حذرت دراسة من أن الأرض على شفا "نقطة تحول" فتاكة لتغير المناخ، مع احتمال انخفاض قدرة الكوكب على امتصاص ثلث الانبعاثات التي يسببها الإنسان، إلى النصف بحلول عام 2050. وأنشأ باحثون من جامعة شمال أريزونا منحنيات درجة حرارة لكل منطقة حيوية رئيسية حول العالم، للتنبؤ بالتأثير المحتمل لارتفاع درجة حرارة العالم. وتساعد النباتات في التخفيف من ظاهرة الاحتباس الحراري من خلال التمثيل الضوئي، وامتصاص ثاني أكسيد الكربون وإطلاق الأكسجين مرة أخرى في الهواء، ما يؤدي إلى "تنفس" الأرض. ووجد الفريق أنه على مدى العقود القليلة الماضية، استقبل الغلاف الحيوي للأرض كمية من الكربون أكثر مما أطلق، لكن هذا الاتجاه يتباطأ وربما ينعكس. وبين درجات حرارة 64.4 فهرنهايت و62.4 فهرنهايت، اعتمادا على المنطقة الإحيائية، تتباطأ كمية الكربون التي يمكن للنبات معالجتها، ما يخلق نقطة تحول لعملية التمثيل الضوئي.

وبسبب الاحتباس الحراري الذي يؤدي إلى ارتفاع متوسط ​​درجة الحرارة، يعاني الكوكب من "حرارة متزايدة باطراد''، كما تحذر المعدة الرئيسية الدكتورة كاثرين دافي، من أن هذا سيؤدي في النهاية إلى تحويل بعض مصارف الكربون في العالم إلى مصادر للكربون، ما يؤدي إلى تسريع تغير المناخ. وفي الوقت الحالي، يعاني أقل من عشرة بالمائة من الغلاف الحيوي الأرضي من درجات حرارة تتجاوز الحد الأقصى للتمثيل الضوئي، الذي اكتشفه الباحثون. ولكن بالمعدل الحالي للانبعاثات، يمكن أن يتعرض ما يصل إلى نصف المحيط الحيوي الأرضي إلى درجات حرارة تتجاوز عتبة الإنتاجية هذه، بحلول عام 2050. وستكون بعض المناطق الأحيائية الأكثر ثراء بالكربون في العالم، بما في ذلك الغابات الاستوائية المطيرة في الأمازون وجنوب شرق آسيا والتايغا في روسيا وكندا، من بين أول المناطق التي تصل إلى نقطة التحول تلك. وقالت دافي، نحن نعلم أن كل عملية بيولوجية لها نطاق من درجات الحرارة التي تؤدي فيها على النحو الأمثل، وتلك التي تتدهور الوظيفة فيها. "لذلك أردنا أن نسأل إلى أي مدى يمكن أن تصمد النباتات؟". وأضاف المعد المشارك البروفيسور جورج كوخ، من جامعة NAU: "تختلف أنواع النباتات المختلفة في تفاصيل استجابات درجات الحرارة، لكنها جميعا تظهر انخفاضا في التمثيل الضوئي عندما يصبح الجو دافئا جدا". وتعد الدراسة الجديدة الأولى التي تكتشف عتبة درجة الحرارة لعملية التمثيل الضوئي من بيانات الرصد على نطاق عالمي. وبينما تمت دراسة عتبات درجة الحرارة لعملية التمثيل الضوئي والتنفس في المختبر، توفر بيانات Fluxnet نافذة على الأنظمة البيئية التي تعاني منها بالفعل في جميع أنحاء الأرض، وكيفية استجابتها.

وقالت دافي: "نحن نعلم أن درجة الحرارة المثلى للبشر تقع حول 37 درجة فهرنهايت، لكننا في المجتمع العلمي لا نعرف ما هي تلك المثالية للمحيط الحيوي الأرضي". ومن أجل بحثها، تعاونت الدكتورة دافي مع Woodwell Climate وجامعة Waikato، حتى طوروا نهجا جديدا سمح للفريق بتوليد منحنيات درجة الحرارة لكل منطقة حيوية رئيسية والعالم بأسره. وتكشف النتائج عن نقطة تحول حرجة في درجة الحرارة تتناقص بعدها قدرة النباتات على التقاط وتخزين الكربون في الغلاف الجوي، والمعروف باسم "بالوعة الكربون الأرضية"، مع استمرار ارتفاع درجات الحرارة. وحذر الباحثون من أن درجة حرارة امتصاص الكربون - 64.4 درجة فهرنهايت لبعض النباتات، و82.4 درجة فهرنهايت للبعض الآخر - تم تجاوزها بالفعل في الطبيعة. وهذا يعني أنه في العديد من المناطق الأحيائية، سيؤدي الاحترار المستمر إلى انخفاض التمثيل الضوئي بينما ترتفع معدلات التنفس بشكل كبير، ما يؤدي إلى قلب توازن النظم البيئية من بالوعة الكربون، إلى مصدر الكربون وتسريع تغير المناخ. وأضاف المعد المشارك البروفيسور فيك آركوس، من جامعة وايكاتو في نيوزيلندا: "الشيء الأكثر إثارة للدهشة الذي أظهره تحليلنا وهو أن درجة الحرارة المثلى لعملية التمثيل الضوئي في جميع النظم البيئية، كانت منخفضة للغاية. وإلى جانب زيادة معدل تنفس النظام البيئي عبر درجات الحرارة التي لاحظناها، تشير النتائج إلى أن أي زيادة في درجة الحرارة أعلى من 64.4 فهرنهايت، من المحتمل أن تكون ضارة". وتلزم اتفاقية الأمم المتحدة للمناخ في باريس، الحكومات في جميع أنحاء العالم باتخاذ إجراءات تقيد درجات الحرارة العالمية من الزيادة بأكثر من 3.6 فهرنهايت فوق مستويات ما قبل الصناعة، بحلول عام 2100.