Czynniki rozwoju suszy i pustynnienia – fragment raportu IPCC

Susze i pustynnienie – w jaki sposób przyczynia się do nich zmiana klimatu? Jakie kluczowe czynniki trzeba uwzględnić przy ich analizie? Rozbudowany ale przystępny schemat podsumowujący te zagadnienia znajdziecie na przykład w ósmym rozdziale pierwszego tomu najnowszego raportu IPCC (2021). Poniżej znajdziecie polską wersję schematu a także całego podrozdziału, które specjalnie dla Was przygotował dr Sebastian Szklarek.

Czynniki rozwoju suszy i pustynnienia

podrozdział 8.2.3.3 pierwszej części raportu IPCC (2023) – tłum. Sebastian Szklarek,  wyróżnienia redakcji)

Oczekuje się, że w odpowiedzi na wymuszenia antropogeniczne, w wyniku zmieniających się wzorców opadów, cieplejszych temperatur, zmian zachmurzenia (wpływających na promieniowanie słoneczne), zmniejszającej się pokrywy śnieżnej, zmian wiatrów i wilgotności, oraz pokrywy roślinnej nastąpią regionalne zmiany pustynnienia – rozumianego jak niedobór wody/wilgoci [uniemożliwiający lub utrudniający wzrost i rozwój roślin i zwierząt – przyp. tłum.] (rysunek 8.6). Ewapotranspiracja jest kluczowym składnikiem pustynnienia i składa się z dwóch głównych procesów: parowania z powierzchni gleby, wody i roślinności [ewaporacja – parowanie z powierzchni – przyp. tłum.]; oraz transpiracji, wymiany wilgoci między roślinami a atmosferą przez aparaty szparkowe roślin. Na poziomie globalnym wyższe temperatury zwiększają zdolność ewaporacyjną atmosfery [ilość pary wodnej, jaką może pochłonąć – przyp. red.], a tym samym (zakładając, że dostępna jest wystarczająca wilgotność gleby) zwiększają utratę wilgoci związaną z ewapotranspiracją [ dążąc do równowagi, ciepłe powietrze niejako “szuka” nowych porcji wilgoci – przyp. red.] (wysoki poziom pewności) (Dai i in., 2018; Vicente-Serrano i in., 2020). Na poziomie regionalnym, pustynnienie jest dodatkowo modulowane przez sezonowe wzorce opadów, spływ, magazynowanie wody i interakcje z roślinnością. 

Roślinność stanowi kluczowy szlak transportowy wody pomiędzy podziemnymi zbiornikami wody (wilgocią w glebie i wodami gruntowymi) a atmosferą. Rośliny zmieniają parowanie i bilans energetyczny powierzchni, a zatem mogą mieć duży wpływ na regionalny rozwój pustynnienia (Lemordant i in., 2018). W SRCCL [Special Report on Climate Change and Land – przyp. tłum.] stwierdzono, że z dużym poziomem pewności* wyższy poziom CO₂ w atmosferze zwiększa stosunek poboru CO₂ do utraty wody przez rośliny (efektywność wykorzystania wody) poprzez łączne zwiększenie fotosyntezy i regulacji wymiany gazowej pomiędzy rośliną a atmosferą, zapewnianej przez aparaty szparkowe (De Kauwe i in., 2013; C.D. Jones i in., 2013; Deryng i in., 2016; Swann i in., 2016; Cheng i in., 2017; Knauer i in., 2017; Peters i in., 2018; Guerrieri i in., 2019). Badania oparte na modelowaniu sugerują, że zwiększenie efektywności wykorzystywania wody przez rośliny może częściowo przeciwdziałać stratom wody związanym ze zwiększeniem parowania w cieplejszej atmosferze, potencjalnie łagodząc proces pustynnienia (Milly i Dunne, 2016; Bonfils i in., 2017; Cook i in., 2018; Y. Yang i in., 2018). Jednak badania empiryczne wskazują, że efekt ten może być niwelowany przez większy wzrost roślin w odpowiedzi na podwyższony poziom CO₂, co skutkuje zwiększonym zużyciem wody (De Kauwe i in., 2013; Donohue i in., 2013; Ukkola i in., 2016b; Yang i in., 2016; Guerrieri i in., 2019; Mankin i in., 2019; A. Singh i in., 2020). W regionach półpustynnych zwiększone zużycie wody przez rośliny może zmniejszyć przepływ wody w rzekach i zaostrzyć proces pustynnienia (Ukkola i in., 2016b; Mankin i in., 2019; A. Singh i in., 2020). W związku z tym poziom pewności, że zwiększone wykorzystanie wody w roślinach może zrównoważyć wpływ zwiększonej zdolności ewaporcyjnej atmosfery na parowanie jest niski. 

