Tajga płonie. Coraz częściej.

Gigantyczne pożary tajgi, takie jak ten, który na początku maja 2016 zmusił 88 000 mieszkańców kanadyjskiego miasta Fort McMurray do ewakuacji, mają nie tylko ogromny wpływ na najbliższe otoczenie. W dużym stopniu oddziałują także na całą planetę.

Ponad pół tysiąca strażaków, kilkanaście helikopterów i 9 samolotów gaśniczych usiłowało okiełznać żywioł pochłaniający lasy wokół Fort McMurray. Jednak 3 maja, przy temperaturze dochodzącej do 30°C, w suchych i wietrznych warunkach pogodowych, ogień wymknął się spod kontroli. W tej sytuacji władze zarządziły ewakuację całego miasta. Prawie 90 tys. ludzi musiało opuścić swoje domy – była to największa, związana z pożarami lasów, ewakuacja w historii Kanady.

Rysunek 1: Ewakuacja Fort McMurray, źródło, zdjęcie DarrenRD, Wikipedia (licencja CC BY-SA 4.0).

Szybkie tempo rozprzestrzeniania się płomieni, spowodowało, że do 8 maja zniszczeniu uległo 1 610 km2 tajgi w północnej części prowincji Alberta i 10% zabudowy miasta. Do końca miesiąca, według szacunków Ministerstwa Rolnictwa i Leśnictwa Alberty, pożary objęły ponad 5000 km2 (tyle, co powierzchnia około połowy województwa opolskiego), a do walki z ogniem zaangażowano 1 267 strażaków, 57 helikopterów i 186 sztuk ciężkiego sprzętu. Dopiero 5 czerwca udało się odzyskać pewną kontrolę nad żywiołem. Straty spowodowane pożarami w Kanadzie w 2016 roku sięgnęły 2,75 mld dolarów, czyniąc je najbardziej kosztownym kataklizmem w historii kraju. O ile same pożary tajgi nie są czymś niezwykłym, to katastrofy podobne do tej z okolic Fort McMurray wydają się raczej rodzajem ekstremalnych zaburzeń. Badający je naukowcy próbują odpowiedzieć na pytanie, jak globalne ocieplenie wpływa na częstotliwość oraz intensywność pożarów, a także jak pożary oddziałują na klimat.

Rysunek 2: Rozprzestrzenianie się pożaru wokół Fort McMurray, źródło Canada Cente for Mapping and Earth Observation, Natural Resources Canada

Rysunek 3: Zdjęcie satelitarne wykonane nad Fort McMurray 4 maja 2016, źródło NASA

Mniej opadów, więcej piorunów

Borealne lasy iglaste (tajga) porastają rozległe tereny w Ameryce Północnej i Eurazji. Połowa z nich leży na Syberii, 1/3 w Kanadzie, reszta zaś na Alasce i w Skandynawii. Lasy te magazynują około 22-30% organicznego węgla (ponad 703 gigaton) znajdującego się na powierzchni planety – więcej niż jakikolwiek inny ekosystem lądowy. Największym rezerwuarem są ubogie w tlen, zawierające częściowo rozłożoną materię organiczną, gleby tajgi oraz torfowiska. Tworzyły się one przez ostatnie 10 000 lat i mogą mieć kilkumetrową miąższość, przy czym aż 21% węgla znajduje się w górnych 30 cm ściółki.

Rysunek 4. Ilość węgla zmagazynowanego na świecie w biomach leśnych. Dane na podst. The Carbon The World Forgot

Problemem jest właśnie to, że potężne, intensywne pożary niszczą nie tylko drzewa, ale także wypalają biomasę glebową. Spalenie samych drzew, rozpatrywane w dłuższym okresie, w niewielkim stopniu zmienia ilość CO2 w powietrzu. Inaczej jest w przypadku torfowisk, które przechowują materię organiczną akumulowaną przez tysiące lat. Ich pożary przyczyniają się do uwolnienia do powietrza dużej ilości dwutlenku węgla, który pozostawał poza atmosferą przez tysiąclecia. Doprowadzi to do nasilenia efektu cieplarnianego, a rosnąca temperatura Ziemi ma z kolei wpływ na częstotliwość pojawiania się pożarów w tajdze.

