Podniebne rzeki: jak wylesianie wpływa na globalny cykl hydrologiczny.

Coraz więcej dowodów wskazuje, że trwające od lat niszczenie lasów tropikalnych zakłóca przemieszczanie się wody w atmosferze. Powoduje to duże zmiany w opadach, co w rezultacie może doprowadzić do susz na głównych obszarach rolniczych Chin, Indii i Stanów Zjednoczonych.

Rysunek 1: Las tropikalny w Morskim Parku Narodowym Mu Ko Lanta w Tajlandii. Zdjęcie: Peter Prokosch/Grida.

Każde drzewo w lesie to swoista fontanna, zasysająca wodę z podłoża poprzez korzenie i uwalniająca parę wodną do atmosfery przez szparki w liściach. Gdy drzew są miliardy, mogą utworzyć w powietrzu gigantyczną „rzekę” – strumień wilgoci, w którym powstają chmury i który zanosi opady terenom położonym setki, a nawet tysiące kilometrów dalej.

Usuwając drzewa z naszej planety, ryzykujemy wyschnięcie tych „podniebnych rzek”, a tym samym obszarów lądów, które są uzależnione od przynoszonego przez nie deszczu. Coraz więcej badań sugeruje, że skutki tego mało poznanego efektu wylesiania mogą być w niektórych miejscach położonych w głębi kontynentów niezwykle poważne. Wysychał będzie Nil, pojawią się zakłócenia azjatyckich monsunów oraz susze na polach uprawnych od Argentyny po Środkowy Zachód USA.

Wylesienie nasila globalne ocieplenie

Jeszcze do niedawna danych, z których można wysnuć takie ostrzeżenia, było niewiele, były rozproszone i często publikowane w pomniejszych czasopismach naukowych. Jednak informacje zebrane w dwóch raportach przygotowanych na konferencje leśne ONZ i rządu norweskiego w 2018 roku nie przeszły już bez echa i spowodowały wzrost zaniepokojenia w środowisku naukowym.

Michael Wolosin z amerykańskiego think tanku Forest Climate Analytics i Nancy Harris z World Resources Institute piszą w norweskim raporcie, że: „utrata lasów tropikalnych ma większy wpływ na klimat niż się powszechnie uważa” (M. Wolosin i N. Harris, 2018). Ostrzegają, że wylesienie na dużą skalę którejkolwiek z trzech głównych stref lasów tropikalnych na świecie: afrykańskiej kotliny Kongo, południowo-wschodniej Azji, a szczególnie Amazonii, może zakłócić cykl hydrologiczny wystarczająco, by „stworzyć istotne ryzyko dla rolnictwa w kluczowych «spichlerzach» połowy świata: w części USA, Indii i Chin”.

W dokumencie przygotowanym dla ONZ David Ellison ze Szwedzkiego Uniwersytetu Nauk Rolniczych (Swedish University of Agricultural Sciences) w Uppsali pisze o „coraz bardziej zaawansowanych pracach naukowych” szacujących „potencjalny wpływ stopnia pokrycia lasami na dostępność wody na dużych obszarach kontynentów” (D. Ellison, 2018). Fakt, że wylesianie odpowiada za około 10% obecnych globalnych emisji gazów cieplarnianych oraz ok. 30% emisji skumulowanych od połowy XIX wieku jest dobrze znany (Global Carbon Project, 2018). Jednak według autorów obu opracowań wiedza ta powoduje „spychanie” na bok odkryć dotyczących roli lasów w zjawiskach nie związanych bezpośrednio z cyklem węglowym, ale mogących odgrywać istotną rolę na poziomach lokalnym oraz regionalnym.

Jednym z takich najważniejszych „nie-węglowych” efektów jest wpływ wylesiania na opady deszczu. Kolejnym – na przykład to, że zdrowy las uwalnia wiele lotnych związków organicznych, które w wyniku przekształceń w atmosferze tworzą biogeniczny aerozol wpływający ochładzająco na klimat, głównie poprzez rozpraszanie w kosmos promieniowania słonecznego. Wycinka lasów powoduje, że efekt ten zanika, co przyczynia się do globalnego ocieplenia (C. E. Scott i in., 2018). Do tego wycięte lasy są zastępowane głównie przez tereny rolnicze, a rolnictwo jest odpowiedzialne za znaczącą część światowych emisji gazów cieplarnianych. Gdy zsumujemy te wszystkie efekty okazuje się, że całkowity skumulowany udział wylesiania w globalnym ociepleniu od 1850 roku rośnie z 30% do aż 40%.

