Lasy są jednym z najważniejszych pochłaniaczy dwutlenku węgla w systemie klimatycznym Ziemi. Naukowcy zwracają szczególną uwagę na zaburzone przepływy węgla w cyklu węglowym. Ostatnie wyniki badań wskazują wyraźnie, że gdy świat się będzie coraz bardziej ocieplać, to lasy zamiast być pochłaniaczami netto, mogą stawać się powoli jego źródłami.
Lasy to ekosystemy lądowe, które stanowią największy procent różnorodności biologicznej pod względem bogactwa gatunkowego. Ponadto, wprawdzie mniej magazynują dwutlenku węgla niż na przykład ekosystemy bagienne, ale są ważnym składnikiem klimatycznym w cyklu węglowym.
Niestety długotrwałe fale upałów i susze często w zsynchronizowany sposób powodują powstawanie pożarów lasów, co też przyczynia się do powstawania dodatniego sprzężenia zwrotnego i znacznych emisji dwutlenku węgla do atmosfery.
–
Fot.1. Przez amazoński las deszczowy w Peru wije się rzeka (Peru North).
—
Ubywa starszych lasów, przybywa młodszych
Dynamika lasu to procesy odnowienia, wzrostu, śmierci i strat gatunków drzew wchodzących w skład zbiorowiska leśnego. Procesy te są jednak napędzane zaburzeniami, zarówno naturalnymi, jak i antropogenicznymi.
Nate G. McDowell, z Krajowego Laboratorium Północno-Zachodniego Pacyfiku w Richland w stanie Waszyngton, wraz ze swoimi współpracownikami, przedstawił procesy dynamiczne gatunków drzew w korelacji z zaburzonymi przepływami dwutlenku węgla oraz pary wodnej w ekosystemach leśnych 1.
Naukowcy dokonali tutaj przeglądu ostatnich postępów w zrozumieniu czynników napędzających dynamikę lasów oraz ich interakcji i zmian w kontekście globalnej zmiany klimatu. Autorzy pokazali, że zmiany te mają już miejsce. Wysnuli wnioski w procesie badawczym, że w skali globalnej ubywa starszych lasów (starodrzewi), a przybywa młodocianych. Ma to związek, zarówno z nadmierną działalnością gospodarczą (wycinka, wypalanie lasów), jak i również z wyraźnym wpływem ocieplenia klimatu (fale upałów, susze, pożary, nawałnice, nasilone gradacje owadów, patogenów).
–
Poważny problem – deficyt ciśnienia pary wodnej w ekosystemach leśnych
Badania teledetekcyjne wyraźnie wskazują, że od co najmniej dwóch dekad, lasy pochłaniają coraz słabiej dwutlenek węgla. Ma to też związek nie tylko ze wzrostem temperatury w atmosferze, ale i również z deficytem ciśnienia pary wodnej (VPD – Vapour Pressure Deficit).
–
—
Rys.1. Schemat koncepcyjny składowych dynamiki lasu i napędzających je zaburzeń. Źródło: Nate McDowell et al./CC BY 4.0
–
W panelu skrajnie lewym dojrzały ekosystem reaguje przede wszystkim na miejscową śmiertelność, a głównymi czynnikami są zmienne, takie jak CO2, temperatura i deficyt ciśnienia pary wodnej (VPD – Vapour Pressure Deficit). W następnym panelu lewym system zostaje zakłócony przez pożar, pojawienie się owadów lub inne perturbacje na dużą skalę, które usuwają większość drzew ponadpiętrowych, a gatunki przystosowane do szybkiego odnowienia po zakłóceniach odrastają. W trzecim panelu prawym odnowienie i wzrost dominują w procesach demograficznych, przy czym śmiertelność wzrasta z czasem, ponieważ konkurencja prowadzi do samoprzerzedzania. W ostatnim panelu skrajnie prawym dojrzały ekosystem jest zdominowany przez gatunki, które zastąpiły pierwotną społeczność w odpowiedzi na chroniczne zmiany środowiskowe, co prowadzi do powstania nowego ekosystemu.
