W miarę ocieplania się klimatu na zamieszkałych terenach odnotowujemy kolejne rekordy temperatur i przedłużające się fale upałów. Powodują one obciążenie organizmu, mogące prowadzić nawet do śmierci. W czasopiśmie The Lancet Planetary Health, ukazała się metaanaliza określająca jakie temperatury będą stanowić problem dla ludzi, zwierząt hodowlanych i upraw (Asseng i in., 2021). Naukowcy zebrali w niej dane z prac opublikowanych w latach 1950-2020 po angielsku i niemiecku, dotyczących progów wytrzymałości ludzi, bydła, świń, drobiu, ryb i roślin uprawnych.

Zdjęcie: kobieta przygotowująca się do picia wody z pięciolitrowego baniaka.
Rysunek 1: Silne upały to stres dla organizmu i ryzyko odwodnienia. Zdjęcie: B-D-S (Dreamstime.com)

Stres cieplny u ludzi i zwierząt

Jak pokazał przegląd badań, ludzie zaczynają odczuwać stres cieplny przy temperaturze powyżej ok. 23°C w warunkach wysokiej wilgotności oraz ok. 27°C w niskiej (niebieska linia na rys. 2). Różnica ta wynika ze spadku wydajności mechanizmu chłodzenia organizmu za pomocą pocenia się, który przy wyższej wilgotności powietrza działa mniej efektywnie (patrz Mokry termometr a nasze przetrwanie). Przy bardzo wysokiej wilgotności do śmierci może prowadzić długotrwałe wystawienie na temperaturę powyżej 32°C, a przy niskiej – 45°C (czerwona linia na rys. 2). Wśród działań pozwalających na złagodzenie skutków rosnących temperatur autorzy wskazują m.in. lepsze projektowanie miast, obejmujące zwiększanie ilości terenów zielonych w miastach, zapewnianie cienia, dobrze izolowane budynki czy jasne kolory dachów i ścian budynków.

Diagram: strefa komfortu i stresu cieplnego u ludzi w zależności od temperatury i wilgotności względnej.
Rysunek 2: Strefa komfortu i stresu cieplnego u ludzi w zależności od temperatury i wilgotności względnej. Owalne, zakolorowane pole pokazuje zakres preferowanych warunków. Źródło Asseng i in., 2021.

Zwierzęta gospodarskie, takie jak krowy i świnie, mają zbliżoną do ludzkiej strefę komfortu termicznego (niebieska linia ciągła na rys. 3), ale np. owce lepiej czują się w nieco niższych temperaturach. Do śmierci znacznej części ssaków hodowlanych może prowadzić długotrwałe wystawienie przy bardzo wysokiej wilgotności na temperaturę powyżej 32°C, a przy niskiej wilgotności 45°C (czerwona linia na rys. 3).

Diagram: strefa komfortu i stresu cieplnego u zwierząt gospodarskich w zależności  temperatury i wilgotności względnej.
Rysunek 3: Strefa komfortu i stresu cieplnego u zwierząt gospodarskich w zależności temperatury i wilgotności względnej. Owalne, zakolorowane pole pokazuje zakres preferowanych warunków. Linie ciągłe – wysokowydajne krowy mleczne, linie przerywane – króliki. Źródło Asseng i in., 2021.

Stres cieplny powoduje, że zwierzęta wolniej rosną, spada ich produktywność (np. wydajność mleczna), pojawiają się problemy z rozmnażaniem. Można próbować łagodzić to poprzez m.in. chłodzenie powietrza w budynkach gospodarczych. Odpowiedni dobór genetyczny pozwala także wyhodować rasy bardziej odporne na wysokie temperatury. Za przykład może służyć rasa bydła zebu indyjskie, wyhodowana w tropikalnych rejonach południowej Azji i posiadająca szereg dostosowań ewolucyjnych do gorących warunków – jednym z nich jest krótka i gładka okrywa włosowa pozwala na wydajniejsze chłodzenie organizmu, innymi wydajniejsze gruczoły potowe i wolniejszy metabolizm (Hansen, 2004).

Zdjęcie: Zebu indyjskie, idąca drogą grupa chudych zwierząt kopytnych, z krótkim włosiem i lekko zakręconymi rogami o długości porównywalnej do pyska
Rysunek 4: Zebu indyjskie w Bukina Faso w Afryce. Zdjęcie Marco Schmidt, Wikipedia

Podobnie pochodzące z Rumunii kurczaki Transylwańskie (w Polsce znane też jako gołoszyjki), pozbawione piór na karku, lepiej tolerują upały niż inne gatunki drobiu.

Jak zboża znoszą upały?

