Amazonský dažďový prales a klimatická zmena

Kombináciou zvyšujúcej sa teploty, rastúceho sucha, odlesňovania a vypaľovania môže amazonský prales prísť až o 50 % svojej rozlohy už do roku 2030

Amazonský dažďový prales (Obr. 1) nie je len tak nejaké obyčajné lesné spoločenstvo. Okrem obrovskej rozlohy (asi 6 mil. km²), prales je súčasne aj zdrojom najväčšej biodiverzity na našej planéte. Celá štvrtina suchozemských druhov rastlín a živočíchov má domov v tejto oblasti. Z pohľadu fyziológie rastlín Amazónia je takisto obrovským zdrojom uhlíka. Celá jedna desatina z množstva obsiahnutého v globálnej biosfére leží práve na tomto mieste, vo vegetácii a pôde. Amazonský prales je však významný aj z klimatického hľadiska. Celá jedna pätina pevninského hydrologického cyklu sa realizuje v rámci povodia Amazónky. Amazónia je tak nielen najväčším „dostupným“ zdrojom sladkej vody na Zemi, ale aj dôležitým hybným motorom tropickej a globálnej cirkulácie. 

Ďalšiu významnú úlohu zohráva v globálnom kolobehu uhlíka – satelitné merania ukazujú, že prales pohlcuje až 20 % svetových antropogénnych emisií CO₂ (teda asi 2 Gt C za rok, 1 Gt = 1 mld. ton), čím napomáha, spolu s oceánmi, podstatne spomaľovať súčasné tempo otepľovania planéty. Avšak, práve táto jeho funkcia môže byť v budúcnosti veľmi vážne ohrozená kombináciou pokračujúceho odlesňovania, vypaľovania, zvyšovania teploty atmosféry a blízkych oceánov a predovšetkým rastúceho sucha.   

Obr. 1:  Amazonský prales je jedným z najrozsiahlejších súvislých prírodných prostredí na Zemi a súčasne aj najväčším "biosférickým" zdrojom uhlíka, ktorý sa však v dôsledku klimatickej zmeny môže dostať späť do atmosféry (Zdroj: Wikipedia)

Aj napriek významnému poklesu miery odlesňovania v období posledného desaťročia (tento trend bol dosiahnutý najmä vďaka prísnejšej kontrole lesného „manažmentu“ používaním sofistikovanejších nástrojov satelitného monitorovania, Obr. 2), amazonský prales čelí možno ešte väčšej hrozbe, a to v časovom horizonte najbližších desaťročí. Touto hrozbou je klimatická zmena, ktorá v priestore Južnej Ameriky, a predovšetkým Amazónie, vedie k zásadným zmenám atmosférického prúdenia, zvyšovaniu teploty, a čo je snáď najdôležitejšie, aj k zmenám priestorovej distribúcie atmosférických zrážok. Tieto zmeny sa odzrkadľujú aj v častejšom výskyte sucha na čoraz rozsiahlejších plochách pralesa. Len za posledné desaťročie, teda od roku 2004, sa v Amazónii vyskytli dve veľmi výrazné suché periódy (v roku 2005 a 2010), ktoré sa svojim rozsahom a intenzitou radia medzi tzv. „storočné suchá“ (Obr. 3). Okrem nich sa však vyskytlo aj niekoľko ďalších kratších periód s výrazným vlahovým deficitom (napr. v roku 2007 či 2012-13). Nedostatok zrážok a prehlbovanie sucha má pritom v pralese celý rad negatívnych, až katastrofálnych dôsledkov. 

Obr. 2:  Ročná strata plochy pralesa v dôsledku odlesňovania v rokoch 2006 až 2013 podľa WWF a Brazílskeho ministerstva pre vedu a technológie (Zdroj)

Napríklad namiesto toho, aby les CO₂ pohlcoval, v suchých rokoch ho naopak suchá vegetácia do atmosféry uvoľňuje. (Pozorovania tento fakt navyše dokázali aj veľmi presne kvantifikovať – pri poklese zrážok len o 100 mm, les dokáže z jedného hektára uvoľniť do atmosféry 2,7 tony uhlíka.) To ale nie je všetko. Efekt sucha je navyše zosilňovaný aj vyššou teplotou vzduchu, keďže teplo nie je z povrchu zeme a pralesa odvádzané výparom. Suché obdobia sú tak súčasne aj mimoriadne teplé, čo vedie k ďalšiemu fenoménu, ktorý samotný únik CO₂ do atmosféry ešte viacej zintenzívňuje – lesným požiarom. Odhaduje sa, že práve v kombinácii odumierania vegetácie vplyvom sucha a lesných požiarov, amazonský prales počas mimoriadneho sucha v rokoch 2005 a 2010 uvoľnil do atmosféry až 2,2 Gt uhlíka (pre uvedenie do perspektívy, ide o množstvo ekvivalentné ročnej emisii Európy a Japonska dohromady). 