Zmiana klimatu zachodzi na obszarach porośniętych tajgą dwukrotnie szybciej niż na reszcie planety. Scott Goetz, naukowiec z Woods Hole Research Center w Falmouth w Massachusetts, jako pierwszy udokumentował w 2005 roku zmieniające się kolory tundry i tajgi. Widoczne z kosmosu spektakularne zmiany – zazielenianie tundry i brązowienie tajgi – spowodowane są tym, że więcej roślinności pojawia się w ocieplającej się Arktyce, natomiast lasy iglaste walczą z ogniem oraz plagą owadów o przetrwanie w cieplejszych, bardziej suchych miejscach. Aby zbadać, jak konkretnie zmiany klimatu wpłyną na arktyczne ekosystemy, NASA rozpoczęło zaplanowane na 10 lat badania w ramach programu Arctic Boreal Vulnerability Experiment (ABoVE). Obszar, który NASA wzięła pod lupę, rozciąga się na przestrzeni 6,4 mln kilometrów kwadratowych, a w ramach badań prowadzone będą zarówno analizy zdjęć satelitarnych, jak i eksperymenty terenowe obejmujące na przykład prawidłowości migracji karibu oraz ptaków czy szacowanie ilości biomasy.

Jednym z tematów analizowanych w ramach ABoVE jest wpływ zmiany klimatu na częstość i siłę pożarów w tajdze. „Od roku 2010 przeciętny obszar wypalony rocznie w zachodniej Kanadzie i na Alasce to 40 500 km2, czterokrotnie więcej niż w latach wcześniejszych”, mówi Eric Kasischke, profesor w Department of Geographical Sciences na University of Maryland. „Można zaobserwować całkiem spory i stały wzrost [wypalanego obszaru] w ostatnich 50 latach w tym regionie. Nie wynika to bezpośrednio z ocieplenia. Dzieje się tak, bo zmienia się cyrkulacja atmosferyczna.” Podobnie jest w Rosji: według danych satelitarnych rocznie ginie tam około 30 000 km2lasu (obszar równy mniej więcej 1/10 powierzchni Polski, albo całości województwa wielkopolskiego), 90% z powodu pożarów.

Rysunek 5: Pożar w pobliżu Anzac, 48 km na południowy zachód od Fort McMurray podświetla rozbudowaną chmurę burzową (pyrocumulonimbus) , 4 maja 2016. Zdjęcie Chrisa Schwarza zamieszczamy dzięki uprzejmości władz Alberty (licencja licencja CC BY-SA 2.0).

Zmieniające się warunki klimatyczne powodują wzrost częstości występowania pożarów. Jak pokazują badania, na każdy stopień ocieplenia klimatu, las potrzebuje 15% wzrostu ilości opadów by skompensować rosnące parowanie. Tymczasem deszczu spada w tajdze mniej, a nie więcej. Ekosystemy borealne mimo swego wyglądu są bardzo suchym środowiskiem, nazywanym przez badaczy "zieloną pustynią". Przykładowo lasy na Alasce otrzymują jedynie 25 cm opadów rocznie (w Polsce ok. 60 cm). Każde zaburzenie wpływające na ilość deszczu i śniegu ma w związku z tym znaczenie dla lasu. Mike Flannigan, dyrektor Western Partnership for Wildland Fire Science na University of Alberta w Edmonton zwraca także uwagę na inne zjawisko – każdy stopień ocieplenia powoduje 12% wzrost liczby błyskawic. W lasach więcej błyskawic oznacza zaś więcej pożarów. Potwierdza to Susanne Tautenhah, główna autorka przeprowadzonego na Syberii badania (Tutenhahn i in., 2016): „Ostatni wzrost temperatury prowadzi do zwiększonej częstotliwości ekstremalnych zdarzeń pogodowych”, zarówno częstości intensywnych ulew, jak i silnych burz. Co więcej, w określonych warunkach, nad obszarami objętymi intensywnymi pożarami mogą formować się charakterystyczne chmury burzowe: pyrocumulonimbusy. A to oznacza więcej piorunów podpalających drzewa. "Widywałem wcześniej błyskawice [nad pożarami]" - mówi Flannigan. "Ale żeby wzniecały płomienie? To dla mnie coś nowego."

