Údaje získané z mezinárodní sítě více než 250 měřicích stanic ve dvou paralelních studiích v různých ekosystémech po celém světě ukázaly nové překvapující souvislosti intenzity slunečního světla, tepla, koncentrace vody v půdě i ovzduší, koncentrace oxidu uhličitého ve vzduchu a větru. To všechno jsou faktory, které ovlivňují klima a základní podmínky života na Zemi.
Podnebí se mění velmi dynamicky, je souhrou mnoha faktorů, jejichž účinky jsou navzájem zesilované i zpětnými vazbami mezi nimi. Proto je tak nevděčné dělat předpovědi klimatických změn, obzvlášť když »víme, že nevíme« – neznáme ještě mnoho procesů v globálním přírodním systému. Práce mezinárodního týmů vědců, kteří analyzují data ze dvou paralelních studií, nyní přinesla nový pohled na roli suchozemských ekosystémů v globálním cyklu uhlíku.
Potěmkinův globální skleník?
Výzkumníci zapojení do iniciativy Fluxnet v jedné ze studií měří na 60 stanicích, umístěných v odlišných místech po celé zeměkouli, jak dýchání ekosystémů reaguje na krátkodobé výkyvy teploty. S překvapením zjistili, že rychlost fotosyntézy se například ani nezdvojnásobí, když se v průběhu týdne změní teplota o deset stupňů. Některá dřívější šetření na úrovni ekosystémů přinesla zjištění o troj- až čtyřnásobném zvýšení produkce CO2, což by posílilo skleníkový efekt. Tyto údaje byly však v rozporu s globálními modely a atmosférickým měřením koncentrace oxidu uhlíku a její sezónní variability. „Nyní můžeme sladit zjevné rozpory mezi experimentálními a teoretickými studiemi,“ konstatuje Miguel Mahecha z Institutu Maxe Plancka v německé Jeně, který koordinoval zpracování dat. Jeho kolega Markus Reichstein dodává: „Zejména panikářské scénáře, postavené na zpětné vazbě mezi globálním oteplováním a respirací ekosystémů se nyní jeví jako zbytečné.“
Všudypřítomný a vlivný
Vědci shromáždili a analyzovali data z tak rozdílných oblastí, jako jsou tropické deštné pralesy, tropické a subtropické savany, středoevropské listnaté i jehličnaté lesy a člověkem přetvářené zemědělské ekosystémy. Jejich výsledky rovněž vyvrátily další tezi o tom, že respirace ekosystémů v tropech a mírných zeměpisných šířkách reaguje na teplotu méně než ve vyšších zeměpisných šířkách. Podle aktuálních komplexních měření reaguje dýchání velmi odlišných ekosystémů na teplotu podobně. Co je tedy tím faktorem, který ovlivňuje intenzitu respirace? Faktorem nezávislým ani na místních teplotních podmínkách, ani na specifických vlastnostech ekosystému?
Samá voda
Dřívější výsledky naznačovaly, že klíčovou roli ve změnách uhlíkové bilance hraje teplota, ale komplexní měření přinesla důkaz toho, že rozhodující je dostupnost vody v daném ekosystému. Klimatologové musí nyní zkoumat, jak nové poznatky mohou ovlivnit a upřesnit předpovědi pro bilanci CO2 a změny klimatu. „Stále ještě není možné předvídat, zda zeslabují pozitivní zpětné vazby mezi koncentraci CO2 a teplotě,“ říká Markus Reichstein. „Studie ukazuje velmi jasně, že jsme zatím neměli dostačující znalosti o globálních biogeochemických cyklech a jejich významu.“
Kdo ukládá 450 miliard ročně?
Výzkumníci to chtějí změnit dalším měřením intenzity fotosyntézy. Podle výsledků studie akumulují suchozemské ekosystémy 450 miliard tun oxidu uhličitého ročně, což je přibližně v souladu s předchozími odhady. 60 % CO2 akumulovaného z atmosféry připadá na tropické deštné pralesy a savany. Tropické pralesy se sice nerozkládají na tak velkých plochách jako savany, ale svou bujnou vegetací vytvářejí ve výsledku obrovskou listovou plochu, kde fotosyntéza ve výsledku akumuluje značné množství CO2. Globální analýza rovněž ukázala, že množství CO2, který je spotřebován během fotosyntézy podléhá v různých klimatických oblastech různým vegetačním faktorům. Společně avšak různou měrou se uplatňuje jak vliv teploty, tak intenzity slunečního záření a množství vody, které rostliny mohou čerpat kořenovým systémem ze země.