—
Nate McDowell dla serwisu Science Daily powiedział 2:
Wniosek jest taki, że zmiana klimatu już teraz wywiera presję na lasy na świecie, a jej przyszłe następstwa mogą być na tyle poważne, że negatywnie wpłyną na całkowitą sekwestrację węgla przez lasy.
–
Nie tylko starsze drzewa, ale też te, które same odrastają pochłaniają więcej dwutlenku węgla niż myślano do tej pory
Wiek drzew jest kluczowy w celach dekarbonizacyjnych. Są one grupą roślin, która najmocniej przyczynia się do pochłaniania dwutlenku węgla. W szczególności gdy rosną w zwartych ekosystemach leśnych.
Brytyjski geograf ds. ekosystemów Thomas Pugh z Uniwersytetu w Birmingham, wraz ze swoimi współpracownikami, odkrył, że nie tylko dojrzałe lasy w średnim wieku produkcyjnym są jednymi z największych pochłaniaczy węgla, ale jak się okazuje, także odrastające lasy odgrywają w tym główną rolę po zaburzeniach naturalnych, takich jak np. pożary, nawałnice czy też po zaburzeniach antropogenicznych, takich jak np. wycinka drzew 3.
—
Rys.2. Część lasów zdefiniowana jako odrastające (mniejszy wiek niż 140 lat) w zestawie danych dotyczących wieku na rok 2010. W południowej Australii występuje pusty obszar, ponieważ w zestawie danych GFAD nie ma tam danych (Thomas A. M. Pugh i inni, 2019).
–
Drzewostany odrostowe dominują na wysokich szerokościach, a naturalne na niskich
Naukowcy swoje wyniki badań oszacowali w globalnej bazie danych wieku lasów (GFAD – Global Forest Age Database) w ramach unijnoeuropejskiego projektu GEOCARBON (Operacyjnego globalnego systemu obserwacji dwutlenku węgla), w którym został uwzględniony rozkład wieku drzewostanów w 10-letnich przedziałach wiekowych, obliczony do 140 lat, od roku bazowego 2010 na siatce 0,5° w zinwentaryzowanych lasach obejmujących głównie większość regionów umiarkowanych i borealnych.
Na podstawie GFAD naukowcy obliczyli, że łączna powierzchnia starodrzewu w 2010 r. wynosiła 16,5 mln km 2, a drzewostany w stanie odrośnięcia stanowiły 26,3 mln km 2. Drzewostany odrostowe są głównie skoncentrowane w północnych regionach pozatropikalnych, gdzie zdecydowana większość z nich należy do tej kategorii, podczas gdy stare drzewostany są skoncentrowane w regionach tropikalnych lasów deszczowych.
Jednak Pugh ze swoim zespołem naukowym podkreślił istotną rzecz. Mianowicie, że pod względem obszarowym całkowity wskaźnik pochłaniania węgla jest najwyższy w dojrzałych drzewostanach klimatu umiarkowanego: liściastych, wiecznie zielonych iglastych oraz mieszanych. Dotyczy to również starszych lasów odrostowych.
Obecnie lasy tropikalne są mniejszym pochłaniaczem węgla niż silnie odrostowe i naturalne ze średnich i borealnych szerokości geograficznych, ale gdy będą w przyszłości coraz mniej zaburzane przez działalność ludzką czy zmiany klimatu, to też mogą stać się tak samo silnym pochłaniaczem węgla.
–
Lasy tropikalne zaczynaja przestawiać się z pochłaniaczy na źródła netto dwutlenku węgla
Jedno z kluczowych badań ekosystemów leśnych, będących pochłaniaczami dwutlenku węgla, w dużej mierze było skoncentrowane na lasach tropikalnych.
W swojej pracy zespołowej Nancy L. Harris, będąca kierownikiem ds. badań Nadzoru Globalnych Lasów (GFW – Global Forest Watch), stwierdziła, że w latach 2001-2019 lasy na świecie pochłonęły już około dwa razy więcej dwutlenku węgla niż go wyemitowały. Reasumując, lasy zaabsorbowały netto 7,6 miliarda ton metrycznych CO2 rocznie, czyli 1,5 razy więcej dwutlenku węgla niż populacja Stanów Zjednoczonych emituje rocznie 4.