Spadek częstości opadów zimą powoduje, że pokrywa śnieżna jest cieńsza, a wody roztopowe w mniejszym stopniu zasilają wody gruntowe. Do tego im jest cieplej, tym wcześniej wiosną śnieg zaczyna topnieć, odsłaniając warstwę mchu i ściółki – trend ten łatwo zauważyć porównując zdjęcia satelitarne z różnych terminów. W 2015 roku Alberta i duża część zachodniej Kanady doświadczyły poważnej suszy, po której nastąpiła sucha zima. Te czynniki, wraz z wpływem silnego El Niño, spowodowały, że zamiast typowej dla okolic Fort McMurray majowej temperatury około 14°C, termometry pokazały 32,6°C, co doprowadziło do niszczycielskich pożarów w Albercie.

Brązowa tajga – cienka „izolacja”

Ekstremalnie silne pożary wpływają na skład gatunkowy lasów. Drzewa iglaste mają problem z odrodzeniem, a zamiast nich zaczynają się pojawiać drzewa liściaste. Okazuje się, że może to powodować zwiększanie się częstości pożarów w przyszłości – drzewa iglaste lepiej bowiem zatrzymują wilgoć w glebie. Susanne Tautenhahn uważa, że może to być samowzmacniający się proces, który może skutecznie zmienić cały ekosystem, otwierając drogę do dominacji drzew liściastych na Syberii. Podobne zjawiska zaobserwował także Scott Goetz: stanowiska wiecznie zielonych drzew iglastych są zastępowane brzozami czy modrzewiami, a w niektórych miejscach nawet przez mniej produktywne zbiorowiska trawiaste. Tajga przesuwa swój zasięg na północ, a zanika w regionach południowych. Goetz, kontynuujący swoje badania w ramach programu ABoVE wskazuje, że wbrew popularnym opiniom, jakoby ocieplenie sprzyjało przyrostowi biomasy, „cieplejsze i bardziej suche [warunki] nie sprzyjają produktywności [ekosystemów]”. Tą opinię potwierdza także Ellen MacDonald, ekolog lasów z University of Alberta, zwracając jednocześnie uwagę na bardzo istotną rzecz: intensywne pożary w dużym stopniu wypalają ściółkę i gleby, na których rośnie las. Im częściej to się dzieje, tym mniej jest czasu na odnowienie się pokrywającej glebę warstwy organicznej, co może prowadzić do zmniejszenia warstwy detrytu (martwych szczątków roślin) i torfu w ciągu kilku sezonów pożarów. Wpływa to na przebieg sukcesji na tych terenach. Lasy świerkowe preferują bowiem warstwy organiczne o dużej miąższości. Jeśli ta warstwa jest cieńsza, w odnawiającym się lesie jest więcej krzewów i drzew liściastych.

Rysunek 6: Brzozy i sosny w parku Arrowhead w Ontario. Zdjęcie: RichardBH (licencja CC BY 2.0).

Pożary, niszcząc wierzchnią warstwę organiczną, nie tylko zmieniają warunki siedliskowe roślin. Usuwają także „izolację” gleby, co ma wpływ na ilość CO2 uwalnianego z materii organicznej. W dłuższym okresie węgiel jest magazynowany w mchu, ściółce i układzie korzeniowym. Gdy mech i ściółka są mokre, działają jak powierzchniowa warstwa ognioodporna. Ale gdy są suche, łatwo jest o zaprószenie ognia. Mech zachowuje się jak podpalony materac – gdy ogień się rozprzestrzenia, to tylko dymi się i tli, a wybucha płomieniami, gdy dosięga drzew. W suchym roku podłoże w lesie borealnym szybko – w ciągu zaledwie kilku tygodni przesycha, nawet do głębokości 1m. Do tego pokłady torfu w glebach tajgi mogą tlić się miesiącami, co powoduje, że jesienią, gdy maleje ilość opadów, pożary mogą wybuchać na nowo.