Obr. 3:  Sucho v rokoch  2005 a 2010: (A-B) odchýlky celkového množstva zrážok v období sucha (jún-august) získané satelitným odhadom zrážok; (C-D) odchýlky maximálneho vlahového deficitu v období od októbra do septembra od dlhodobého priemeru 2001-2010 (Zdroj: Lewis et al., 2011)

Obe situácie nám ukázali nielen to, aké negatívne dôsledky sucho môže mať na Amazonský prales, ale nakoniec aj to, aký scenár veľmi pravdepodobne tento región čaká v priebehu 21. storočia. Celý rad štúdií už od polovice 90. rokov upozorňuje na celkom reálnu možnosť, že v dôsledku pokračujúceho otepľovania, Amazónia bude podobné sucho ako v roku 2005 alebo 2010 zažívať častejšie. 

Jedna z najnovších štúdií, zverejnená v marci tohto roku v prestížnom Nature, dospela k záveru, že v prípade pokračujúceho emisného scenára „business as usual“ (scenár RCP8.5, počíta s koncentráciou CO₂ 950 ppm na konci storočia), sa výskyt suchých bezzrážkových dní môže zvýšiť v Amazónii v druhej polovici tohto storočia až o 30 % (zvlášť náchylná na častejšie sucho bude východná časť regiónu; Obr. 4). 

Niektoré štúdie idú dokonca ďalej a poukazujú na pesimistickejší vývoj. Napríklad, už oteplenie o 2 °C v porovnaní s predindustriálnou dobou môže viesť k deštrukcii 20až 40 % plochy súčasného pralesa (pri oteplení o 4 °C do konca storočia to pritom môže byť až 85 % plochy). Asi najviac pesimistický odhad počíta dokonca s tým, že už do roku 2030 môže byť odlesňovaním a nárastom sucha ohrozená až polovica súčasnej plochy pralesa (Zdroj).

Obr. 4: Očakávané zmeny frekvencie suchých bezzrážkových dní v období rokov 2060-2089 (v porovnaní s referenčnou klímou 1960-1989) na základe ensemblového priemeru modelu CMIP5 využitím emisného scenára RCP8.5 (Zdroj: Polade et al., 2014)

Odhliadnuc od interpretácie korektnosti či presnosti uvedených scenárov, zrejme asi najzaujímavejšou otázkou je, prečo by vôbec mala byť jedna z najvlhších oblastí sveta postihnutá tak dramatickou aridizáciou (proces postupného vysušovania klímy). Odpoveď v tomto prípade nie je jednoduchá, keďže tu zohráva významnú úlohu hneď niekoľko faktorov. Tým prvým je celkom určite samotné odlesňovanie. V priebehu posledných 40 rokov bolo zničených približne 20 % plochy pralesa (prevažne v južnej a východnej časti Amazónie, Zdroj), a aj napriek poklesu v poslednom desaťročí sa odlesňovanie zrýchľuje. Očakáva sa, že v priebehu nasledujúcich 20 rokov zmizne ďalších približne 20 % jeho rozlohy. Už samotná absencia lesa v tomto prostredí vedie k zásadnému zníženiu retenčných schopnosti krajiny (t.j. schopnosti zadržiavať vodu), ako aj schopnosti spomaľovať hydrologický cyklus. Zrážková voda má tendenciu bez prítomnosti prirodzeného lesa rýchlejšie odtekať z povodia, čím klesá nielen pôdna vlhkosť a evapotranspirácia (výpar z pôdy a rastlín), ale dochádza aj k aridizácii a otepľovanie klímy, čo spätne podmieňuje aj stále nižšie a ojedinelejšie zrážky. 

