A melegedő Földön korábban válhatnak nettó szénkibocsátóvá az erdők, mint gondoltuk
2021.01.27.Forrás: Másfél fok; Írta: Lehoczky Annamária – Éghajlatkutató, szabadúszó környezeti szakújságíró és a Másfél fok állandó szerzője. Doktori (PhD) fokozatát az éghajlatváltozás kutatásában szerezte.
Vajon meddig marad nettó szénelnyelő a szárazföldi bioszféra?
A szárazföldi bioszféra kulcsfontosságú szerepet játszik a globális éghajlat szabályozásában. Az elmúlt évtizedekben a szárazföldi ökoszisztémák az emberi tevékenységek által légkörbe bocsátott szén-dioxid közel harmadát képesek voltak kivonni a légkörből és elraktározni, azonban kérdéses, hogy ez az ökoszisztéma-szolgáltatás milyen hatékonysággal képes tovább működni az egyre melegedő Földön.
A Science Advances-ben megjelent tanulmányban kutatók több mint két évtizednyi mérőtornyos szén-dioxid mérést (FLUXNET adatbázis) elemeztek a Föld összes nagyobb biomját lefedve, hogy globális szinten számszerűsítsék a szárazföldi bioszféra által végzett fotoszintézis és légzés fokának hőmérséklet-függését. Ez az első kutatás, ami képes volt megállapítani egy globális szintű kritikus hőmérsékleti fordulópontot, amelyen túl a növények képessége a légköri szén megkötésére és tárolására – a szárazföldi szénelnyelésnek nevezett kumulatív hatás – a hőmérséklet emelkedésével csökkenni kezd. Becsléseik szerint,
ha a jelenlegi kibocsátási trendek folytatódnak, tovább fokozva a globális felmelegedést, akkor a szárazföldi bioszféra nettó szénelnyelő kapacitása már a következő két évtizedben megfeleződhet.
Ez pedig egy ördögi kört eredményezne (a tudomány ezt öngerjesztő, vagy pozitív visszacsatolási folyamatnak nevezi), ugyanis a szárazföldi bioszféra szénelnyelő kapacitásának gyengülésével, majd megszűnésével nem lesz, ami kompenzálja az ember által légkörbe bocsátott szén-dioxidot, gyakorlatilag még „fát dobunk a tűzre”, vagyis tovább fokozódik a globális felmelegedés, ami tovább rontja az ökoszisztémák szénelnyelését, és így tovább. Tehát
a hőmérsékleti fordulópont elérését követően a szárazföldi bioszféra ahelyett, hogy mérsékelné az éghajlatváltozást, tovább fokozza azt.
Hogyan függ a hőmérséklettől a szárazföldi bioszféra szénforgalma?
A szárazföldi ökoszisztémák és a légkör között folyamatos szénforgalom zajlik: a fotoszintézisen keresztül a növények szén-dioxidot vonnak ki a légkörből, míg légzésük során a növények és a talajmikrobák szén-dioxidot bocsátanak vissza a légkörbe. A növények fotoszintézis révén építik saját testüket – azaz a szén-dioxid megkötésével szervetlen anyagokból szerves anyagokat állítanak elő a napsugárzás energiájának segítségével –, és ezáltal szenet raktároznak el.
Mint minden biológiai folyamat, a fotoszintézis és a légzés anyagcseréje is hőmérsékletfüggő: növekvő hőmérséklet mellett gyorsulnak, elérik a maximális sebességüket, és ezt követően lassulnak, a szervezet működése pedig leromlik. Azt régóta tudjuk, hogy az ember számára az optimális testhőmérséklet 37 °C körül van, vagyis a szervezet összes funkciója ezen a hőmérsékleten teljesít optimálisan. A növények esetében, bár laboratóriumi vizsgálatok már meg tudták határozni egy-egy növényre az optimális fotoszintézishez tartozó hőmérsékleti küszöbértéket, a szárazföldi bioszféra egészére ezidáig nem sikerült ilyet kimutatni.