Susza to okres nienormalnie suchej pogody, który trwa wystarczająco długo, aby spowodować poważną nierównowagę hydrologiczną (Słownik IPCC; Wilhite i Glantz, 1985; Wilhite, 2000; Cook i in., 2018). Większość susz zaczyna się od długotrwałego niedoboru opadów (susza atmosferyczna [długi niewielki deficyt lub krótszy, ale większy – przyp. tłum.]), który z czasem przekłada się na niedobory wilgotności gleby [susza rolnicza/glebowa – przyp. tłum.], przepływu strumieni i magazynowania wody [susza hydrologiczna – wody powierzchniowe – przyp. tłum.], co prowadzi do zmniejszenia dostępności wody (susza gospodarcza i susza ekologiczna). Zwiększanie zdolności ewaporacyjnej atmosfery prowadzi do zwiększonego stresu wodnego roślin i rozwoju suszy glebowej [która dotyka zarówno roślin uprawnych jak i wszystkich innych – przyp. red.] (Williams i in., 2013; C.D. Allen i in., 2015; Anderegg i in., 2016; McDowell i in., 2016; Grossiord i in., 2020). Zdolność ewapotranspiracyjna atmosfery wpływa na rośliny na dwa sposoby. Zwiększa ewapotranspirację, wyczerpując wilgoć w glebie i stresując rośliny przez brak wody do pobrania przez korzenie (Teuling i in., 2013; Sperry i in., 2016), a także bezpośrednio wpływa na fizjologię roślin, powodując spadek przewodnictwa hydraulicznego i metabolizmu węgla, co prowadzi do śmiertelności (Breshears i in., 2013; Hartmann, 2015; McDowell i Allen, 2015; Fontes i in., 2018). Susze zazwyczaj postrzegane są jako katastrofy „powolne”, których rozwój zazwyczaj trwa miesiące lub lata [w przeciwieństwie do gwałtownego rozwoju np. powodzi – przyp. red.], ale mogą również wystąpić szybko rozwijające się i często nieprzewidywalne “susze błyskawiczne” (Otkin i in., 2016, 2018). Susze błyskawiczne mogą rozwinąć się w ciągu kilku tygodni, powodując znaczne zakłócenia w rolnictwie i zasobach wodnych (Pendergrass i in., 2020). Z drugiej strony susze, które utrzymują się przez długi czas (zwykle dekadę lub dłużej), nazywane są megasuszami. Susze obejmują szeroki zakres skal przestrzennych i czasowych, powstają w wyniku różnych zjawisk zachodzących w systemie klimatycznym (np. wewnętrznej zmienności atmosferycznej czy telekoneksji [istotnych relacji lub powiązań między zjawiskami pogodowymi w odległych od siebie miejscach na Ziemi, które obejmują oddziaływanie z oceanem – przyp. tłum] i mogą być wzmacniane lub łagodzone przez różne procesy fizyczne i biologiczne. Susze zajmują unikalną przestrzeń w ramach ekstremalnych zjawisk klimatycznych i pogodowych, nie posiadając pojedynczej definicji.