Obr. 5: Priemerná poloha ITZK v júli (červená) a januári (modrá) - v dôsledku otepľovania Atlantického oceánu sa letná poloha ITZK posúva ďalej nad sever a nad Atlantik (Zdroj)

Obr. 6: Priemerné sezónne množstvo zrážok v Južnej Amerike v období 1979-2000 v mesiacoch december - február (vľavo) a jún - august (vpravo; Zdroj)

Ďalším aspektom tohto problému je zvyšovanie regionálnej teploty pevniny a oceánov v širšom okolí Amazónie. Analýzy klimatických modelov všeobecnej cirkulácie atmosféry v podmienkach rastúcej globálnej teploty poukazujú na to, že ďalším kľúčom k pochopeniu aridizácie Amazónie je stále teplejší Atlantický oceán. 

Ako sme spomínali už v jednom z predošlých textov, tropický Atlantik sa v posledných dvoch desaťročiach otepľuje oveľa rýchlejšie ako ostatné oceány, a dokonca rýchlejšia ako niektoré oblasti severnej a východnej Brazílie. To má za následok nielen zmenu atmosférického prúdenia, ale aj posun ITZK („intertropická zóna konvergencie“) v letných mesiacoch ďalej na sever od Amazónie. (ITZK je oblasť rovníkových tlakových níží, ktorá sa v ročnom chode posúva v závislosti od polohy Slnka – v lete na sever od rovníka, v zima na juh – s jej polohou súvisí aj veľmi nápadná zmena priestorovej distribúcie zrážok na juhoamerickom kontinente; Obr. 5 a 6.) V dôsledku teplejšieho Atlantického oceánu sa ITZK posúva vo svojej letnej polohe ďalej na sever do Venezuely (prípadne až nad Karibské more) a nad Atlantický oceán a svojou zrážkovou činnosťou väčšiu časť Amazónie tak minie, čo sa prejavuje prehlbovaním zrážkového deficitu. 

Video: Bilancia uhlíka amazonského pralesa - s postupujúcim otepľovaním a rastom vlahového deficitu Amazónia sa stane zdrojom emisií oxidu uhličitého (Zdroj)

Príkladom tohto nezvyčajného správania ITZK je aj sucho z roku 2005, ktorého príčinu nemožno vidieť v klimatickom jave El Niño (ako to bývalo v prípade sucha v tejto oblasti zvykom). Modelové štúdie navyše s týmto posunom ITZK počítajú aj do budúcna. To pre Amazóniu neveští nič dobré. Niektorí odborníci sa dokonca obávajú, že vo veľmi blízkej budúcnosti by mohol amazonský prales dosiahnuť tzv. bod zlomu (tipping point), ktorého prekročenie by znamenalo nezvratné zmeny klímy a prostredia v celej rozsiahlej oblasti.

Zmení sa táto klenotnica biodiverzity v priebehu storočia nakoniec na suchú savanu, alebo ju čaká o niečo radostnejšia budúcnosť? Časť odpovede, aj napriek nie príliš optimistickým víziám klimatických scenárov, sa skrýva v našej ochote a snahe zachovať toto unikátne prírodné prostredie aj pre ďalšie generácie. Ak sa nám to nepodarí, celkom určite sa treba pripraviť na to, že strata amazonského pralesa bude mať celoplanetárne dôsledky, a to nielen z pohľadu klímy.    

Pohľad rastlinného fyziológa

Najväčšiu okamžitú hrozbu pre amazonský les predstavuje nepochybne odlesňovanie. Ak by sa však podarilo tento proces zastaviť, môže s plnou silou udrieť klimatická zmena. Podľa odhadov je v amazonskom lese uložená až 1/10 všetkého uhlíka pozemskej biosféry. Množstvo uvoľneného uhlíku teda môže byť významné. Štúdia profesora Petra Coxa z Exeterskej univerzity uverejnená v časopise Nature tvrdí, že veľkej časti tropického lesa hrozí postupné vysychanie a niektoré časti lesa sa dokonca môžu premeniť na savanu. Oprávnene môžeme pochybovať o vierohodnosti regionálnych predpovedí klimatických modelov, najmä čo sa týka ich schopnosti predpovedať zrážky, pretože každý z nich predpovedá niečo iné. Spoľahlivosť klimatického modelu zvýši jeho schopnosť reprodukovať zmeny v minulosti, a práve to sa v tejto štúdii podarilo pomerne presne. Model jednak dokázal reprodukovať zmeny zrážok  od roku 1900 a ukázal tiež, že znečistenie vzduchu tlmí ohrievajúci vplyv CO₂. Inak povedané, ak začneme znižovať emisie skleníkových plynov (a zároveň aj iného znečistenia), paradoxne sa rýchlosť otepľovania zvýši. Výsledky štúdie sú nekompromisné: pri koncentrácii CO₂ 450 ppm sa sucho prichádzajúce dnes každých 20 rokov vráti každý druhý rok, a pri koncentrácii 610 ppm  bude už 9 rokov z 10. Z ďalších pozorovaní a experimentov zasa vyplýva, že pri znížení množstva zrážok klesá produktivita amazonského lesa, a tým aj schopnosť absorbovať uhlík.

