Dotychczas naukowcy ustalili, że w procesie fotosyntezy drzewa, jak i wszystkie rośliny, pochłaniają dwutlenek węgla. Nikt jednak do tej pory nie wiedział, że drzewa też potrafią pochłaniać metan z atmosfery.
Obecnie od czasów wybuchu rewolucji przemysłowej w atmosferze znajduje się około 26 proc. metanu. Wiadomo było do tej pory, że usuwanie tego gazu cieplarnianego z atmosfery zachodzi poprzez wiele procesów, takich jak na przykład utlenianie w glebach czy częściowo na mokradłach. W tym drugim przypadku metan w środowisku beztlenowym jest wydzielany do atmosfery.
Okazało się jednak, że drzewa mają nam coś więcej do zaoferowania niż pochłanianie dwutlenku węgla podczas procesu fotosyntezy. I to naukowców nie tylko bardzo zadziwiło, ale też ucieszyło w jakiś sposób. Przyroda potrafi nas zaskoczyć. Dobrze, że czasami mile.
Wybrane drzewa w wybranych biomach leśnych wcześniej nie zapowiadały niespodzianki naukowej
W najnowszej pracy naukowej ekolodzy i klimatolodzy z Birmingham i Linköping (w Szwecji) postanowili zbadać przepływ emisji metanu z górskich drzew do atmosfery. Do swoich terenowych eksperymentów wybrali cztery obszary świata:
– las tropikalny w Brazylii w Amazonii, w zlewni rzeki Madera (Cuniã)
– półzimozielony las tropikalny w Panamie (Gigante)
– lasy liściaste strefy umiarkowanej w Wielkiej Brytanii (Wytham Woods)
– lasy iglaste strefy hemiborealnej w Szwecji (Skogaryd)
Wyznaczyli na nich działki w celu wymiany netto metanu (CH4) z powierzchni drzew w różnych biomach leśnych. Następnie wybrali w lokalizacjach badawczych dowolne osobniki gatunków drzew, które poddali badaniom:
– Cuniã (liczne gatunki drzew tropikalnych)
– Gigante (Heisteria concinna, Simarouba amara)
– Wytham (klon jawor Acer pseudoplatanus. jesion wyniosły Fraxinus excelsior)
– Skogaryd (świerk pospolity Picea abies, sosna zwyczajna Pinus sylvestris)
Dokładna analiza badanych drzew na działkach
W regionie rezerwatu przyrody Cuniã, między 15 a 25 marca 2013 r. zbadano 100 drzew na dwóch działkach leśnych o powierzchni 20 × 30 m2. Średnia roczna temperatura (MAT – Mean Annual Temperature) wyniosła wówczas 26°C. A średnie roczne opady były w granicach 2500 mm.
W obszarze Półwyspu Gigante, pomnika przyrody Barro Colorado, między 18 a 27 listopada 2015 r. zbadano 24 drzewa na pięciu działkach kontrolnych projektu Gigante Litter Manipulation o powierzchni 45 x 45 m2. Wtenczas średnia roczna temperatura także wyniosła 26 °C. A średnie roczne opady pokazywały wynik 2600 mm.
Z kolei w regionie Wytham Woods, starego (około 120-letniego) mieszanego lasu liściastego w Oxfordshire, w Wielkiej Brytanii, od października 2015 r. do stycznia 2016 r. poddano badaniom również 24 drzewa, ale na czterech działkach. W tym po trzy osobniki jednego gatunku na jednej działce. Natomiast średnia roczna temperatura wskazywała 10 °C.
Następnie w obszarze zlewni Skogaryd w pobliżu Vänersborg, w południowo-zachodniej Szwecji, w terminach: 2–3 kwietnia, 14–16 kwietnia i 28–30 kwietnia 2014 r. analizie badawczej zostało poddanych 18 drzew na jednej działce, w tym po 9 osobników na jeden gatunek. W tym przypadku średnia roczna temperatura była obniżona do 6,9 °C
Rys. Średni wychwyt metanu (CH4) w mikrogramach na metr kwadratowy w ciągu godziny (μg CH4/ m2/h). Średnia temperatura roczna (MAT). Szare cieniowanie przedstawia 95 proc. przedziału ufności Źródło: Vincent Gauci et al./CC BY 4.0
I oto dziś mamy nieoczekiwany punkt zwrotny w badaniach drzew. Na ich większych wysokościach pni metan jest pochłaniany
W swoich eksperymentach badacze zobaczyli coś co ich zaskoczyło. Okazało się, że na badawczych powierzchniach drzewa powyżej 1,3 metra wysokości pnia nie emitowały metanu, tylko go pochłaniały. Choć w strefie korzeniowej drzew, u samej podstawy, były zauważalne emisje tego gazu. Badacze sprawdzili większą wysokość drzew. Powyżej 5 metrów. I ze zdumieniem zauważyli, że ten proces absorpcji metanu przebiegał jeszcze szybciej.