—
Rys. Dorzecze rzeki Amazonki, dorzecze rzeki Kongo o Południowowschodnia Azja. Strumień netto rocznego ekwiwalentu dwutlenku węgla w gigatonach (emisje do atmosfery i usuwanie z atmosfery CO2) (Nancy L. Harris i inni, 2021)
–
Poddając analizie najważniejsze lasy tropikalne w Ameryce Południowej, Afryce i Azji południowo-wschodniej, Harris, w serwisie Instytutu Zasobów Świata (WRI – World Resources Instittute), zaznaczyła, że są one najbardziej narażone by stać się znaczącymi źródłami netto dwutlenku węgla. Napisała w nim następująco 5:
W ciągu ostatnich 20 lat lasy w Azji Południowo-Wschodniej łącznie stały się źródłem netto emisji dwutlenku węgla z powodu wycinania pod plantacje, niekontrolowanych pożarów i osuszania gleb torfowych.
Dorzecze Amazonki, które rozciąga się na dziewięć krajów Ameryki Południowej, nadal jest pochłaniaczem dwutlenku węgla netto, ale balansuje na krawędzi, aby stać się źródłem netto, jeśli utrata lasów będzie się utrzymywać w obecnym tempie. Dorzecze Amazonki doświadczyło wzmożonego wylesiania w ciągu ostatnich czterech lat w celu utworzenia rozległych pastwisk dla bydła oraz doznało degradacji spowodowanej wielkoskalowymi pożarami.
Spośród trzech największych lasów tropikalnych na świecie, tylko Kongo ma wystarczająco dużo zwartych lasów, aby pozostać silnym pochłaniaczem dwutlenku węgla netto. Tropikalny las deszczowy Konga pochłania 600 milionów ton metrycznych więcej dwutlenku węgla rocznie niż emituje, co odpowiada około 1/3 emisji CO2 z całego transportu w USA.
–
Drzewa stają się coraz częstszymi źródłami dwutlenku węgla, gdyż są coraz bardziej osłabione w coraz cieplejszym świecie
Lasy na świecie stają w coraz silniejszym stopnia źródłami węgla, ponieważ drzewa w coraz cieplejszym świecie są osłabiane, głównie z niedoboru wód gruntowych podczas przedłużających się susz, a więc łatwo opanowywane przez gradacje owadów. Niedobór wód gruntowych jest tez spowodowany nagrzewaniem się gleb w trakcie wzrastającej liczby dni ciepłych we wszystkich porach roku. Odwodnione i zaatakowane przez szkodniki drzewa padają w końcu łatwym łupem coraz częstszych pożarów. Obecnie najwięcej takich lasów płonie w tajgach w Eurazji i w Ameryce Północnej. W taki sposób drzewa coraz częściej zamiast pochłaniać wydzielają go w ogromnych ilościach do atmosfery.