Według Specjalnego Raportu IPCC, dotyczącego globalnego ocieplenia klimatu o 1,5°C z 2018 roku „jest mało prawdopodobne, aby dotychczasowe emisje [gazów cieplarnianych] wystarczyły do spowodowania globalnego ocieplenia w wysokości 1,5°C”. Jednak, nawet gdybyśmy natychmiast wyłączyli inne źródła emisji, to prowadzona w obecnym tempie wycinka lasów tropikalnych ma potencjał – wraz z innymi zmianami dotyczącymi użytkowania terenów – doprowadzić do przekroczenia progu wzrostu średniej globalnej temperatury powierzchni do 2100 roku o 1,5oC, a być może nawet do 2oC (N. M. Mahowald i in., 2017).

„Drzewna klimatyzacja”

Wylesianie ma też konsekwencje w mniejszej skali. Lasy wpływają ochładzająco na lokalny klimat. Dzieje się tak częściowo poprzez zacienianie gruntu, ale także poprzez uwalnianie wilgoci z liści. Ten proces, zwany transpiracją, wymaga energii (ciepło parowania), która pozyskiwana jest w szczególności z otaczającego drzewo powietrza, co w rezultacie je schładza. Pojedyncze drzewo może transpirować setki litrów wody dziennie, co – jak obrazowo wyjaśnia Ellison – daje efekt chłodzący taki sam jak 2 domowe klimatyzatory (D. Ellison i in., 2017). Monitoring prowadzony na obszarach gwałtownie wylesianych tropików uwidocznił ostatnio efekt utraty „drzewnej klimatyzacji”. Na indonezyjskiej wyspie Sumatra, gdzie lasy wycinane są pod uprawy palmy olejowej szybciej niż gdziekolwiek indziej na świecie, badanie przeprowadzone w 2017 roku pokazało przeciętny wzrost temperatury powierzchni o 1,05°C od 2000 roku. We wciąż zalesionej części ten wzrost wyniósł 0,45°C. Clifton Sabajo z niemieckiego Uniwersytetu w Getyndze stwierdził, że różnice temperatur pomiędzy zalesioną a wykarczowaną częścią lądu mogą w niektórych częściach Sumatry dochodzić do 10°C. W Amazonii, pomiędzy zalesionym parkiem Xingu, a otaczającymi go pastwiskami i polami, różnica ta wynosi ok. 3°C (M. N. Macedo i in., 2013, C. R. Sabajo i in., 2017, C. A. McAlpine i in., 2018).

Rysunek 2: Wylesianie w Indonezji. Zdjęcie: Aulia Erlangga/CIFOR

Ale wzrost temperatury to tylko początek problemów. Kolejnym jest susza i to nie tylko na terenach, które były wcześniej zalesione i wokół nich, ale także o wiele dalej. Nowe badania zmuszają nas do ponownego przemyślenia, dlaczego właściwie pada tam, gdzie pada. Przyzwyczailiśmy się, by myśleć o opadach jako końcowym rezultacie parowania wody z oceanów. Na wybrzeżach zasadniczo tak właśnie się dzieje. Okazuje się jednak, że większość opadów w głębi kontynentów pochodzi często z wody, która wielokrotnie spadła na ziemię i odparowała, tworząc „łańcuch” opadów przemieszczający się zgodnie z kierunkiem wiatru. Im dalej w głąb lądu, tym większe znaczenie ma ten „recykling” wody. Jego częścią jest bezpośrednie parowanie z jezior, rzek i wilgotnej gleby, większość zaś to wynik przyspieszania krążenia wody przez rośliny, głównie drzewa, których korzenie pozyskują wilgoć z głębi gleby. Uwalnianie wilgoci do atmosfery poprzez liście w ramach transpiracji utrzymuje obieg wody w tym systemie. Według jednego z oszacowań roślinność lądowa wymusza w ten sposób krążenie prawie 200 km3 wody dziennie, w czym 10% udział (czyli więcej niż dzienny spływ rzeki Amazonki) mają same tylko lasy Amazonii (J. S. Wright i in., 2017).