W końcu to co postanowili badacze zrobić wcześniej, zmieniło o 180 stopni obrót sprawy. Podjęli się teraz zbadania czterech obszarów świata – w lasach tropikalnych, umiarkowanych i borealnych – pod kątem procesów usuwania metanu z atmosfery przez drzewa. Ich celem było zaobserwowanie, gdzie ten proces przebiega szybciej? W której strefie klimatycznej?
Naukowcy doszli do wniosku, że trzeba zmierzyć przepływ metanu z atmosfery do kory i drewna drzew. A także wielkość potencjału utleniania metanu.
Okazało się, że to mikroorganizmy pomagają drzewom pochłaniać duże ilości metanu. A przy okazji sprzyjają łagodzeniu zmian klimatu. Dzięki temu nowo odkrytemu procesowi absorpcji drzewa strefy tropikalnej i umiarkowanej zwiększają korzyści klimatyczne średnio o około 10 proc.
A na jakich wysokościach zmierzono strumienie metanu?
Pośród drzew w badanych regionach strumienie metanu zostały zmierzone na następujących wysokościach nad powierzchnią gleby:
– w regionie Cuniã na pięciu wysokościach pnia 20, 60, 100, 140 i 180 cm
– w regionie Gigante w pniach drzew na wysokości 30, 75, 130 i 200 cm
– w regionie Wytham też na wysokości 30, 75, 130 i 200 cm
– w regionie Skogaryd na trzech wysokościach pnia 20, 60 i 100 cm
Fot. Drzewo amazońskie w górach Peru z przymocowaną komorą przepływową gazu. Źródło: Vincent Gauci , CC BY-ND
Zdumiewające i pocieszające. Metan jest tak samo, a może nawet bardziej, pochłaniany przez drzewa niż przez gleby
Badacze z Birmingham i Linköping byli mocno zaskoczeni, ale też ucieszeni, gdy zaobserwowali, że na badanych obszarach metan był pochłaniany przez drzewa mniej więcej tak samo, a nawet bardziej jak przez gleby.
Dotychczas było wiadomo, że większość rozkładu metanu zachodzi w atmosferze. Wszyscy specjaliści badający zależności metanu w systemie planetarnym Ziemi mieli zdanie takie, że tylko bakterie glebowe mogą wychwytywać i rozkładać ten gaz cieplarniany na poziomie gruntu. A jednak od dziś będą wszyscy wiedzieć, że również drzewa. A ściślej, drobnoustroje żyjące w ich korze oraz drewnie.
Co tak naprawdę pokazały wyniki badań?
Do badań przepływu metanu i jego potencjału utleniania w drzewach badacze zastosowali specjalne komory. Zbudowane z nieprzepuszczalnej dla gazów folii poliwęglanowej. Owijali je wokół pni drzew, a następnie podłączali je do analizatora metanu opartego na laserze.
Ponadto wykonali badanie drzew w skali globalnej. Wykorzystali do tego laserowe skanowanie naziemne w celu określenia całkowitej powierzchni kory drzew leśnych na świecie. W sumie, w tym badaniu zmapowali powierzchnie drzew z drewna aż do najdrobniejszych gałązek.
Badacze zasugerowali, że analiza kształtu drzew pokazuje wyraźnie, że gdyby cała kora wszystkich drzew została położona na płasko, to jej powierzchnia byłaby dosłownie równa powierzchni lądu Ziemi.
– Powierzchnie pokryte drzewami dodają kolejny wymiar do regulacji metanu w atmosferze, a globalny cykl metanu wciąż dostarcza nam wielu niespodzianek – mówi współautor badania, profesor David Bastviken z Uniwersytetu w Linköping.
– Drzewne powierzchnie dodają trzeci wymiar do sposobu, w jaki życie na Ziemi oddziałuje z atmosferą, a ten trzeci wymiar jest pełen życia i niespodzianek — powiedział współautor Yadvinder Malhi z Uniwersytetu w Oksfordzie.
Okazuje się, że drzewa mają wielki potencjał w usuwaniu metanu z atmosfery
Wstępne obliczenia wskazały, że całkowity globalny wkład drzew wynosi od 24,6 do 49,9 mln ton pochłanianego metanu.
– Drzewa strefy umiarkowanej i tropikalnej są o 7–12 proc. lepsze dla klimatu, niż się obecnie uważa – stwierdził główny autor pracy, profesor Vincent Gauci z Uniwersytetu w Birmingham.
Naukowcy obliczyli, że najwięcej metanu pochłaniają drzewa w lasach tropikalnych. Potem w umiarkowanych. I na końcu w borealnych. Wysnuli wnioski, że drobnoustroje w tropikach, w bardziej sprzyjających warunkach, szybciej utleniają metan. W szczególności na wyższych położeniach drzew. Na ich pniach i na gałęziach.
Drzewo w lesie Amazonii w Peru z przymocowaną komorą przepływową gazu. Źródło: Vincent Gauci/CC BY-ND
To nic, że drzewa bagienne więcej emitują metanu. Większość drzew poza bagnami więcej go pochłania.