Gleby organiczne i mech przewodzą ciepło 5-10 razy mniej efektywnie niż gleby mineralne. Gdy te warstwy spłoną, efektywność przewodzenia ciepła gwałtownie wzrasta. Nieizolowana przez mech i ściółkę gleba, na dodatek nieocieniana przez pozbawione liści, spalone drzewa, ociepla się i w suchym, letnim powietrzu wysycha dużo łatwiej. Gruba warstwa „izolacji” jest również ważna dla formowania i chronienia wiecznej zmarzliny. Pod odradzającymi się po pożarach lasami z cieńszą warstwą organiczną może znajdować się mniej wiecznej zmarzliny, co czyni je bardziej podatnymi na pożary niż dojrzały las z grubszą warstwą organiczną i grubszą wieczną zmarzliną. Procesy zachodzące w wiecznej zmarzlinie także są przedmiotem badań w ramach ABoVE, ponieważ uwolniona z topniejącej wiecznej zmarzliny materia organiczna ulega rozkładowi, powodując zwiększoną emisję CO2 lub metanu do atmosfery. To zwiększa ocieplenie, które będzie przyczyną dalszego roztapiania – w ten sposób tworzy się błędne koło w postaci sprzężenia zwrotnego dodatniego. Gleba po pożarze staje się źródłem węgla, dopóki po kilkudziesięciu latach las nie ulegnie regeneracji, co przy przesuwających się strefach klimatycznych jest utrudnione.

Rysunek 7: Organiczne gleby tajgi magazynują kilka razy więcej węgla niż żywe rośliny. Na wykresie pokazana jest ilość węgla magazynowanego na typowym obszarze alaskańskiego lasu w stosunku do jego wieku. Źródło Kasischke, Christensen i Stocks, NASA, Will Climate Change Lead to More Boreal Fires?

Żeby zbadać, jak głęboko intensywne pożary wypalają pokłady torfu, a tym samym jaki mają wpływ na klimat, Brendan Rogers, specjalista nauk o Ziemi pracujący w Woods Hole Research Center zaprojektował ciekawe badanie wykorzystujące próbki dymu. Analizując średni wiek węgla w dymie, którego większość pochodzi z płonącego podłoża, można określić przeciętną głębokość wypalenia ściółki i torfu. Wystarczy próbki dymu porównać z próbkami gleby – wiek węgla jest różny dla próbek pobranych na różnej głębokości. Do swojego eksperymentu Rogers, wraz z pięcioma innymi naukowcami, wybrał obszar tajgi wokół Fort McMurray. Obszar został dobrany wyjątkowo trafnie, ale zaskakująco wczesne rozpoczęcie sezonu pożarów pokrzyżowało plany badaczy, których sprzęt do analiz spłonął w pożarze.

Dokąd wędruje dym

Cząstki stałe zawarte w dymie unoszone są podczas intensywnych pożarów do wyższych partii atmosfery i mogą być przenoszone na bardzo duże odległości – w przypadku pożaru wokół Fort McMurray aż na oddalone o 3400 km wybrzeże USA. Sadza niesiona niekiedy północnymi wiatrami w stronę Grenlandii, przyciemnienia powierzchnię lądolodu, na której się osadza. Powoduje to zwiększoną absorpcję promieniowania słonecznego i w rezultacie przyspieszenie topnienia. W 2012 roku sadza przyczyniła się do wystąpienia topnienia na niemalże całej powierzchni lądolodu, co miało miejsce pierwszy raz od czasów prowadzenia obserwacji od 1889 roku. Więcej pożarów oznacza więcej sadzy, co może mieć wpływ na tempo utraty masy lodu na Grenlandii.

Rysunek 8: Zdjęcie wykonane przez astronautę ze stacji kosmicznej z wysokości ok. 386 km nad Ziemią, 14 maja 2016, źródło NASA

„Im cieplejsza Ziemia tym więcej pożarów”

Złożony wpływ pożarów tajgi na klimat podsumowuje Forest Hall z NASA’s Goddard Space Flight Center: zaburzają one równowagę węglową lasów oraz bilans energetyczny Ziemi. Cykl węglowy w tajdze jest regulowany poprzez 4 procesy:

  • wzrost roślin, którego tempo determinuje intensywność absorpcji CO2 z atmosfery na drodze fotosyntezy,
  • rozkład materii organicznej, którego intensywność warunkuje ilość CO2 uwalnianego do atmosfery, 
  • formowanie się wiecznej zmarzliny, które zapobiega rozkładowi materii organicznej w glebie, 
  • pożary, których częstość i intensywność warunkuje ilość emitowanych do atmosfery CO2, metanu oraz cząstek stałych.