Lasy przynoszą deszcz

Transpiracja jest konieczna, by w głębi lądu, daleko od oceanu, miały miejsce opady. Krytyczną rolę odgrywają w tym lasy tropikalne, gdzie transpiracja jest najbardziej intensywna. Dotychczas powszechnie uważano, że obszary takie jak Kongo czy Amazonia są wilgotne, bo są zlokalizowane w częściach świata, które doświadczają wysokich opadów. Ale to las jest przyczyną tych opadów - gdyby go nie było, wnętrza tych kontynentów byłyby pustyniami (A. M. Makarieva i in., 2013).

Rysunek 3: Wilgotne powietrze znad oceanu las sam transportuje tysiące kilometrów w głąb lądu. Grafika własna na podst. Pearce, 2009

Badając wylesione obszary tropikalne po stronie zawietrznej lądów odkryto, że masy powietrza, które w poprzednich dniach przemieszczały się nad bujną roślinnością, dają co najmniej 2-krotnie więcej opadu niż (analogiczne) masy powietrza, które przemieszczały się nad terenem z małą ilością roślin. Badacze przewidują, że dalsza wycinka lasów Amazonii doprowadzi do zmniejszenia tamtejszych opadów w czasie pory suchej o ponad 20% już do 2050 roku (D. V. Spracklen, S. R. Arnold i C. M. Taylor, 2012). Z kolejnego badania wynika, że 1/3 opadów spadających w zlewni Amazonki pochodzi z wilgoci krążącej na tym obszarze, głównie w wyniku transpiracji drzew. Najwyraźniej widać to po zawietrznej stronie lądu, w zachodniej, położonej dalej od Oceanu Atlantyckiego części Amazonii. W przypadku wycięcia 1/5 lasów Amazonii rośnie ryzyko susz na tych obszarach (A. Staal i in., 2018). Już teraz obserwuje się spadek ilości opadów i wydłużanie pory suchej w Rondônii, amazońskiej prowincji Brazylii przy granicy z Boliwią (M. T. Coe i in., 2017). Coraz krótsze są opady w Andach Kolumbijskich, niższa jest wilgotność i mniej jest chmur (S. K. Herzog i in. 2011). Niektórzy badacze twierdzą, że wysychanie Ameryki Południowej może objąć obszary od Argentyny, poprzez Karaiby aż do Ameryki Północnej. Uważa się, że dzięki Amazonii wilgoć pojawia się nawet w tak odległych miejscach jak środkowy zachód USA, który aż 50% swoich opadów otrzymuje z wody parującej z lądu (D. Lawrence i K. Vandecar, 2015).

Rysunek 4. Wycięcie lasów na wybrzeżu może doprowadzić do wyłączenia mechanizmu trans­portu wody w głąb lądu, który w związku z tym będzie wysychał. Grafika własna na podst. Pearce, 2009

Wyszukiwanie korelacji między zmianami użytkowania lądów a opadami jest trudne. Jednak rosnąca liczba opracowań naukowych pokazuje, że ten wpływ istnieje. Według analizy dziewięciu zlewni rzecznych na Borneo, największa redukcja opadów – o około 15% - następuje tam, gdzie wycięto najwięcej lasów. Przebieg procesu zanikania opadów monsunowych w Indiach ma wyraźny związek ze zmianami lesistości (C. A. McAlpine i in., 2018, S. Paul i in., 2016).

Tego typu konsekwencje wylesiania dla terenów w głębi kontynentów pojawiają się nie tylko w tropikach. Na przykład Chiny otrzymują bardzo dużą część opadów z wody, która jest w obiegu dzięki parowaniu z lądów. Na sytuację w tym kraju może więc w dużym stopniu wpłynąć zmiana użytkowania terenów, znad których napływa powietrze nad Państwo Środka – nawet tak odległych jak Europa Wschodnia czy dżungle Azji południowo-wschodniej.

Rysunek 4: Wpływ lasów na wodę i klimat w skali lokalnej, regionalnej i kontynentalnej poprzez zmiany cyklu hydrologicznego i energetycznego. (1) Lasy i inne formy wegetacji utrzymują krążenie opadów nad lądem z jednego na drugi jego kraniec. (2) Wydzielanie przez drzewa wilgoci, lotnych związków organicznych oraz mikroorganizmów (żółte kropki) tworzy czynniki wyzwalające opady. (3) Pole ciśnienia atmosferycznego powietrza modyfikowane obecnością lasów wspomaga transport wilgoci atmosferycznej w głąb kontynentów. (4) Wydzielanie pary wodnej obniża temperaturę i tworzy chmury, które dodatkowo odbijają promieniowanie słoneczne od zalesionych powierzchni. (5) Zatrzymanie mgły i chmur przez drzewa dodatkowo usuwa wilgoć z atmosfery. (6) Infiltracja i zasilania wód gruntowych może być wspomagana przez drzewa. (7) Wszystkie wymienione procesy w naturalny sposób rozpraszają wodę na większej powierzchni, w ten sposób łagodząc powodzie. Źródło: D. Ellison i in., 2017.