Naukowcy wprawdzie potwierdzają, że w lasach bagiennych drzewa są nie tylko pochłaniaczami, ale też źródłami emisji metanu. Jednak stwierdzają, że sumarycznie większość biomów leśnych, zwłaszcza w górach, jest przede wszystkim pochłaniaczami netto metanu. Co też daje dużą nadzieję w walce z globalnym ociepleniem.
W badaniu zaznaczają, że duża powierzchnia pni, gałęzi i gałązek drzew (inaczej powierzchnia zdrewniała) oraz względna obfitość terenów górskich (w tym przypadku chodzi o gleby o swobodnym drenażu z niskim poziomem wód gruntowych) dają w skali globalnej efekty wymierne w badanych regionach świata. A więc, w przeciwieństwie do lasów bagiennych lasy górskie zapewniają w przeważającym stopniu większą absorpcję metanu aniżeli jego emisję.
Sadźmy lasy i ograniczajmy ich wycinkę – apelują naukowcy
Naukowcy z Birmingham i Linköping zauważyli, że wraz z wycinaniem lasów ten gaz cieplarniany przestaje być pochłaniany. Apelują by drzewa nie tylko same odrastały, ale też były sadzone. Ich zdaniem już małe drzewa pochłaniają znaczne ilości metanu. Dlatego w polityce dekarbonizacyjnej sadzenie może odegrać kluczową rolę. Tak samo ochrona obecnie istniejących.
– Global Methane Pledge, zainicjowane w 2021 r. na szczycie klimatycznym COP26, ma na celu redukcję emisji metanu o 30 proc. do końca dekady. Nasze wyniki sugerują, że sadzenie większej liczby drzew i ograniczenie wylesiania są z pewnością ważnymi elementami w osiągnięciu tego celu – podsumował badanie profesor Vincent Gauci z University of Birmingham, główny naukowiec zespołu badawczego.
– Nasze wyniki wskazują, że nowe nasadzenia drzew i ograniczenie wylesiania to ważne działania umożliwiające osiągnięcie tego celu – wyjaśnia współautor Alex Enrich Prast, profesor Tema Environmental Change na Uniwersytecie w Linköping, który od ponad 30 lat zajmuje się badaniem gazów cieplarnianych w regionie Amazonii.
Badacze w swojej publikacji również zamieścili apel, by decydenci od polityki klimatycznej (np. IPCC) wzięli poważnie pod uwagę w modelach klimatycznych drzewa jako kluczowe czynniki w pochłanianiu nie tylko dwutlenku węgla, ale też metanu.
Dalsze plany w badaniu absorpcji metanu przez drzewa
Profesor Gauci i jego współpracownicy z Birmingham już teraz postanowili zaplanować kolejny nowy program badawczy. Jego głównym zapytaniem będzie, czy czasem wylesianie nie stało się główną przyczyną zwiększenia ilości stężenia metanu w atmosferze.
Eksperci chcą również poznać dokładniej mechanizmy usuwania metanu przez drzewa, których głównym czynnikiem sprawczym są bakterie metanowe. Również w zakresie ich głębszych zainteresowań jest zbadanie tego, czy istnieje możliwość taka by znacznie zwiększyć usuwane tego gazu z atmosfery przez drzewa.
Referencje:
Jonas Roslund and Anna-Karin Thorstensson, 2024 ; Woody surfaces of trees remove methane from the atmosphere ; Ii.u Linköping University ; https://liu.se/en/news-item/woody-surfaces-of-trees-remove-methane-from-the-atmosphere
Vincent Gauci, 2024 ; We’ve discovered the world’s trees absorb methane – so forests are even more important in the climate fight than we
thought ; The Conversation ; https://theconversation.com/weve-discovered-the-worlds-trees-absorb-methane-so-forests-are-even-more-important-in-the-climate-fight-than-we-thought-235233
Joshua Shavit, 2024 ; Tree bark is crucial to global methane reduction and the fight against climate change ; Brighter ; https://www.thebrighterside.news/post/tree-bark-is-crucial-to-global-methane-reduction-and-the-fight-against-climate-change/
Aeris Futuro ; Trees versus methane – the role of forests in the fight against greenhouse ; Aeris Futuro ; https://aerisfuturo.pl/en/knowledge-base/trees-versus-methane-the-role-of-forests-in-the-fight-against-greenhouse-gases/
Ellen McNally, 2024 ; Tree bark plays vital role in removing methane from atmosphere, study finds ; The Guardian ; https://www.theguardian.com/environment/article/2024/jul/24/tree-bark-vital-role-removing-methane-atmosphere-climate
Vincent Gauci et al., 2024 ; Global atmospheric methane uptake by upland tree woody surfaces ; Nature ; https://www.nature.com/articles/s41586-024-07592-w
Jesús Aguirre-Gutiérrez, Nicola Stevens and Erika Berenguer, 2023 ; Valuing the functionality of tropical ecosystems beyond carbon ; Trends
in Ecology % Evolution ; https://www.cell.com/trends/ecology-evolution/fulltext/S0169-5347(23)00223-9