Łagodzenie zmian klimatycznych: sadzenie drzew w Arktyce pogarsza globalne ocieplenie

Odbudowa lasów i sadzenie drzew to dobrze ugruntowana strategia łagodzenia zmian klimatycznych. Jednak wykorzystanie takie podejście w Arktyce pogarsza ocieplenie i jest kontrproduktywne dla łagodzenia zmian klimatu. Dzieje się tak, ponieważ pokrycie drzewami zmniejsza albedo (czyli odbicie światła słonecznego) i zwiększa ciemność powierzchni, co skutkuje ociepleniem netto (ponieważ drzewa pochłaniają więcej ciepła ze słońca niż śnieg). Ponadto, działania związane z sadzeniem drzew zakłócają również pulę węgla w glebie arktycznej, która magazynuje więcej węgla niż wszystkie rośliny na Ziemi. Dlatego podejście do łagodzenia zmian klimatu niekoniecznie musi być skoncentrowane na węglu. Zmiany klimatu dotyczą bilansu energetycznego Ziemi (netto energii słonecznej pozostającej w atmosferze i energii słonecznej opuszczającej atmosferę). Ilość gazów cieplarnianych określa, ile ciepła jest zatrzymywane w atmosferze Ziemi. W regionach arktycznych, na wysokich szerokościach geograficznych, efekt albedo (tj. odbicie światła słonecznego z powrotem w przestrzeń kosmiczną bez przekształcania go w ciepło) jest ważniejszy (niż efekt cieplarniany spowodowany magazynowaniem węgla w atmosferze) dla całkowitego bilansu energetycznego. Dlatego też ogólny cel spowolnienia zmian klimatu wymaga holistycznego podejścia.   

Rośliny i zwierzęta nieustannie uwalniają dwutlenek węgla (CO₂) w atmosferze poprzez oddychanie. Niektóre naturalne zjawiska, takie jak pożary lasów i erupcje wulkanów, również uwalniają CO₂ w atmosferze. Równowaga w atmosferycznym CO₂ jest utrzymywany przez regularną sekwestrację węgla przez zielone rośliny w obecności światła słonecznego poprzez fotosyntezę. Jednakże działalność człowieka od 18^th XX wieku, a w szczególności wydobycie i spalanie paliw kopalnych, takich jak węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny, zwiększyły stężenie CO2 w atmosferze₂.  

Co ciekawe, wzrost stężenia CO₂ w atmosferze wiadomo, że wykazuje efekt nawożenia węglem (czyli zielone rośliny przeprowadzają większą fotosyntezę w odpowiedzi na większą ilość CO2)₂ w atmosferze). Duża część obecnego lądowego pochłaniacza węgla jest przypisywana temu zwiększonemu globalnemu procesowi fotosyntezy w odpowiedzi na rosnący poziom CO₂W latach 1982–2020 globalna fotosynteza wzrosła o około 12% w odpowiedzi na 17% wzrost globalnego stężenia dwutlenku węgla w atmosferze z 360 ppm do 420 ppm^1,2.  

Oczywiste jest, że zwiększona globalna fotosynteza nie jest w stanie związać wszystkich antropogenicznych emisji węgla od czasu rozpoczęcia industrializacji. W rezultacie atmosferyczny dwutlenek węgla (CO₂) w ciągu ostatnich dwóch stuleci efektywnie wzrósł o około 50% do 422 ppm (we wrześniu 2024 r.)³ co stanowi 150% jego wartości w roku 1750. Ponieważ dwutlenek węgla (CO₂) jest ważnym gazem cieplarnianym, ten znaczący ogólny wzrost stężenia CO2 w atmosferze₂ przyczyniło się do globalnego ocieplenia i zmiany klimatu.  

Zmiana klimatu objawia się topnieniem lodu polarnego i lodowców, ociepleniem oceanów, wzrostem poziomu mórz, powodziami, katastrofalnymi burzami, częstymi i intensywnymi suszami, niedoborem wody, falami upałów, poważnymi pożarami i innymi niekorzystnymi warunkami. Ma ona poważne konsekwencje dla życia i środków do życia ludzi, stąd konieczność łagodzenia. Dlatego też, aby ograniczyć globalne ocieplenie i wzrost temperatury do 1.5°C do końca tego stulecia, Konferencja Klimatyczna ONZ uznała, że ​​do 43 r. globalna emisja gazów cieplarnianych musi zostać ograniczona o 2030% i wezwała strony do odejścia od paliw kopalnych, aby osiągnąć zero emisji netto przez 2050.  

