Küresel toprak nemi iklim değişikliği nedeniyle ‘kalıcı’ düşüşte

Cecilia Keating

27.03.2025

Yeni bir bilimsel çalışma, 21. yüzyılda küresel toprak nemi düşüşlerinin dünyanın su döngüsünde “kalıcı” bir değişime işaret edebileceği konusunda uyarıyor.

Uydulardan, deniz seviyesi ölçümlerinden ve “kutup hareketi” gözlemlerinden gelen verileri birleştiren araştırma, toprak nem seviyelerinin 2000 yılından bu yana nasıl azaldığını gösteriyor.

Science’da yayınlanan bulgular, düşüşün temel olarak küresel sıcaklıklar arttıkça giderek daha susuz bir atmosfer ve yağış  rejimindeki  değişikliklerden kaynaklandığını öne sürüyor.

Sonuç olarak, araştırmacılar, mevcut ısınma eğilimleri devam ederse gözlemlenen değişikliklerin muhtemelen “kalıcı” olacağı konusunda uyarıyor.

Eşlik eden bir perspektif makalesinde, çalışmanın iklim değişikliği altında karasal su kaynaklarında “geri döndürülemez bir değişim” olduğuna dair “sağlam kanıt” sağladığı söyleniyor. Toprağın kuruması, büyük kuraklıkların “şiddetini ve sıklığını” artırıyor ve bu durum insanlar, ekosistemler ve tarım için sonuçlar doğuruyor, diyor NASA Goddard Uzay Çalışmaları Enstitüsü ve Columbia Üniversitesi’nde çalışan disiplinler arası bir Dünya sistemi bilimcisi olan ve araştırmaya katılmayan Dr. Benjamin Cook şunları söylüyor:

“Kuraklıklar, genellikle kalıcı ve uzun ömürlü oldukları için, oradaki en etkili ve pahalı doğal afetlerden biridir. Her şeyin suya ihtiyacı vardır – ekosistemlerin suya ihtiyacı vardır, tarımın suya ihtiyacı vardır. İnsanların suya ihtiyacı vardır. Yeterli suyunuz yoksa – başınız dertte demektir.”

Kuruyan toprak

Her yıl, yaklaşık 6 trilyon ton su Dünya’nın kara yüzeyinden geçer. Yağmur karaya düştüğünde, okyanuslara geri dönüş yolculuğunda toprakta, sulak alanlarda, yeraltı suyunda, göllerde ve rezervuarlarda tutulur.

Toprak nemi, Dünya sisteminin kritik bir parçasını oluşturur, toprağa verilecek su miktarına, suyu bitkilerle yeniden döngüye sokmaya ve iklimi düzenlemeye yardımcı olur.

Toprakta bulunan su miktarı, yağış, buharlaşma, bitki örtüsü ve iklimdeki değişiklikler ve yoğun tarım gibi insan faaliyetleri de dahil olmak üzere bir dizi faktörle bağlantılıdır.

Araştırma, 2000-02 arasındaki üç yılda “keskin tükenme” dönemiyle başlayan 21. yüzyılda toprak nem seviyelerinde “kademeli bir düşüş” olduğunu gösteriyor. Araştırmacılar, özellikle toprak neminin tükenmesinin 2000-02 arasında toplam 1.614 milyar ton (gigaton) su kaybına ve ardından 2002 ile 2016 arasında 1.009 Gt su kaybına yol açtığını buldular. Grönland’daki buz kaybı 2002-06 arasında 900 Gt su kaybına yol açmıştı.

Araştırmaya göre, toprak nemi 2021 itibarıyla toparlanmadı ve mevcut iklim koşullarında toparlanması da pek olası değil.

Ortak baş yazar Prof. Dongryeol Ryu, Melbourne Üniversitesi’nde hidroloji ve uzaktan algılama profesörü, çalışmayı şöyle açıklıyor:

“Geçtiğimiz yirmi yılda iki kez [toprak neminde] kademeli bir düşüş gözlemledik, toprak neminde sürekli azalan bir eğilim vardı. Daha önce böyle bir eğilim görmemiştik, bu yüzden bu çok endişe verici.”