Rola opadów w powstawaniu susz jest oczywista, jednak nie należy zapominać o innych czynnikach klimatycznych, takich jak temperatura, promieniowanie, wiatr i wilgotność. Czynniki te mają silny wpływ na zdolność ewaporacyjną atmosfery, co wpływa na ewapotranspirację i wilgotność gleby. W regionach, w których dominuje śnieg, wysokie temperatury zwiększają udział opadów mających postać deszczu zamiast śniegu i przyspieszają wiosenne topnienie śniegu (wysoki poziom pewności) (Vincent i in., 2015; Mote i in., 2016, 2018; Berg i Hall, 2017; Solander i in., 2018). Może to skutkować niższymi niż normalnie poziomami pokrywy śnieżnej („susza śnieżna”), a tym samym zmniejszonym przepływem wody, nawet jeśli całkowite opady są równe lub wyższe niż normalnie dla pory zimnej (Harpold i in., 2017). Rośliny również wpływają na nasilenie suszy poprzez modulację parowania. Jak omówiono powyżej, wpływ podwyższonego stężenia CO₂ na rośliny może zarówno zwiększyć, jak i zmniejszyć utratę wody poprzez parowanie i transpirację, odpowiednio poprzez zwiększoną efektywność wykorzystania wody przez rośliny i ich wzrost, ale poziom pewności, że  któryś z procesów dominuje nad drugim w skali globalnej, jest niski.

Nasilenie suszy zależy również od działalności człowieka i podejmowanych przez niego decyzji (AghaKouchak i in., 2015; Van Loon i in., 2016; Pendergrass i in., 2020). Społeczeństwa opracowały szereg strategii wpływania na cykl wodny w celu zwiększenia odporności w obliczu niedoboru wody, obejmujących nawadnianie, tworzenie sztucznych zbiorników i pompowanie wód gruntowych. Chociaż  potencjalnie stanowią one dla zasobów wodnych rodzaj bufora, to w niektórych przypadkach interwencje te mogą nieoczekiwanie zwiększyć podatność [na niedobory wody – przyp. red.] (średni poziom pewności). Na przykład, zwiększona wydajność nawadniania może zapewnić większą dostępność wody dla upraw, jednak odpowiadająca temu redukcja odpływu i zasilania podpowierzchniowego może zaostrzyć suszę hydrologiczną (Grafton i in., 2018) [w Polsce rzeki zasilane są głównie dopływem wód podziemnych – przyp. red.]. Ponadto, chociaż budowanie tam i zwiększanie pojemności zbiorników powierzchniowych może zwiększyć zasoby wody, to może też zwiększyć podatność na suszę, jeśli w odpowiedzi na zwiększoną podaż wzrośnie także popyt, lub jeśli pojawią się zachęty do nadmiernego polegania na tych zbiornikach powierzchniowych (Di Baldassarre i in., 2018). Interakcje między adaptacją, podatnością i skutkami suszy są omówione bardziej szczegółowo w AR6 WGII ​​(rozdziały 2 i 4).

Podsumowując:

•  ocieplający się klimat z dużym poziomem pewności powoduje wzrost zdolności ewaporacyjnej atmosfery, zmniejszając dostępną wilgoć glebową.
• wyższy poziom CO₂ w atmosferze z dużym poziomem pewności zwiększa wydajność wykorzystania wody przez rośliny, ale poziom pewności, że ten efekt fizjologiczny może zrównoważyć straty wody, jest niski. 

Ponieważ suszę można zdefiniować na wiele sposobów, zależnie od rodzaju suszy sposoby reagowania mogą być różne. Oprócz braku opadów, krytycznym elementem suszy są zmiany w ewapotranspiracji, ponieważ mogą one prowadzić do spadku wilgotności gleby (duży poziom pewności). W bardzo suchych warunkach glebowych ewapotranspiracja zostaje ograniczona, a rośliny doświadczają stresu wodnego w odpowiedzi na zwiększoną zdolność ewaporacyjną atmosfery (średni poziom pewności). Działalność człowieka i podejmowanie decyzji mają krytyczny wpływ na nasilenie suszy (duży poziom pewności).

Podstawą każdego stwierdzenia jest ocena dowodów i ich spójności. Stopień pewności wyrażany jest za pomocą pięciu kwalifikatorów (bardzo niski, niski, średni, wysoki i bardzo wysoki), zapisanych kursywą, np. średni poziom pewności. Poziom bardzo niski oznacza, że w na dany temat dostępne jest mało opracowań i nie przedstawiają spójnych wniosków, poziom bardzo wysoki – że są liczne i zgodne. – przyp. red. na podstawie 6. Raportu IPCC (2021) [wróć do tekstu]

Źródło: IPCC (2021)