ZMĚNA KLIMATU A GLOBÁLNÍ OTEPLOVÁNÍ
Ing. D. Janouš, CSc. - Ústav ekologie krajiny AV ČR v Č. Budějovicích, pracoviště Brno
Stále přibývá vědeckých důkazů o tom, že podnebí Země ovlivňují změny, jež se obecně shrnují pod pojem globální změna klimatu a globální oteplování. Podstatným rysem globální klimatické změny je její původ v lidské činnosti.
“Lidské činnosti vedou k neustálému narůstání koncentrace skleníkových plynů v atmosféře, tento nárůst zesiluje přirozený skleníkový efekt atmosféry, a to povede v průměru k dalšímu oteplování zemského povrchu a atmosféry, což pravděpodobně ovlivní ekosystémy přírody a lidstvo jako takové.” Takto je to formulováno v Rámcové úmluvě Spojených národů o změně klimatu. Mezi skleníkovými plyny je ostře sledován především oxid uhličitý, jejž člověk uvolňuje do atmosféry spalováním fosilních paliv a stále probíhajícím globálním odlesňováním.
PŘIROZENÝ SKLENÍKOVÝ EFEKT ATMOSFÉRY
Některé plyny obsažené v atmosféře, jako vodní pára, oxid uhličitý, ozon, metan a další, jsou téměř propustné pro sluneční záření (tedy pro energii ohřívající zemský povrch), silně však pohlcují dlouhovlnnou (tepelnou) radiaci vyzařovanou zemským povrchem. Pohlcováním energie se tyto plyny ohřívají a energii vyzařují všemi směry, tedy i zpět k zemskému povrchu. Dochází k tzv. přirozenému skleníkovému efektu. I když celkové množství skleníkových plynů v atmosféře je poměrně nízké, výsledný skleníkový efekt je velice významný, umožňující život na Zemi ve známé podobě. Průměr teplot měřených blízko povrchu na celé zeměkouli a během celého roku je v současnosti kolem 15 °C, tj. (podle Houghton 1998) o 21 °C více, než by příslušelo povrchu zeměkoule bez skleníkových plynů v atmosféře. Termín “skleníkový efekt” vyjadřuje podobnost radiační vlastnosti naší atmosféry se skleněnou stěnou skleníku.
Podíl vodní páry na skleníkovém efektu činí 60 - 70 %, na CO2 připadá asi 25 %. Skleníkový efekt atmosféry také ovlivňují oblaka, tedy kondenzovaná vodní pára v atmosféře. Tyto kapičky nebo krystalky vody rovněž pohlcují a vyzařují tepelnou energii, avšak také odrážejí dopadající krátkovlnné sluneční záření zpět do kosmu. Oblaka tedy mají jak oteplovací, tak ochlazovací efekt. V globálním měřítku jsou oba efekty oblaků přibližně vyrovnané a přisuzuje se jim spíše funkce slabého ochlazování zemského povrchu.
ZESÍLENÝ SKLENÍKOVÝ EFEKT
Obsah vodní páry, nejvýznamnějšího skleníkového plynu v atmosféře, je proměnlivý a pohybuje se od 0 do 2 obj. %. Kolísání jejího množství však nevykazuje žádný trend nárůstu ani poklesu. Množství oxidu uhličitého, kterého je v současnosti v ovzduší přibližně 0,037 obj. %, však vlivem lidské činnosti neustále významně narůstá. Vlivem lidské činnosti narůstá v atmosféře i obsah dalších skleníkových plynů. Není, kdo by pochyboval o přirozeném skleníkovém efektu, není tedy důvod pochybovat o zesilování skleníkového efektu atmosféry vlivem stoupajícího obsahu skleníkových plynů. K zesilování skleníkového efektu přispívá oxid uhličitý až 70 %, na druhém místě je metan (CH4) s asi 23 %. Proto se také hlavní pozornost v souvislosti s hrozbou klimatické změny upírá na uhlík.