Ryu, toprak nemindeki değişiklikleri küresel ölçekte analiz etme kararının, araştırmacıların daha küçük coğrafi veri kümelerinde görülmesi zor eğilimleri doğrulayabilmeleri anlamına geldiğini açıklıyor:

“Bu daha büyük ölçekli ölçümleri analiz ederek bulduğumuz benzersiz şey, yağışta ve artan sıcaklıkta yaygın olarak dalgalanan iniş çıkışlar görmüş olsak bile, toprakta bulunan toplam suyun, toprak nemi ve yeraltı suyu olarak, bu yüzyılın başından itibaren kademeli olarak azaldığıdır.”

Aşağıdaki haritalar, ERA5-Land yeniden analiz veri setine göre tahmin edildiği üzere, 1995-99 baz yılına göre 2003-07 ve 2008-12 yıllarındaki toprak nemindeki değişiklikleri göstermektedir. Haritada kahverengiyle işaretlenen alanlarda toprak neminde düşüş, maviyle işaretlenen alanlarda ise toprak neminde artış görülmüştür.

Üstteki harita, 2003-07 yılları arasında Doğu ve Orta Asya, Orta Afrika ve Kuzey ve Güney Amerika’daki geniş bölgelerdeki toprak nemindeki azalmayı göstermektedir. Alttaki harita, takip eden yıllarda Güney Amerika, Hindistan, Avustralya ve Kuzey Amerika’nın nispeten küçük kısımlarında “yenilenme” meydana geldiğini göstermektedir.

Harita 1. 2003-07 (harita A) ve 2008-12 (harita B) yıllarındaki ortalama toprak nemi değişimleri, (1995-99 baz yılına göre).

Harita 1 ‘de kahverengiyle işaretlenen alanlarda toprak nemi düşüşü, maviyle işaretlenen alanlarda ise toprak nemi artışı görüldü. Koyu gri renk ise , toprak nemindeki değişimin istatistiksel olarak anlamlı olmadığı alanları gösteriyor. ERA 5-Land tarafından tahmin edilen rakamlar. Kaynak: Science.

İklim değişikliği

Ryu, araştırmacıların “artmakta olan sıcaklığın 21. yüzyılda karasal su depolama ve toprak nemindeki düşüşte önemli bir rol oynadığından şüphelendiklerini” söylemektedir. Çalışma, son çeyrek yüzyılda toprak neminin kademeli olarak azalmasına neden olan iki faktörün  yağış rejimindeki dalgalanmalar ve artan “buharlaşma ” olduğunu ileri sürmektedir.

Buharlaşma , atmosferin su talebini veya karadan, bitki örtüsünden ve yüzey suyundan ne kadar nem alabileceğini ifade eder. Bugüne kadarki çalışmalar,  buharlaşmanın son yirmi yılda küresel olarak nasıl arttığını, su bulunabilirliğini nasıl etkilediğini, mahsullere ne  zarar verdiğini ve kuraklığa nasıl neden olduğunu vurgulamaktadır.

Yeni çalışma, “Sıcak bir iklimin neden olduğu artan buharlaşmanın” “sıcaklıklar arttıkça kurumaya doğru daha tutarlı ve yaygın bir eğilim” olduğunu göstermektedir.

Ryu, 2000-02 arasında gözlemlenen su nemindeki “çok sıra dışı” düşüşün, küresel olarak düşük yağış seviyelerine atfedilebileceğini ve bunun “buharlaşma talebinin artmaya başladığı dönemle” aynı zamana denk geldiğini ifade etmektedir.

Ryu, 2015-16 yıllarında görülen daha az belirgin bir başka hızlı toprak nemi düşüşünün, 2014-16 El Niño olayının tetiklediği kuraklıklara bağlanabileceğini belirtmektedir. Ryu, çalışma bulgularının, toprak neminin geçmişte olduğu gibi kurak bir yıldan sonra eski haline dönemediğini gösterdiğini aşağıdaki şekilde ifade etmektedir.

“Eskiden yağış tekrar arttığında, topraktaki suyu geri kazanırdık. Ancak bu artan buharlaşma talebi nedeniyle, güçlü El Niño yılları yaşadığımızda -ki bu da bir veya iki yıl boyunca çok daha az yağışa yol açar- artan buharlaşma talebi nedeniyle suyu tam olarak geri kazanamadığımız anlaşılıyor. Bu nedenle -kurak yılların ardından yağışlı bir yıl geçirsek bile- topraktaki su geri kazanılmıyor gibi görünüyor.”