Mgr. Alexander Ač, PhD. (Centrum výskumu globálnej zmeny AV ČR, v.v.i., Bělidla 986/4a, 603 00 Brno, Česká republika).

Mgr. Jozef Pecho (Ústav fyziky atmosféry AV ČR, v.v.i., Oddelenie klimatológie, Boční II 1401, 141 31 Praha 4, Česká republika).

Literatúra
Cox, P. M., R. A. Betts, C. D. Jones, S. A. Spall, a I. J. Totterdell (2000), Acceleration of global warming due to carbon-cycle feedbacks in a coupled climate model (vol 408, pg 184, 2000), Nature, 408(6813), 750-750.
Cox, P. M., R. A. Betts, M. Collins, P. P. Harris, C. Huntingford, a C. D. Jones (2004), Amazonian forest dieback under climate-carbon cycle projections for the 21st century, Theor Appl Climatol, 78(1-3), 137-156. 
Good, P., J. A. Lowe, M. Collins, a W. Moufouma-Okia (2008), An objective tropical Atlantic sea surface temperature gradient index for studies of south Amazon dry-season climate variability and change, Philos T R Soc B, 363(1498), 1761-1766.
Lewis, S. L., P. Brando, O. L. Phillips, G. Van der Heijden, a D. Nepstad (2011), The 2010 Amazon Drought, Science, 331(6017).
Richard A. Betts, Yadvinder Malhi, a J. Timmons Roberts (2008) The future of the Amazon: new perspectives from climate, ecosystem and social sciences. Phil. Trans. R. Soc. 363 (1498), 1729-1735.

Zdroje
Human-Lit Fires Can Pose Threat to Amazon Rainforest
http://www.scientificamerican.com/article/human-lit-fires-can-pose-threat-to-amazon-rainforest/
The 2010 Amazon Drought
http://www.skepticalscience.com/The-2010-Amazon-Drought.html
Drought in the Amazon: A death spiral? (part 1:seasons)
http://www.skepticalscience.com/Drought_in_the_Amazon_A_death_spiral_part_1_seasons.html Committed terrestrial ecosystem changes due to climate change
http://www.nature.com/ngeo/journal/v2/n7/full/ngeo555.html
Amazon deforestation increased by one-third in past year
http://www.theguardian.com/environment/2013/nov/15/amazon-deforestation-increased-one-third
Abrupt increases in Amazonian tree mortality due to drought–fire interactions
http://www.pnas.org/content/early/2014/04/11/1305499111.abstract
Understanding climate change impacts on the Amazon rainforest
http://www.metoffice.gov.uk/research/news/amazon-dieback
The key role of dry days in changing regional climate and precipitation regimes
http://www.nature.com/srep/2014/140313/srep04364/full/srep04364.html
Amazon and climate change
http://www.wwf.org.uk/where_we_work/south_america/amazon/amazon_and_climate_change.cfm
Amazon could shrink by 85% due to climate change, scientists say
http://www.theguardian.com/environment/2009/mar/11/amazon-global-warming-trees

Half the Amazon rainforest will be lost within 20 years

http://news.mongabay.com/2008/0227-nepstad_amazon.html 

Increasing risk of Amazonian drought due to decreasing aerosol pollution

http://www.nature.com/nature/journal/v453/n7192/abs/nature06960.html
Climate conditions determine Amazon fire risk
http://www.sciencedaily.com/releases/2013/06/130607153500.htm