Ziemia się zieleni - ale gdzie i dlaczego?

Pomiary satelitarne wskazują, że w ostatnich latach średni współczynnik ulistnienia (czyli stosunek sumarycznej powierzchni liści do powierzchni gruntu, na którym rosną rośliny) rośnie, czyli mówiąc prościej, nasza planeta robi się coraz bardziej zielona. Choć wiele osób chciałoby widzieć w tym efekt zwiększonej koncentracji CO2, artykuł opublikowany ostatnio w Nature Sustainability (Chen i in. 2019) pokazuje, że główną rolę odgrywa bezpośredni wpływ człowieka: zalesianie i praktyki rolnicze. Dodatkowo obserwowany przyrost nie równoważy niszczenia rezerwuarów węgla powodowanego wycinką lasów tropikalnych.

Rysunek 1: Farma Ladhowal w Ludhianie (indyjski stan Pendżab), gospodarstwo należące to Borlaug Institute for South Asia, organizacji zajmującej się rozwojem intensywnego, wydajnego rolnictwa i praktyk przyjaznych klimatowi. Zdjęcie publikujemy dzięki uprzejmości BISA (licencja CC BY-NC-SA 2.0)

Chen ze współpracownikami (2019) przeanalizowali, jak zmieniał się w latach 2000-2016 współczynnik ulistnienia (ang. Leaf Area Index, LAI). Wykorzystali w tym celu dane zbierane przez satelity NASA, Terra i Aqua, wyposażone w przyrządy do pomiarów natężenia promieniowania o różnych długościach fal (MODIS).

Do zdalnego badania stanu roślinności wykorzystuje się promieniowanie widzialne (o długościach 0,4-0,7 mikrometra) i z zakresu „bliskiej podczerwieni” (0,7-1,1 mikrometra), pochodzące ze Słońca, odbijające się od powierzchni Ziemi i stąd trafiające do czujnika satelity. Zdrowe, zielone liście bardzo wydajnie pochłaniają promieniowanie widzialne o niektórych długościach fal – wykorzystują je w procesie fotosyntezy. Z kolei promieniowanie podczerwone, nieprzydatne w fotosyntezie, w dużej mierze odbijają – pomaga im to uniknąć przegrzania (patrz rysunek 2). Jeśli sfotografujemy taką roślinę, korzystając z promieniowania pochłanianego podczas fotosyntezy, będzie na zdjęciu ciemna (słabe odbicie) a jeśli w podczerwieni – jasna (silne odbicie). W przypadku roślin wyschniętych czy chorych różnica między odbiciowością w obu zakresach będzie zdecydowanie mniejsza. Naukowcy obliczając te różnice, na bazie danych pozyskanych za pomocą obserwacji satelitarnych, określają zarówno zasięg, jak i stan roślinności w poszczególnych rejonach Ziemi (Bannari i in. 1995).

Rysunek 2: Schemat zdolności roślinności do odbijania dwóch różnych zakresów promieniowania słonecznego. Po lewej: roślinność zdrowa, prowadząca fotosyntezę: promieniowanie widzialne w większości pochłania, odbija zaś dużą część promieniowania podczerwonego. Po prawej: roślinność nieprowadząca fotosyntezy (np. w złym stanie fizjologicznym lub martwa): rozprasza więcej promieniowania widzialnego i pochłania więcej podczerwieni niż zdrowa. Podano przykładowe wartości liczbowe dla promieniowania odbitego.

Korzystając z dodatkowych informacji o typach roślinności, ich właściwościach czy własnościach gleb, na podstawie satelitarnych pomiarów promieniowania oblicza się także rozmaite wskaźniki opisujące roślinność, na przykład wspomniany wyżej współczynnik ulistnienia (MODIS LAI/FPAR Product User’s Guide). Może on posłużyć do zidentyfikowania obszarów, które się „zielenią” (powierzchnia żywych liści rośnie), i które „brązowieją” (powierzchnia żywych liści spada).

Jak w rozmowie z Carbon Brief wyjaśnia Chi Chen,

Jednym z wyzwań optycznej teledetekcji satelitarnej jest „zaburzanie” danych przez chmury i aerozole. W naszej analizie dopracowaliśmy dane z MODISa, rygorystycznie sprawdzając wskaźniki jakości [oceny jakości danych podawane przez twórców algorytmu przetwarzającego dane – przyp. red.]. Użyliśmy także danych GIS [Systemu Informacji Geograficznej – przyp. red] do obliczenia i stworzenia rankingu wypadkowej zmiany powierzchni liści w poszczególnych krajach.

Poniższa mapa pokazuje wyniki analizy: kolorem zielonym zaznaczono regiony, w których przeważa „zazielenianie” krajobrazu a żółtym, czerwonym i fioletowym – tereny, na których dominuje „brązowienie”. Badacze zidentyfikowali siedem „zielonych klastrów”, w których wyraźny jest przyrost powierzchni liści: w Ameryce Północnej (1), na południu Brazylii (2), w Europie (3), Afryce Centralnej (4), Indiach (5), Chinach (6) i południowej Australii (7).