A kutatók egy új módszer segítségével el tudták különíteni a hőmérséklet hatását az egyéb fotoszintézist befolyásoló tényezőktől, mint például a napsugárzás és a növény számára rendelkezésre álló víz. A globális mérőhálózat közel 250 mérőállomásának adatsoraiból egy egyértelmű mintázat rajzolódott ki: a fotoszintézis a szárazföldi ökoszisztémák szinte minden típusában jelentősen visszaesett egy a növénytípusra (C3 vagy C4 típusú növény) jellemző hőmérsékleti érték fölé érve. A legtöbb mérsékelt övi erdőben ez a küszöbérték 18 °C, a trópusi erdőkben pedig 28 °C.
A fenti ábrán jól látható, a fotoszintézis és a légzés nem ugyanazt a haranggörbét járja be, azaz míg a fotoszintézis hatékonysága egyre romlik a küszöbértéket átlépve, addig a szárazföldi ökoszisztémák összességének légzése a hőmérséklet emelkedésével exponenciálisan növekszik tovább egy adott pontig. Ez azt mutatja, hogy a globális átlaghőmérséklet emelkedésével a szénelnyelés helyett szép lassan a szénkibocsátás válik dominánssá a szárazföldi ökoszisztémák szénforgalmában. Az alábbi ábrán a fenti folyamatokat összesítve azt látjuk, hogy a szárazföldi bioszféra egészének szénelnyelő képessége rohamosan romlani kezd (kék görbe), ahogy a földi éghajlat egyre melegebb rezsimbe csúszik át.
Christopher Schwalm, a Woodwell Climate Research Center kutatója, a tanulmány társszerzője így kommentálta az eredményeket:
Az, hogy ilyen erős hőmérséklet-függést találtunk, nem lepett meg. Ami meglepett az az, hogy mindez [nettó szénelnyelés megszűnése] ilyen hamar megtörténhet, akár 15-25 éven belül.
Vészjósló eredmények
Jelenleg a szárazföldi bioszféra kevesebb mint 10 százaléka van kitéve a fotoszintézis küszöbértékénél magasabb hőmérsékletnek az év egy részében. De a jelenlegi üvegházgáz-kibocsátási trendek mellett a század közepére a szárazföldi bioszféra akár fele is átfordulhat ezen a termelékenységi küszöbön az egyre emelkedő átlaghőmérséklet miatt. Ráadásul épp a legtöbb szenet raktározó biomok azok – köztük az amazóniai és délkelet-ázsiai esőerdők, valamint az orosz és kanadai tajga-erdők –, melyek az elsők között lépik túl ezt a küszöbhőmérsékletet legalább az év egyik felében.
A globális adatsorok tanulmányozásával a hőmérsékleti küszöbérték megfigyelése mellett más vészjósló következtetéseket is levontak a kutatók. Annak ellenére, hogy a műszeres mérések kezdete óta mért legforróbb évtizedet hagytuk magunk mögött, az elmúlt 20 év adataiban nem találtak semmilyen bizonyítékot arra, hogy a növényzet fotoszintézise alkalmazkodni kezdett volna az emelkedő átlaghőmérséklethez. Sőt, a kutatók annak sem találták semmilyen jelét a vizsgált adatokban, hogy a fotoszintézis hatékonysága növekedett volna a légkörben nagyobb koncentrációban jelen levő szén-dioxid miatt.
Utóbbi elmélet a ’80-90-es évek klímamodell-számításain alapszik, melyek szerint a légkörben egyre növekvő szén-dioxid koncentráció serkenti a fotoszintézist és így a növényi biomassza növekedését (ez az ún. szén-dioxid trágyázási effektus). Ez a kutatás, illetve korábbiak is rámutattak, hogy a szén-dioxid ezen „trágyázó” hatásának komoly korlátai vannak, mind a hőmérséklet, mind pedig a rendelkezésre álló víz és tápanyagok tekintetében. (A fotoszintézis esetleges változásait érdemes további kutatásokban is vizsgálni, hosszabb és még teljesebb adatsorokon.)