Wysychające rzeki i miasta

Zmiany opadów są ważne nie tylko dla rolników. Odczują je też mieszkańcy miast. Badanie 29 megamiast na całym świecie pokazało, że aż 19 z nich zależne jest od parowania i transpiracji lasów. Szczególnie wrażliwe są Karaczi w Pakistanie oraz Szanghaj, Wuhan i Chongqing w Chinach. Tuż za nimi są Delhi, Kalkuta w Indiach, Istambuł oraz Moskwa. Niekorzystnymi zmianami mogą być również zagrożone amerykańskie megamiasta, takie jak brazylijskie Rio de Janeiro i São Paulo czy argentyńskie Buenos Aires, bo większość otrzymywanych przez nie opadów bierze swój początek w regionie Mato Grosso, którego lasy i tereny łąkowe są szybko niszczone i zastępowane przez pola kukurydzy oraz soi.

A co z Afryką, regionem świata, którego ludność jest najbardziej zależna od rolnictwa nawadnianego opadami? Susza może tam oznaczać śmierć. Szacunki pokazują, że nawet do 40% opadów w regionie subsaharyjskim ma źródło w wilgoci krążącej dzięki roślinności. W suchym regionie Sahelu ta wartość może wynosić nawet do 90% (A. Nobre, 2014, P. W. Keys , L. Wang-Erlandsson i L. J. Gordon, 2016).

Wylesianie zagraża też najdłuższej rzece świata – Nilowi, a tym samym 300 milionom ludzi, których egzystencja od niego zależy. Większa część wody w Nilu pochodzi ze źródeł na wyżynach Etiopii – z niewielkiego, obfitującego w deszcze regionu. Nowe badania pokazują, że duża część opadów w tym miejscu pojawia się dzięki lasom zachodniej Afryki, w szczególności rosnących w leżącej w sercu kontynentu kotlinie Kongo. Las deszczowy może zapewniać nawet 30-40% całkowitych rocznych opadów na etiopskich wyżynach. Rodzi to dwa pytania: czy wylesianie w Zachodniej Afryce jest odpowiedzialne za zmniejszone w ostatnim ćwierćwieczu XX wieku przepływy Nilu w części wypływającej z Etiopii oraz na ile dalsza wycinka dżungli kongijskiej obniży przepływy w rzece? (P-E. Mellander i in., 2013, D. Ellison, 2018).

Zajmujący się tematem badacze uważają, że klimatolodzy razem z politykami powinni pilnie zająć się tematem wpływu wylesiania na opady, aby chronić miejsca kluczowe dla obiegu wody. Wskazują przy tym na istniejące umowy dotyczące zarządzania przepływami rzek, których bieg znajduje się na terenie kilku państw. W przypadku wpływu lasu na redystrybucję wody brak jest nie tylko szczegółowych danych pomiarowych (to nowy temat i dane są jeszcze bardzo nieliczne) ale i pomysłów zarządzania procesem. Egipt i Etiopia spędziły wiele lat nad wypracowaniem umów dotyczących zarządzania przepływami wody w Nilu. Okażą się one jednak bezwartościowe, jeśli opady na wyżynach Etiopii będą zmniejszać się z powodu wylesiania odległej doliny Kongo. Dlatego pojawiają się głosy, że w obecnej, zdominowanej przez ludzi erze antropocenu, „procesy takie jak krążenie wilgoci […] mogą i powinny być poddane regulacjom”.

Tłumaczenie: Anna Sierpińska na podstawie Rivers in the Sky: How Deforestation Is Affecting Global Water Cycles, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon Malinowski

Tekst opublikowany za zgodą i dzięki uprzejmości: Yale Environment 360.

Opublikowano: 2019-05-02 10:04
Tagi

para wodna biosfera

Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień przeglądarki oznacza akceptację polityki cookies.