Rysunek 3: Trendy zmian we współczynniku ulistnienia. Kolorem zielonym zaznaczono regiony, w których przeważa zazielenianie krajobrazu (trend wzrostowy), a żółtym, czerwonym i fioletowym – tereny, na których dominuje brązowienie (trend spadkowy). Białe plamy oznaczają nagą ziemię, wieloletnią zmarzlinę, lód, mokradła i tereny zurbanizowane. Kolor niebieski oznacza wodę. W okienku w lewym dolnym rogu umieszczono rozkład częstości występowania istotnych statystycznie trendów. Źródło: Chen i in. 2019.

W pracy Chen i in. 2019 przedstawiono także szczegółowy ranking zazieleniania dla poszczególnych krajów (w tabeli poniżej wymienione jest 12 pierwszych miejsc). Wykazał on, że jeśli chodzi o przyrost powierzchni liście szczególnie wyróżniają się Chiny i Indie. Jak mówi autor:

To nie kraje rozwinięte, ale Chiny i Indie – rozwijające się kraje o największej na świecie populacji, są liderami w zazielenianiu krajobrazu, dzięki sadzeniu drzew i intensywnej uprawie zbóż. Chiny i Indie odpowiadają za jedną trzecią zazieleniania, chociaż należy do nich zaledwie 9% światowej powierzchni pokrytej roślinnością.

Chiny samodzielnie odpowiadają za jedną czwartą wypadkowego wzrostu powierzchni liści w latach 2000-2017 (to tyle samo, ile przypadło łącznie na Rosję, Stany Zjednoczone i Kanadę). Tutejsze zazielenienie jest w 42% efektem zalesiania, a w 32% - zwiększania obszarów objętych uprawami. W Chinach prowadzi się ambitne projekty przywracania pokrywy roślinnej, np. w ramach prowadzonego w latach 1999-2010 programu Grain for Green zalesiono lub zamieniono w łąki 34,4 mln ha terenów jałowych lub zdegradowanych – więcej od powierzchni Polski (Deng i in., 2017).

Indiom zawdzięczamy z kolei 6,8% światowego wzrostu powierzchni liści. Jest to porównywalne z wkładami Kanady lub Stanów Zjednoczonych, mających po trzy razy więcej terenów pokrytych roślinnością. Jest to konsekwencja przede wszystkim (w 82%) przyrostu areału terenów rolniczych.

Chociaż w wielu miejscach (przede wszystkim w umiarkowanych i wysokich szerokościach geograficznych północnych) obserwuje się dodatni trend współczynnik ulistnienia, pamiętać trzeba, że przyrosty te nie wystarczają, by zrównoważyć emisje dwutlenku węgla i straty w bioróżnorodności związane z wycinaniem, wypalaniem i wysychaniem naturalnych lasów oraz mokradeł tropikalnych, np. w Brazylii (Carbon Brief, 2018) i Indonezji (Nechita-Banda i in., 2018, Wiggins i in., 2018).

Pozytywny trend zieloności naszej planety nie musi oznaczać tylko (pozytywnego dla klimatu) zwiększonego usuwania CO2 z atmosfery. Wzrost aktywności rolniczej wiąże się także z zastosowaniem olbrzymich ilości nawozów sztucznych, których głównymi składnikami są związki azotowe. Zastosowanie ich na polu powoduje wzrost emisji niezwykle silnego gazu szklarniowego jakim jest podtlenek azotu N2O. Ilości emitowanego N2O, liczonego w tonach, są nieznaczne, jednak potencjał tworzenia efektu cieplarnianego jest dla tego gazu ok. 300 razy większy od CO2.

Kolejnym ważnym wnioskiem z pracy Chena i kolegów (2019) jest wskazanie dominującego czynnika odpowiedzialnego za „globalne zazielenienie”. Jest to bezpośrednia działalność człowieka – zwiększanie powierzchni upraw, a w drugim rzędzie – zalesianie. Sześć z siedmiu „zielonych klastrów” pokrywa się z regionami intensywnej gospodarki rolnej. Jak stwierdzają autorzy

[rozwój rolnictwa] można powiązać z wprowadzaniem szybko rosnących odmian hybrydowych, wielokrotnymi obsiewami w ciągu roku, nawadnianiem, użyciem nawozów, kontrolą szkodników, lepszą jakością nasion, mechanizacją rolnictwa, dostępnością kredytów i programów ubezpieczania plonów.

Dodatkowym efektem sprzyjającym zazielenianiu się planety może być tzw. „nawożenie dwutlenkiem węgla” – spalając paliwa kopalne, wprowadzamy do atmosfery coraz więcej tego gazu, wykorzystywanego przez rośliny do prowadzenia fotosyntezy i wzrostu (przeczytasz o tym także w tekście Nawożenie roślin CO2 jest ok. Są jednak „ale”). O tym, że jego rola jest jednak drugorzędna świadczy m.in. fakt, że silnych dodatnich trendów współczynnika ulistnienia nie obserwuje się w Amazonii i innych rejonach, w których nie prowadzi się intensywnych zabiegów bezpośrednio sprzyjających zwiększaniu powierzchni liści. Do podobnych wniosków doszła też grupa naukowców pod przewodnictwem Xiao-Peng Songa, która w 2018 opublikowała w Nature pracę o zmianach powierzchni pokrytej lasami i niską roślinnością (Song i in. 2018).

Aleksandra Kardaś, konsultacja merytoryczna: dr hab. Bogdan Chojnicki

Opublikowano: 2019-03-14 11:20
Tagi

biosfera

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