD under the supervision of Dr. Taylor.
Credit
This Science Spotlight was written based on Vaughn, William R., Anthony R. Taylor, David A. MacLean, Loic D’Orangeville, and Michael B. Lavigne. 2021 “Climate change experiment suggests divergent responses of tree seedling in eastern North America’s Acadian Forest Region over the 21st century.” Canadian Journal of Forest Research, 51, no. 12, 1888 1902. https://doi.org/10.1139/cjfr 2021 0047.
Histoire de la genèse : Le futur de notre climat
Comment les climatologues peuvent-ils prédire l'avenir du changement climatique ? Bien sûr, nous ne pouvons pas prédire l'avenir, mais nous pouvons penser à différents scénarios qui pourraient se produire. Les climatologues utilisent des informations sur l'environnement actuel pour aider à prédire notre avenir climatique. Les différents scénarios ou modèles sont basés sur la quantité de gaz à effet de serre qui continue d'être émise. Ces scénarios sont appelés trajectoires représentatives de concentration ou RCP (pour « Representative Concentration Pathway » en anglais) en abrégé.
Si nous ne faisons rien au sujet de nos émissions de gaz à effet de serre, nous sommes alors sur le « statu quo ». Les climatologues appellent cela le scénario RCP 8.5. Dans le scénario RCP 8.5, les niveaux de dioxyde de carbone continuent d'augmenter et la température annuelle moyenne augmentera de sept degrés Celsius d'ici l'an 2100. Le RCP 8.5 est considéré comme le pire scénario et il est peu probable qu'il se produise, mais c'est toujours une possibilité puisque nous ne comprenons pas entièrement comment les activités humaines affectent l'environnement. Par conséquent, il est important d'étudier le RCP 8.5 afin que nous puissions comprendre ce qui se passera si nous n'agissons pas.
Expérience sur le changement climatique : La région de la forêt acadienne
Qu'adviendra-t-il de nos arbres si nous continuons à émettre des gaz à effet de serre « comme d'habitude » ? C'est la question à laquelle Anthony Taylor et ses collègues ont voulu répondre. Ils ont mené une expérience qui a démontré que sur notre voie actuelle, dans quelques décennies, il fera trop chaud pour les arbres qui vivent dans la région forestière acadienne.
Les expériences ont inclus les semis de trois espèces d'arbres qui vivent dans la région forestière acadienne : le sapin baumier, l'érable rouge et l'épinette rouge. Le Nouveau-Brunswick se situe dans l'aire de répartition sud pour le sapin baumier, dans l'aire de répartition nord pour l'érable rouge et au milieu de l'aire de répartition pour l'épinette rouge.
Pour imiter les effets du changement climatique sur la voie du « comme d'habitude », monsieur Taylor et ses collègues ont dû construire un environnement fermé dans lequel ils ont fait pousser leurs semis d'arbres. Ils ont construit des mini-séries, appelées phytotrons. À l'intérieur de ces phytotrons, l'équipe a contrôlé la température, le niveau de dioxyde de carbone dans l'air et l'humidité du sol pour correspondre aux prévisions du scénario RCP 8.5. Pour comprendre l'impact de chaque effet individuellement, l'équipe a exposé les semis à la température, au niveau de dioxyde de carbone et à l'humidité du sol séparément ainsi que dans chaque combinaison possible.
Monsieur Taylor et son équipe ont formulé quatre hypothèses ou prédictions :
1. Des températures plus chaudes favorisent la croissance 2. Un sol sec défavorisera la croissance des arbres, et cela sera aggravé par des températures plus élevées 3. Une hausse de dioxyde de carbone favorisera la croissance 4. Les semis d'érable rouge survivront mieux que le sapin baumier et l'épinette rouge
Ils ont découvert que les trois variables : la température, le niveau de dioxyde de carbone et l'humidité du sol interagissent toutes les unes avec les autres. Les données appuient les quatre hypothèses, mais les examiner individuellement ne raconte pas toute l'histoire. Par exemple, bien que des températures plus chaudes encouragent les arbres à pousser davantage, cela provoque également une plus grande évaporation dans le sol, et un sol plus sec fait moins pousser les arbres. De même, plus de dioxyde de carbone peut aider les arbres à pousser, mais dans le cas du sapin baumier et de l'épinette rouge, cet effet s'est arrêté lorsque la température est devenue trop élevée.