Oprócz redukcji emisji dwutlenku węgla, działania na rzecz klimatu można również wspierać poprzez usuwanie dwutlenku węgla z atmosfery. Każde zwiększenie wychwytywania dwutlenku węgla z atmosfery byłoby pomocne.  

Fotosynteza morska przez fitoplankton, kelp i plankton glonów w oceanach odpowiada za około połowę wychwytywania węgla. Sugeruje się, że biotechnologia mikroalg może przyczynić się do wychwytywania węgla poprzez fotosyntezę. Odwrócenie wylesiania poprzez sadzenie drzew i przywracanie terenów leśnych może być bardzo pomocne w łagodzeniu zmian klimatu. Jedno z badań wykazało, że zwiększenie globalnej pokrywy leśnej może wnieść znaczący wkład. Wykazało ono, że globalna pojemność koron drzew w obecnym klimacie wynosi 4.4 miliarda hektarów, co oznacza, że ​​dodatkowe 0.9 miliarda hektarów pokrywy koron (co odpowiada 25% wzrostowi powierzchni zalesionej) można by stworzyć po wykluczeniu istniejącej pokrywy. Ta dodatkowa pokrywa koron, jeśli zostałaby utworzona, zsekwestrowałaby i zmagazynowałaby około 205 gigaton węgla, co stanowi około 25% obecnego zasobu węgla w atmosferze. Globalna odbudowa lasów jest koniecznością również dlatego, że nieprzerwana zmiana klimatu doprowadziłaby do zmniejszenia powierzchni lasów o około 223 mln hektarów (głównie na obszarach tropikalnych) i utraty związanej z nimi różnorodności biologicznej do 2050 r.^4,5. 

Sadzenie drzew w regionie arktycznym  

Region arktyczny odnosi się do północnej części Ziemi powyżej 66° 33′ szerokości geograficznej N w obrębie koła podbiegunowego. Znaczna część tego regionu (około 60%) jest zajęta przez pokryty lodem morski ocean arktyczny. Arktyczny ląd znajduje się wokół południowych krawędzi oceanu arktycznego, które podtrzymują tundrę lub północny las borealny.  

Lasy borealne (lub tajga) znajdują się na południe od koła podbiegunowego i charakteryzują się lasami iglastymi składającymi się głównie z sosen, świerków i modrzewi. Mają długie, zimne zimy i krótkie, wilgotne lata. Przeważają odporne na zimno, szyszkowe, wiecznie zielone drzewa iglaste (sosny, świerki i jodły), które zachowują swoje igłowate liście przez cały rok. W porównaniu z lasami strefy umiarkowanej i tropikalnymi lasami wilgotnymi lasy borealne mają niższą produktywność pierwotną, mniejszą różnorodność gatunków roślin i brak im warstwowej struktury lasu. Z drugiej strony tundra arktyczna znajduje się na północ od lasów borealnych w regionach arktycznych półkuli północnej, gdzie podglebie jest stale zamarznięte. Ten region jest znacznie zimniejszy, a średnie temperatury zimą i latem wynoszą odpowiednio -34°C i 3°C – 12°C. Podglebie jest stale zamarznięte (wieczna zmarzlina), dlatego korzenie roślin nie mogą wnikać głęboko w glebę, a rośliny rosną nisko przy ziemi. Tundra ma bardzo niską produktywność pierwotną, niską różnorodność gatunków i krótki sezon wegetacyjny wynoszący 10 tygodni, kiedy rośliny rosną szybko w odpowiedzi na długie światło dzienne.  

Wzrost drzew w regionach arktycznych jest dotknięty wieczną zmarzliną, ponieważ podpowierzchniowa zamarznięta woda ogranicza głęboki wzrost korzeni. Większość tundry ma ciągłą wieczną zmarzlinę, podczas gdy lasy borealne występują na obszarach z niewielką lub żadną wieczną zmarzliną. Jednak arktyczna wieczna zmarzlina nie jest nietknięta.  

W miarę ocieplania się klimatu arktycznego (co dzieje się dwa razy szybciej niż średnia światowa), topnienie i utrata wiecznej zmarzliny zwiększyłyby przeżywalność wczesnych sadzonek drzew. Obecność koron krzewów okazała się pozytywnie związana z dalszym przetrwaniem i wzrostem sadzonek w drzewa. Skład gatunków i funkcjonowanie ekosystemów w regionie ulegają szybkim zmianom. W miarę ocieplania się klimatu i degradacji wiecznej zmarzliny roślinność może w przyszłości przejść z arktycznej bezdrzewnej na zdominowaną przez drzewa⁶.  