Rośliny uprawne, w zależności od gatunku, silnie różnią się preferencjami termicznymi i odpornością na upały. Rośliny chłodnych stref klimatycznych, jak pszenica, lepiej sobie radzą w niskich temperaturach, podczas gdy rośliny ciepłolubne, jak kukurydza czy sorgo, choć dość wrażliwe na mrozy, są w stanie tolerować wyższe temperatury (patrz rysunek 5). Poważne zagrożenie stanowią epizody ekstremalnie wysokich temperatur, ale do zamierania lub spadku plonów mogą prowadzić także przedłużające się okresy temperatur podwyższonych (rysunek 6).

Diagram: strefa komfortu i stresu cieplnego dla roślin uprawnych w zależności od temperatury i wilgotności
Rysunek 5: Strefa komfortu i stresu cieplnego dla roślin uprawnych w zależności od temperatury i wilgotności względnej. Uprawy: WH-pszenica, RI-ryż, MAI-kukurydza, SOR-sorgo, BAN-banany, TOM-pomidory, SOY-soja, PEA-orzechy ziemne, CAS-kassawa, TOB-tytoń, POT-ziemniaki, OAT-żyto. Owalne pola z nazwą rośliny pokazują warunki optymalne, czarne romby temperatury maksymalne akceptowalne a kwadraty temperatury groźne dla życia dla przykładowych wilgotności reprezentatywnych. Dwa owalne, zakolorowane pola pokazują zakres optymalnych warunków odpowiednio zimą i latem. Pole z gradientem od żółtego do czerwonego pokazuje obszar stresu termicznego dla roślin, od umiarkowanego do groźnego dla życia. Źródło Asseng i in., 2021.

W ramach adaptacji do rosnących temperatur można zmieniać uprawy na gatunki bardziej ciepłolubne czy poszukiwać nowych, bardziej tolerancyjnych na upały odmian. Można zmieniać daty zasiewów tak, aby najbardziej wrażliwy okres wzrostu nie pokrywał się z okresami najwyższych temperatur, a także nawadniać uprawy, co pozwala roślinom na lokalne obniżanie temperatury, nawet o kilka stopni, za pomocą mechanizmu transpiracji.

Wykres:  Wpływ średniej temperatury w sezonie wegetacyjnym na plony pszenicy.
Rysunek 6: Wpływ średniej temperatury w sezonie wegetacyjnym na plony pszenicy. Przy średniej temperaturze przekraczającej 18°C plony spadają o ok. 7,4% na 1 stopień ocieplenia. Źródło Asseng i in., 2021.

Konsekwencje dla istot żywych

W obecnych warunkach klimatycznych groźne dla życia fale upałów występują na 12% powierzchni lądów, zamieszkałych przez 35% ludzkości (Mora i in., 2017). W zależności od scenariusza emisji gazów cieplarnianych do 2100 roku tereny te rozszerzą się na 48-74% powierzchni lądów. W przypadku braku migracji byłyby to teren zamieszkałe przez 44-75% ludzi. Podobnego wzrostu zagrożenia możemy oczekiwać u zwierząt nie przebywających w klimatyzowanych pomieszczeniach, upraw i innych istot żywych.

Jak konkludują autorzy analizy:

Fale upałów często występują w regionach będących spichlerzami świata (…), co ma negatywny wpływ na światowe bezpieczeństwo żywnościowe. W przypadku zrealizowania scenariuszy wysokich emisji gazów cieplarnianych, w gęsto zaludnionych regionach rolniczych Azji Południowej – dorzeczach rzek Ganges i Indus, gdzie mieszka jedna piąta ludności świata – do końca XXI wieku będą występować częste groźne dla życia fale upałów i temperatury mokrego termometru przekraczające 35°C. (Już teraz) coraz częstsze fale upałów w Australii […] zbierają żniwo wśród ludzi, upraw oraz zwierząt dzikich i gospodarskich. Na przykład w 2018 r. dwudniowa fala upałów, z temperaturami powyżej 42°C, zabiła jedną trzecią populacji (23 000) gatunku nietoperza Pteropus conspicillatus, znanego jako nietoperz okularowy. Postępujące globalne ocieplenie będzie stopniowo stawało się zabójcze dla innych gatunków, jeśli nie będą one w stanie unikać upałów, migrować lub w inny sposób chronić się przed ekstremalnym lub przedłużającym się stresem cieplnym. Adaptacja genetyczna do zmieniającego się klimatu często wymaga wielu pokoleń. Dla wielu wyższych form życia dostępny czas jest zbyt krótki. Jeśli obecne trajektorie w kierunku tzw. Ziemi cieplarnianej będą kontynuowane, wiele istot żywych może poważnie ucierpieć lub nawet całkowicie zniknąć.

Marcin Popkiewicz na podst. The upper temperature thresholds of life

Opublikowano: 4 października 2021

Zasady komentowania na Nauka o klimacie

Nasza strona służy popularyzacji nauki. Chętnie odpowiadamy na pytania, ale nie akceptujemy spamu i dezinformacji.