Procesy te są współzależne – większa ilość ekstremalnych pożarów oznacza bowiem gorszy przyrost biomasy, a gdy izolująca warstwa ściółki zostanie spalona, wzrasta tempo rozkładu materii organicznej, więc tempo formowania się wiecznej zmarzliny spada. Cieńsza ściółka prowadzi do przebudowy drzewostanu, a tym samym do zmiany częstości i intensywności pożarów itp.

Pożary, oprócz bezpośrednich skutków w postaci uwolnienia CO2 do atmosfery, mają więc także długoterminowy wpływ na cykl węglowy oraz bilans energetyczny – brak liści zmienia albedo terenu, szczególnie gdy na powierzchni gleby zalega śnieg, co może mieć istotny wpływ na pogodę.

Jest jeszcze jeden czynnik odpowiedzialny za wzrost ilości pożarów, którego nie można zaniedbać – zwiększenie obecności ludzi w tajdze. Wiąże się ona zarówno z pozyskiwaniem drewna, jak i paliw kopalnych. Fort McMurray w ostatnich dekadach rozrósł się w centrum ogromnego przemysłu, który wydobywa ropę z piasków roponośnych w regionie Athabaski. Podobnie dzieje się w Rosji – pozyskiwanie kopalin wiąże się z przebywaniem na terenie lasów dużej ilości ludzi – tym samym jest więcej okazji do zaprószenia ognia. Zdaniem śledczych taka zresztą była przyczyna pożaru wokół Fort McMurray – nie wiadomo tylko czy było to celowe podpalenie czy przypadek.

Rysunek 9: Zniszczony obszar Fort McMurray, źródło Flickr/Premier of Alberta

„Im cieplejsza Ziemia tym więcej pożarów, a im więcej pożarów, tym więcej gazów cieplarnianych” podsumowuje Mike Flannigan, dyrektor Western Partnership for Wildland Fire Science na University of Alberta w Edmonton. Ryan Kelly z University of Illinois w swojej analizie wykazuje, że ostatni wzrost częstotliwości występowania pożarów w regionie Yukon Flats na Alasce spowodował uwolnienie bardzo dużej ilości węgla do atmosfery: w ostatnim 50-cioleciu utracone zostało aż około 12% całości zgromadzonego tam węgla. Według współpracownika Kelly'ego, profesora Feng Sheng Hu może to być wskazówką, jaki los czeka resztę tajgi. Natural Resources Canada, ministerstwo odpowiedzialne za zarządzanie i badanie naturalnych zasobów kraju szacuje, że jeśli globalne ocieplenie będzie postępowało, to do końca stulecia obszar, który rocznie ulega spaleniu może się podwoić. I są to ostrożne szacunki. Ministerstwo ostrzega, że pożary, częstsze susze, inwazja szkodników mogą spowodować, że kanadyjskie lasy borealne, zamiast pochłaniać CO2, staną się jego źródłem.

Niektórzy naukowcy przewidują, że lasy borealne mogą osiągnąć katastrofalny oraz nieodwracalny punkt krytyczny już w tym wieku i zmienić się z magazynu węgla w główne źródło emisji gazów cieplarnianych do atmosfery. Nie wszyscy się z tym zgadzają, stojąc na stanowisku, że punkt ten już został przekroczony. Peter Griffith, założyciel i dyrektor Carbon Cycle and Ecosystems Office w NASA, podkreśla, że tajga jest ważna, bo „pomaga regulować klimat, utrzymując węgiel w swoich glebach i drzewach”. Potężniejsze i częstsze pożary powodują, że węgiel, który byłby uwięziony przez tysiące lat, zostaje uwolniony do atmosfery, wpływając poprzez zmianę jej składu na życie ludzi na całej Ziemi.

Anna Sierpińska, konsultacja merytoryczna dr hab. Bogdan H. Chojnicki

Opublikowano: 2016-10-26 14:35
Tagi

skutki zmian klimatu

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