La conclusion de l'expérience est que si nous continuons à « faire comme si de rien n'était » et ne faisons rien pour aider à lutter contre le changement climatique, de nombreux arbres du Nouveau-Brunswick ne survivront pas. Avoir les résultats d'une expérience contrôlée signifie que les chercheurs ont essayé de contrôler autant de variables que possible. Les scientifiques peuvent utiliser ces informations pour choisir différents arbres à planter, aider à construire de meilleurs modèles informatiques et encourager les décideurs à prendre les meilleures décisions pour sauver les arbres de la région forestière acadienne.
Essayez ça chez vous : Expérience sur les graines
En utilisant des matériaux à la maison, vous pouvez contrôler l'humidité du sol, tout comme monsieur Taylor et son équipe l'ont fait dans leur expérience pour imiter le scénario RCP 8.5.
Matériaux :
- Deux graines de haricot - Terreau - Deux verres transparents - Un marqueur - Une règle
Commencez par cultiver vos propres semis. Remplissez les verres à moitié avec de la terre et plantez une graine de haricot dans chaque verre. Gardez le sol humide jusqu'à ce que les semis germent. Si vous enfoncez votre doigt dans le sol jusqu'à la première jointure, il devrait être humide. Une fois que vous avez deux semis qui mesurent au moins deux centimètres de haut, vous pouvez commencer votre expérience.
1. Mesurez la hauteur de chaque semis et notez-les.
2. Étiquetez un semis comme votre témoin et un autre comme votre semis de changement climatique. Placez vos semis les uns à côté des autres afin qu'ils soient dans le même environnement.
3. Continuez à arroser votre semis de contrôle afin que le sol soit humide jusqu'à votre première jointure. N'arrosez PAS le semis du changement climatique.
Au bout d'une semaine, récupérez vos résultats. Mesurez la hauteur de chaque semis. Quel semis a grandi le plus ?
Action pour le climat : Émissions de carbone
Le scénario RCP 8.5 est le scénario « Comme d'habitude » - mais notre avenir peut être différent si nous agissons !
Un facteur important est la déforestation. Les arbres aident à absorber le dioxyde de carbone de l'atmosphère. Vous pouvez aider à lutter contre la déforestation en :
- Visitant votre bibliothèque locale pour en savoir plus sur les arbres - Rejoignant ou démarrant un groupe communautaire dans votre école - Sortant pour apprendre quels arbres poussent dans votre quartier
Rencontrez nos héros scientifiques locaux :
Anthony Taylor
Anthony Taylor est un professeur associé en gestion forestière à l'Université du Nouveau Brunswick à Fredericton. Ses recherches se concentrent sur les effets des changements climatiques sur nos forêts.
Rob Vaughn
Rob Vaughn est un biologiste pour les services forestiers du Canada, et il poursuit son doctorat sous la supervision de Anthony Taylor.
Contribution
Ce guide « Plein feux sur la science » a été écrit sur la base de Vaughn, William R., Anthony R. Taylor, David A. MacLean, Loic D' Orangeville et Michael B. Lavigne. 2021 « L'expérience sur les changements climatiques suggère des réponses divergentes des semis d'arbres dans la région forestière acadienne de l'est de l'Amérique du Nord au cours du 21e siècle. » Revue canadienne de recherches forestières, 51, no. 12, 1888 1902. https://doi.org/10.1139/cjfr 2021 0047