Międzynarodowy zespól naukowców z 11 krajów pod kierownictwem Yude Pana ze Służby Leśnej Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych (USDA – (ang. United States Department of Agriculture) w Durham w stanie New Hampshire (USA) oparł swoją pracę na długoterminowych pomiarach naziemnych w połączeniu z danymi teledetekcyjnymi. Ustalił, że lasy pochłaniają średnio 3,5 miliarda ton węgla rocznie. Jest to w przybliżeniu prawie połowa światowych emisji dwutlenku węgla, pochodzących ze spalania paliw kopalnych w latach 1990–2019. 6
–
Rys. Dlaczego nienaruszone lasy tropikalne utraciły zasoby węgla, a jednocześnie pozostały pochłaniaczem węgla? W latach 1990–2019 nienaruszone lasy tropikalne, które pozostały nienaruszone, nadal magazynowały węgiel w ilości 32,0 Pg C (32 mld ton C) (C – węgiel). Wylesianie spowodowało zmniejszenie powierzchni nienaruszonych lasów tropikalnych o 467 mln ha (zawierających zapasy węgla wynoszące 149,4 Pg C (149,4 mld ton C). Około 45 proc. zasobów węgla na wylesionych terenach zostało wyemitowanych do atmosfery wkrótce po wylesieniu (głównie z powodu stosowania gnojowicy i wypalania w celu przekształcenia gruntów rolnych), 36 proc. zostało przeniesionych na inne rodzaje użytkowania gruntów, takie jak grunty rolne (głównie jako węgiel glebowy), 17 proc. zostało utracone podczas przetwarzania pozyskanego drewna, takiego jak wióry drzewne lub przechowywane w produktach krótkotrwałych, takich jak drewno opałowe i papier, a 2 proc. zostało zatrzymane w pozyskanych produktach drzewnych (HWP – harvested wood products), takich jak długotrwałe materiały budowlane. Ponieważ pozostałe nienaruszone lasy zapewniły pochłanianie 32,0 Pg C (32 mld ton C), utrata netto zasobów węgla z nienaruszonych lasów wyniosła 117,5 Pg C (117,5 mld ton C). Źródło: korona lasu, iStock.com/Rhet Ayers Butler – Mongabay; obszar wylesiony, Kids Encyclopedia Facts, CC BY 3. 0; zwierzęta gospodarskie, iStock.com/edsongrandisoli; przemysłowy rębak do drewna, iStock.com/EBREHИЙ XaИTOHOB; stos kłód, iStock.com/Pandavector; kabina, Clker-Free-Vector-Images. 6
–
Badania naziemne skuteczniejsze od teledetekcyjnych
Pan zwrócił uwagę, że badania naziemne w dużej mierze pokazują lepsze wyniki niż teledetekcyjne, często stosowane w skrupulatnej analizie topograficznej lasów i gruntów leśnych: 7
Nasz zespół badawczy przeanalizował dane z milionów działek leśnych na całym świecie. To badanie wyróżnia się tym, że opiera się na rozległych pomiarach naziemnych — zasadniczo na ocenie wielkości, gatunku i biomasy drzewo po drzewie. Podczas gdy badanie obejmuje również dane z teledetekcji, powszechne narzędzie w krajowych inwentaryzacjach lasów i badaniach gruntów, nasza wyjątkowa siła tkwi w szczegółowym zbieraniu danych naziemnych.
–
Badacze zarejestrowali sekwestrację węgla w odrastających drzewach tropikalnych i w sadzonych w klimacie umiarkowanym. W tajgach niestety lasy stają się coraz częściej źródłami węgla
Na półkuli północnej w klimacie borealnym (Syberia, Kanada, Alaska) został zanotowany znaczny spadek skutecznej zdolności pochłaniania węgla w tamtejszych lasach. Sekwestracja (pochłanianie) węgla zmniejszyło się o 36 proc. Głównie z powodu wspomnianych czynników stresogennych jak ocieplenie gleb, inwazje owadów czy rozległe pożary.
Jeden ze współautorów badania Anatoly Shvidenko, wybitny emerytowany naukowiec Międzynarodowego Instytutu Analizy Systemów Stosowanych (IIASA – International Institute for Applied Systems Analysis) stwierdził, że w szczególnym stopniu przez globalne ocieplenie ucierpiały eurazjatyckie lasy umiarkowane i lasostepy: 7
Podczas gdy ogólny obraz globalny jest zachęcający, istnieją duże obszary z problematycznymi trendami i prognozami. Dotyczy to przede wszystkim centralnych i wschodnich części północnego kontynentu Eurazji, gdzie globalne ocieplenie doprowadziło już do bezprecedensowego rozprzestrzeniania się pożarów lasów i wymarcia 33 milionów hektarów lasów w samej Rosji w latach 2010–2019. W południowej części tego rozległego regionu spodziewane są krytyczne niedobory wilgoci, które mogą zagrozić istnieniu istniejących lasów w strefach lasów umiarkowanych i lasostepów w Kazachstanie, Mongolii, południowej Rosji i na Ukrainie. Oznacza to, że pilnie potrzebujemy konkretnych strategii adaptacji lasów.