Çapraz doğrulama

Küresel toprak nemindeki değişiklikleri ölçmek, topraktaki suyun kapsamlı ve doğrudan gözlemlerinin olmaması nedeniyle, bilim insanları için tarihsel olarak bir zorluk oluşturmuştur. Araştırmacılar, Avrupa Orta Vadeli Hava Tahminleri Merkezi’nin (ECMWF) ERA 5-Land yeniden analiz veri setini üç jeofizik ölçüm veri setiyle doğrulayarak bu belirsizliği azaltmaya çalışıyor.

ERA5’in kara yüzeyi modelleme sistemi, toprağın üst birkaç metresindeki suyu tahmin etmek için meteorolojik ve diğer girdi verilerini kullanmaktadır.Bu rakamlar, NASA ve Alman Uzay Merkezi arasındaki ortak bir uydu görevi olan Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) görevi tarafından toplanan verilerle karşılaştırılmıştır.

2002’den beri yürütülen GRACE görevi, yeraltı suyu tükenmesi, buz tabakası kaybı ve deniz seviyesinin yükselmesiyle ilgili verileri toplayarak Dünya’nın yer çekimindeki değişiklikleri izlemektedir. Bu gözlemler, karadan okyanusa sürekli bir su kaybı olduğunu ortaya koymuştur.

Bilim insanları ayrıca ERA 5 yeniden analiz verilerini, gezegendeki kütle dağılımı değiştikçe Dünya’nın dönüşündeki dalgalanmaları ölçen yüzyıllık bir veri setiyle çapraz olarak  referanslamaktadır. Buz ve suyun yeniden dağıtılması, eriyen buz tabakaları ve azalan yeraltı suyu gibi, gezegenin dönerken sallanmasına ve ekseninin hafifçe kaymasına neden olmaktadır. Bu, “kutup hareketi” olarak bilinmektedir.Bilim insanlarının kullandığı üçüncü ölçüm seti, uydular tarafından toplanan küresel ortalama deniz seviyesi yüksekliğidir.

Bu veri setinden toprak nemindeki değişiklikleri çıkarmak için araştırmacılar, deniz seviyesindeki artışa neden olan diğer etkenleri  genel toplamdan çıkarmıştır. Bu  faktörler  arasında Grönland’ın buz erimesi, Antarktika buz erimesi, artan deniz yüzey sıcaklığının etkisi (su hacmini genişleten) ve yeraltı suyunun katkısı yer almaktadır.Bu eleme süreci araştırmacılara, toprak neminin küresel deniz seviyesindeki artışa katkısına dair bir tahmin  imkanı yaratmıştır.

Bu çalışmada hem deniz suyu seviyesindeki artışın  hem de kutup hareketi gözlemlerinin “toprak nemindeki ani değişimin gerçek olduğu sonucunu desteklediği” belirtilmektedir. Ryu, küresel ortalama deniz seviyesi yükselmesini ve “Dünya salınımını” kullanarak karadaki suyun yeniden dağılımını izlemenin makalede uygulanan “ana yenilik” olduğunu söylemektedir. ERA 5 veri setinin “tersine mühendisliğinin” , gelecekte kara yüzeyi modellemesinin nasıl geliştirileceğini anlamaya katkıda bulunacağını aşağıdaki şekilde ifade etmektedir.

“Bu ölçüme katkıda bulunan tüm faktörleri açıklayarak süreci anlayabilirsiniz. Ve süreci anlarsanız, bu faktörlerden herhangi biri belirli bir şekilde değişirse gelecekte ne olacağını gerçekten tahmin edebilirsiniz.”

NASA’dan Dr. Cook, makalenin sunduğu “doğrulayıcı kanıtların” “son yıllarda toprak neminde büyük ölçekli bir düşüş olduğuna dair gerçekten güçlü bir durumu ortaya koyduğunu belirtmektedir. Ancak, çalışmanın 20 yıllık nispeten kısa referans döneminin, düşüşün nedenini belirleme konusunda  daha az net olduğu anlamına geldiğini aşağıdaki şekilde ifade etmektedir.