Czy zmiana roślinności na krajobraz arktyczny zdominowany przez drzewa spowoduje zmniejszenie zawartości CO2 w atmosferze?₂ poprzez ulepszoną fotosyntezę i pomóc w łagodzeniu zmian klimatycznych? Czy region arktyczny mógłby zostać wzięty pod uwagę pod kątem zalesiania w celu usunięcia atmosferycznego CO2₂. W obu sytuacjach arktyczna wieczna zmarzlina powinna najpierw rozmrozić się lub ulec degradacji, aby umożliwić wzrost drzew. Jednak rozmrażanie wiecznej zmarzliny uwalnia metan do atmosfery, który jest silnym gazem cieplarnianym i przyczynia się do dalszego ocieplenia. Uwalnianie metanu z wiecznej zmarzliny przyczynia się również do ogromnych pożarów lasów w regionie.  

Jeśli chodzi o strategię usuwania atmosferycznego CO₂ poprzez fotosyntezę poprzez zalesianie lub sadzenie drzew w regionie arktycznym i wynikające z tego łagodzenie ocieplenia i zmiany klimatu, naukowcy⁷ stwierdził, że to podejście jest nieodpowiednie dla regionu i nieskuteczne w łagodzeniu zmian klimatycznych. Dzieje się tak, ponieważ pokrycie drzewami zmniejsza albedo (czyli odbicie światła słonecznego) i zwiększa ciemność powierzchni, co skutkuje ociepleniem netto, ponieważ drzewa pochłaniają więcej ciepła ze słońca niż śnieg. Ponadto działania związane z sadzeniem drzew zakłócają również pulę węgla w glebie arktycznej, która magazynuje więcej węgla niż wszystkie rośliny na Ziemi.  

Dlatego podejście do łagodzenia zmian klimatu niekoniecznie musi być skoncentrowane na węglu. Zmiany klimatu dotyczą bilansu energetycznego Ziemi (poza energią słoneczną pozostającą w atmosferze i energią słoneczną opuszczającą atmosferę). Gazy cieplarniane określają, ile ciepła jest zatrzymywane w atmosferze Ziemi. W regionach arktycznych na wysokich szerokościach geograficznych efekt albedo (tj. odbicie światła słonecznego z powrotem w przestrzeń kosmiczną bez przekształcania go w ciepło) jest ważniejszy (niż magazynowanie węgla w atmosferze) dla całkowitego bilansu energetycznego. Dlatego też ogólny cel spowolnienia zmian klimatu wymaga holistycznego podejścia.  

*** 

Referencje:  

1. Keenan, TF, i wsp. Ograniczenie historycznego wzrostu globalnej fotosyntezy ze względu na wzrost stężenia CO2. Nat. Clim. Chang. 13, 1376–1381 (2023). DOI: https://doi.org/10.1038/s41558-023-01867-2 

2. Berkeley Lab. News – Rośliny dają nam czas na spowolnienie zmian klimatycznych – ale nie na tyle, aby je zatrzymać. Dostępne na https://newscenter.lbl.gov/2021/12/08/plants-buy-us-time-to-slow-climate-change-but-not-enough-to-stop-it/ 

3. NASA. Dwutlenek węgla. Dostępne na https://climate.nasa.gov/vital-signs/carbon-dioxide/ 

4. Bastin, Jean-Francois i in. 2019. Globalny potencjał odnowy drzew. Science. 5 lipca 2019. Tom 365, wydanie 6448, s. 76–79. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aax0848 

5. Chazdon R. i Brancalion P., 2019. Przywracanie lasów jako środek do wielu celów. Science. 5 lipca 2019 r., tom 365, wydanie 6448, s. 24–25. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aax9539 

6. Limpens, J., Fijen, TPM, Keizer, I. i in. Krzewy i zdegradowana wieczna zmarzlina torują drogę do zasiedlenia torfowisk subarktycznych. Ecosystems 24, 370–383 (2021).  https://doi.org/10.1007/s10021-020-00523-6 

7. Kristensen, J.Å., Barbero-Palacios, L., Barrio, IC i in. Sadzenie drzew nie jest rozwiązaniem klimatycznym na północnych wysokich szerokościach geograficznych. Nat. Geosci. 17, 1087–1092 (2024). https://doi.org/10.1038/s41561-024-01573-4  

***