Ezen új kutatással egyidőben egyre több tanulmány lát napvilágot, melyek megerősítik a fenti eredményeket, rámutatva arra, hogy a szárazföldi ökoszisztémák máris drámai változásokon mennek keresztül. A Nature Climate Change folyóiratban frissen publikált tanulmány műholdas és földi mérések kombinálásával globális térképeken mutatja meg, hogy az elmúlt 20 évben miként alakult az erdők szénforgalma. A lenti térképen megfigyelhető, hogy mely erdőségek nettó szénelnyelők (sárga-zöld), és melyek azok, melyek nettó szénforrássá váltak (ciklámen-lila) az erdőtüzek és más bolygatás következtében. Délkelet-Brazíliában egy 33 hektáron elnyúló erdőségben több mint három évtizednyi terepi megfigyelés alapján szintén azt találták, hogy az erdők elkezdtek nettó szénelnyelőből nettó szénkibocsátóvá válni.
A bioszféra nem dolgozhat tovább helyettünk a klímaváltozás mérséklésén
A felmelegedésre adott válaszul, az éghajlati zónák eltolódásához hasonlóan idővel a biomok is térben elmozdulnak. Azonban a rendkívül gyors ütemű éghajlati változások és a természetes élőhelyek széttagoltsága miatt ez a folyamat nem valószínű, hogy zökkenőmentes vándorlás lesz, hanem sokkal inkább a jelenlegi életközösségek gyors leromlása (további szén-dioxid-kibocsátással a légkörbe) jellemzi majd, amit az új éghajlathoz jobban illeszkedő biomok lassú megtelepedése követhet. A kutatók azt is hangsúlyozzák, hogy az új biomok létrejötte valószínűleg nem tud teljesen végbemenni emberi beavatkozás nélkül, és a talaj tényezők – különösen a tápanyagok elérhetősége – is jelentősen korlátozhatják ezt a folyamatot.
Mindez azt sugallja, hogy egy olyan éghajlati rezsimbe száguldunk bele, ahol a bioszféra termelékenysége rohamosan csökken, és ez aláássa a szárazföldi ökoszisztémák szénelnyelő képességét (és a hozzájuk köthető biológiai sokféleséget és ökológiai szolgáltatásokat). A Párizsi Megállapodás és azzal összhangban az országok klímavédelmi vállalásai (NDC) nagymértékben építenek a szárazföldi ökoszisztémák szénmegkötő képességére, aminek fennmaradása viszont egyáltalán nem garantált.
Ennek a kulcsfontosságú természetes szénelnyelő szolgáltatásnak az elvesztése ezért megkérdőjelezheti azt is, hogy képesek leszünk-e 1,5-2 °C-nál korlátozni a globális felmelegedést. Ha nem csökkentjük drasztikusan a globális felmelegedést egyre fokozó kibocsátásokat, akkor a szárazföldi bioszféra hamarosan nem lesz képes azt kompenzálni és további időt nyerni nekünk, hogy cselekedjünk.
Mit lehet tenni az erdők alkalmazkodásának segítésére?
Az ember okozta kibocsátások azonnali és nagymértékű mérséklésén túl, ahhoz, hogy a már elkerülhetetlen éghajlati változásokhoz alkalmazkodni tudjanak az erdőségek, az ökoszisztémák ellenállóképességét javító, újfajta védelmi és erdőgazdálkodási gyakorlatokra, illetve az eddigiek hatékonyabb alkalmazására van szükség. Az egyre gyakoribb és intenzívebb forró, aszályos időszakok, valamint az ún. megaaszályok – melyek akár éveken, évtizedeken keresztül is fennállhatnak – különösen aggasztóak, ugyanis ezek gyengítik a fák kondícióját és csökkentik az ellenállóképességüket, ami még súlyosabb erdőpusztuláshoz, erdőtüzekhez, valamint betegségek és rovarok okozta károkhoz vezethet.
Szakértők szerint az erdőgazdálkodási jó gyakorlatok (pl. szelektív ritkítás; a változó körülményekhez illeszkedő, gondosan kiválasztott magkeverékek használata; növényzet és kártevők kezelése; talajerózió elleni védekezés; vegetációtűz-menedzsment, mélytalaj vízmegtartó képességének javítása) intenzívebb alkalmazására lenne szükség. Emellett fontos a természetes növényzettel borított folyosók és az erdőfoltok megóvása is, így csökkentve a távolságot, amit a magoknak meg kell tenniük ahhoz, hogy a jövő erdői könnyebben terjedhessenek vagy újra összekapcsolódhassanak a számukra kedvezőbb éghajlati viszonyok között.