“[Düşüşün] kalıcı olup olmadığı çok daha belirsiz… Bu zaman ölçeklerinde, içsel doğal değişkenlik gerçekten, güçlü olabilir. Bu nedenle  bu düşüşü belirli bir şeye -iklim değişikliği veya içsel değişkenlik- bağlamak çok çok daha zordur.”

Deniz seviyesinin yükselmesi

Çalışmanın deniz seviyesinin yükselmesi analizindeki dikkat çekici bir bulgu, karasal su depolamasının 21. yüzyılın başlarında deniz seviyesinin yükselmesinin baskın itici gücü olabileceğidir.

Makalede özellikle, toprak neminin düştüğü 2000-02 yıllarında karasal su depolamasındaki düşüşün, küresel ortalama deniz seviyesinin yılda yaklaşık 2 mm yükselmesine yol açtığı belirtilmektedir. Araştırmacılar, bu deniz seviyesi yükselmesinin  “benzeri görülmemiş” ve Grönland buz kütlesi kaybına atfedilen yılda 0,8 mm lik deniz seviyesi yükselmesinden “önemli ölçüde daha yüksek” olduğunu söylemektedir.

Çalışmaya dahil olmayan Princeton Üniversitesi’ndeki High Meadows Çevre Enstitüsü’nde profesör olan Prof. Reed Maxwell, araştırmacıların toprak nemini diğer küresel su depolarıyla karşılaştırma çabalarının “yeni” olduğunu ve “daha bütünsel bir küresel su dengesi için gelecekteki çalışmalara kapı açtığını” söylemektedir.

‘Sinsi felaket’

Makalede, değişen iklimde toprak nemindeki değişiklikleri doğru bir şekilde simüle etmek için kara yüzeyi ve hidrolojik modellerin “önemli iyileştirmelere” ihtiyaç duyduğu belirtiliyor.Mevcut modeller, tarımsal yoğunlaşmanın etkilerini veya yarı kurak bölgelerin devam eden “yeşillenmesini” hesaba katmıyor; her ikisi de toprak neminde daha fazla düşüşe “katkıda bulunabilir” diyor.

Bilim dergisinde yayınlanan bir perspektif makalesinde, Helmholtz Çevre Araştırmaları Merkezi’ndeki hesaplamalı hidrosistemler bölümünden Prof. Luis Samaniego, yeni nesil modellerin çiftçilik, büyük barajlar ve sulama sistemleri gibi insan kaynaklı etkileri içermesinin “zorunlu” olduğunu söylüyor.

Makalede yapılan çalışmanın  sunulan küresel toprak nemindeki değişiklikleri tahmin etmek için “yenilikçi yöntemlerin” “küresel ve kıtasal ölçeklerde modellemenin mevcut durumunu iyileştirme” fırsatları sağladığı ileri sürülmektedir. Daha geniş bir açıdan bakıldığında , toprak nemindeki değişikliklere ilişkin bilimsel anlayıştaki ilerlemeler, dünyanın kuraklığa karşı hazırlığını iyileştirmeye yardımcı olabilecektir.

Kuraklık genellikle “sinsi bir felaket” olarak bilinir – çünkü tanımlandığında, genellikle çoktan başlamış olur.

Makalenin yazarı Ryu  bu konuyu şöyle açıklıyor:

“Bir sel ve sıcak hava dalgalarının aksine, kuraklık çok çok yavaş gelir – ve uzun süreli ve gecikmeli sonuçları olur. Bu nedenle önceden  hazırlıklı olmamız gerekir, çünkü kuraklık geldiğinde uzun süreli sonuçlar bekleyebilirsiniz.”

Çalışmaya dahil olmayan Hydroclimate Extremes Lab ve Hong Kong Politeknik Üniversitesi’nde doçent olan Dr. Shou Wang, araştırma bulgularının “ısınan bir iklimde benzeri görülmemiş hidrolojik aşırılıkların” “olası itici güçleri ve dinamikleri”nin anlaşılmasını ilerletmek için “kritik” olduğunu belirterek,“Bu çalışma , bileşik ve ardışık kuraklık-sel olayları gibi benzeri görülmemiş hidrolojik aşırılıklara yol açan hidrolojik rejim değişikliklerinin itici güçlerini ortaya çıkaran çığır açıcı bir çalışma.” diyor.

Kaynak: https://www.carbonbrief.org/global-soil-moisture-in-permanent-decline-due-to-climate-change/