Trumf v rukávu Amazonie
Překvapivě největší vliv z globálního hlediska má skutečně voda. Na více než 40 % vegetací pokrytých suchozemských ploch, se intenzita fotosyntézy snižuje v sušším období a naopak. Na travnatých a křovinatých plochách mírných pásem závisí koncentrace CO2, přeměněná fotosyntézou na cukry, na zásobování vodou z celých 69 %, v tropických deštných pralesích pouze z 29 %. To zřejmě souvisí i se schopností daného ekosystému udržovat půdní vlhkost.
„Byli jsme překvapeni tím, že primární produkce v tropech není tak silně závislá na množství deště,“ přiznává Markus Reichstein. „I v tomto případě musíme tedy přezkoumat předpovědi některých klimatických modelů, které předpovídají zánik Amazonských pralesů v souvislosti s úbytkem srážek.“
Kvadratura koule
Údaje, které tvoří základ dvou zveřejněných studií, pocházejí z mezinárodní sítě více než 250 měřících stanic, zřízených pro dlouhodobý sběr spektra dat z různých ekosystémů po celém světě – měří koncentraci vody, CO2 ve vzduchu, intenzitu větru a turbulence. Zemský povrch posléze pro další analýzy rozdělí na kvadranty 50 x 50 km, údaje z pozemských stanic doplní satelitními daty o hodnotách absorpce sluneční energie na Zemi a budou porovnávat změny jednotlivých veličin a toky hmoty a energií mezi jednotlivými oblastmi. To jim umožní porozumět lépe vztahům mezi faktory, které ovlivňují respiraci a tedy absorpci a produkci CO2. Až do současnosti vědci odvozovali vzájemné vztahy mezi klimatickými změnami a respirací různých ekosystémů na základě hypotéz.
Namísto dohadů Fluxnet
Nová iniciativa Fluxnet, která vznikla právě na základě iniciativy týmu vedeného Markusem Reichsteinem a spolupráce jeho kolegů z Itálie a Severní Ameriky poprvé přinesla možnost globálního propojení souvislostí, které je nezbytné pro komplexní pochopení sledovaných procesů. „Současné studie zejména dokazují obrovský význam dlouhodobého a systematického pozorování zemského systému pro výzkum a validitu současných klimatických předpovědi, které pomůže vyloučit neplatné modely,“ konstatuje dosavadní výsledky Marcus Reichstein.
Více na:
http://www.fluxnet.ornl.gov
Uhlíkové Lego, staré 13,75 miliardy let
Uhlík je prvek přítomný na Zemi už od jejího vzniku a ve vesmíru vznikl „chvilku“ po Velkém třesku. Uhlík je tedy na Zemi v oběhu 4,6 miliardy let a každý atom ve vašem těle je starý jako sám vesmír. Než proputoval časem až k vám, zdržel se možná v asteroidu, v drápu dinosaura, devonských vápencích nebo Platónovi. Atom uhlíku – šest elektronů kroužících okolo jádra – trochu připomíná starořeckou představu o Sluneční soustavě (Řekové „nedohlédli“ za planetu Saturn). Je základem veškeré živé hmoty na Zemi, zatím známe 10 miliónů organických sloučenin. I člověk je vlastně tvořený energií slunečního světla, fotosyntézou transformovanou do chemických vazeb uhlovodíků. Modifikace uhlíku v anorganických sloučeninách jsou také originální – kromě známého grafitu a diamantu umí existovat jako lonsdaleit, grafen, uhlíkové nanotrubičky nebo fullereny, které jsou k vidění i na Saturnu.
Modrá voda je mrtvá
Fytoplankton hraje podstatnou roli nejen v uhlíkové bilanci, ale i v potravním řetězci. Jak uvádí ekolog Daniel Boyce z Dalhousie univerzity v kanadském Halifaxu, tvoří polovinu veškeré rostlinné hmoty na celém světě. Na základě dlouhodobého měření ekologové zjistili, že už více než století mořský fytoplankton odumírá, jeho množství celosvětově pokleslo od roku 1950 o 40 %. Úbytek byl největší na otevřeném moři, kde se svrchní vrstva vody prohřívá nejvíce a drží se trvale při hladině. Nedochází k intenzivnímu promíchávání mořské vody a fytoplanktonu chybí živiny z hlubších vrstev. Naopak do mělkých okrajových moří splachují řeky množství dusíku a fosforu z přehnojené půdy a fytoplankton prosperuje, jak je vidět třeba v Baltském moři. Vliv mohou zřejmě mít i změny v tvorbě oblačnosti a intenzity slunečního světla nad oceány.