W klimacie tropikalnym w lasach deszczowych głównie taki spadek nastąpił po drastycznych całkowitych wyrębach. Jednak na dawno opuszczonych terenach wylesionych i porzuconych gruntach rolnych badacze zauważyli, że odrastające drzewa sprawiały, iż został pozyskany przepływ netto węgla w tropikach blisko neutralnego.
Natomiast w lasach umiarkowanych w głównej mierze zalesianie (ludzka działalność) dało pozytywne efekty. Zdolność pochłaniania w nich węgla wzrosła aż o 30 proc. W szczególności jest to zauważalne na obszarze Chin.
Współprowadzący powyższe badania Richard Birdsey, starszy naukowiec w Centrum badań klimatycznych Woodwella (WCRC – Woodwell Climate Research Center) w USA, podkreślił następującą rzecz: 7
Trwałość globalnego pochłaniacza węgla przez lasy była zaskoczeniem, biorąc pod uwagę globalny wzrost liczby pożarów lasów, suszy, wyrębu lasów i innych czynników stresogennych. Okazuje się jednak, że rosnące emisje w niektórych regionach zostały zrównoważone przez rosnącą akumulację w innych regionach, głównie przez odrastanie lasów tropikalnych i ponowne zalesianie lasów strefy umiarkowanej. Odkrycia te potwierdzają potencjał poprawy ochrony i zarządzania lasami jako skutecznych naturalnych rozwiązań klimatycznych.
–
Co jedno z ostatnich badań wskazuje?
Przede wszystkim ostatnie badanie na temat pochłaniaczy i strumieni węgla w lasach wskazuje na to, że dekarbonizacja je również powinna szeroko obejmować. Okazuje się, że obecnie lasy na świecie w znacznym stopniu jeszcze dużo pochłaniają dwutlenku węgla. I im więcej będzie drzew odrastających i zalesianych oraz zostawionych w stanie naturalnym to działania dekarbonizacyjne mogą przynieść jeszcze wiele dobrego w walce z globalnym ociepleniem. Oczywiście emisje z paliw kopalnych muszą również być jak najszybciej usuwane.
Współautor badania i starszy pracownik naukowy IIASA, Dmitry Schepaschenko podsumował wyniki tej pracy następująco: 7
Globalne lasy mogą nadal skutecznie sekwestrować i magazynować węgiel, jednocześnie zapewniając wiele innych korzyści, jakie ludzie otrzymują ze środowiska naturalnego i prawidłowo funkcjonujących ekosystemów. Jednak wraz ze wzrastającą presją ze strony człowieka i szybko zmieniającym się klimatem, adaptacyjne i zregionalizowane zarządzanie lasami jest teraz potrzebne bardziej niż kiedykolwiek.
—
Referencje:
- McDowell N. G. et al., 2020 ; Pervasive shifts in forest dynamics in a changing world ; Science ; https://www.science.org/doi/10.1126/science.aaz9463
- DOE/Pacific Northwest National Laboratory, 2020 ; Global environmental changes leading to shorter, younger trees ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/releases/2020/05/200528161052.htm
- Pugh T. A. M. et al., 2019 ; Role of forest regrowth in global carbon sink dynamics ; Proceedings of the National Academy of Sciences ; https://www.pnas.org/content/116/10/4382
- Harris N. L. et al., 2021 ; Global maps of twenty-first century forest carbon fluxes ; Nature Climate Change ; https://www.nature.com/articles/s41558-020-00976-6
- Harris N. L. & Gibbs D., 2021 ; Forests Absorb Twice As Much Carbon As They Emit Each Year ; World Resources Institute ; https://www.wri.org/insights/forests-absorb-twice-much-carbon-they-emit-each-year
- Pan Y et al., 2024 ; The Enduring World Forest Carbon Sink ; Nature/USDA.Gov ; https://www.nature.com/articles/s41586-024-07602-x ; https://www.fs.usda.gov/nrs/pubs/jrnl/2024/nrs_2024_pan_001.pdf
- Schepaschenko D., Shvidenko A. & Heyl A. 2024 ; Forests Endure as Carbon Sink Despite Regional Pressures ; International Institute for Applied Systems Analysis ; https://iiasa.ac.at/news/jul-2024/forests-endure-as-carbon-sink-despite-regional-pressures