KOLOBĚH UHLÍKU
V koloběhu uhlíku hraje zásadní roli schopnost zelených rostlin redukovat v procesu fotosyntézy oxid uhličitý na uhlík a kyslík a v chemických vazbách uložit životně důležitou energii ze slunečního záření dopadajícího na zemský povrch. Proto všude na zemském povrchu, kde to dovolí stanovištní podmínky, dochází ke konkurenčnímu souboji mezi populacemi rostlin a také uvnitř populací o dopadající sluneční energii. Proto se všude na zemském povrchu, kde je biomasa zelených rostlin vyskytují konzumenti a rozkladači, kteří soupeří o energii uloženou v této biomase. Energie redukovaného uhlíku se potom využívá pro životní pochody jak zelených rostlin, tak jejich konzumentů, biomasa se tímto spotřebovává a do ovzduší zpět uniká oxidovaný uhlík. To je základní princip funkce biologické pumpy, ať při koloběhu uhlíku mezi atmosférou a suchozemskými ekosystémy, nebo oceánem (viz obr. 1). Každoročně se čtvrtina celkového množství atmosférického uhlíku do tohoto koloběhu uhlíku zapojí. Polovina celkového koloběhu se děje v suchozemské biotě, polovina fyzikálními a chemickými procesy na povrchu oceánů. Suchozemské a oceánské zásobníky uhlíku jsou mnohem větší než množství uhlíku v atmosféře, uvolnění pouhých 2 % jeho zásoby v oceánech by množství v atmosféře zdvojnásobilo.
Určitý obsah oxidu uhličitého v atmosféře je tedy pro existenci života na Zemi nezbytný. Je to nepostradatelná látka pro proces fotosyntézy zelených rostlin, je to zdroj uhlíku pro biomasu. Umožňuje transformaci sluneční energie do chemických vazeb ústrojných látek. Významně se podílí na skleníkovém efektu atmosféry, jež vytváří vhodné podmínky pro život.
Před začátkem industrializace (kolem roku 1750) se po několik tisíc let udržovala koncentrace CO2 v ovzduší na úrovni 280 ppm (parts per milion, tzn. počet objemových částí sledované plynné látky v milionu objemových částí vzduchu). Průmyslová revoluce tuto rovnováhu narušila. Do roku 1900 se koncentrace CO2 zvýšila o asi 15 ppm, v roce 1988 již dosáhla hodnoty 350, v současnosti je nad hodnotou 370 ppm s přibližným ročním nárůstem 1,5 ppm. Je to proto, že člověk využívá stále více energie, kterou rostliny shromáždily do fosilních paliv, tj. uhlí, ropy a zemního plynu.
NÁROKY ČLOVĚKA NA ENERGII
Energetický příkon člověka pro zabezpečení jeho základních životních funkcí podle Hajna (1997) činí 85 W, pro člověka fyzicky pracujícího se tato potřeba energie zvyšuje na 250 W. Fyziologickou potřebu energie člověk musí pokrýt z potravin. Ve skutečnosti však potřeba člověka činí v průměru 2 kW, ve vyspělých zemích je to již 10 kW. Tuto energii pro zabezpečení svého komfortu člověk pokrývá z jiných zdrojů než z potravního řetězce, a to zejména z fosilních paliv. Takže člověk spotřebovává ve velmi krátkém čase energii, kterou vegetace během velice dlouhého období zachytila a společně s uhlíkem uložila v zemi. Současně se spotřebou energie člověk tento uhlík vypouští do ovzduší (viz obr 1).
Ke spalování fosilních paliv dochází z 95 % na severní polokouli.Největší podíl na minulých a současných globálních emisích skleníkových plynů mají vyspělé země. V rozvojových zemích je množství emisí na obyvatele stále relativně malé. Podíl rozvojových zemí na emisích však bude narůstat v důsledku nutnosti uspokojit sociální a rozvojové potřeby jejich obyvatel. Nároky člověka neklesají, obyvatelstvo méně rozvinutých zemí se přirozeně ohlíží po blahobytu rozvinutějších zemí a vzhledem k narůstajícímu počtu lidí na Zemi není v dohledné době možné očekávat obrat v nebezpečném trendu nárůstu koncentrace CO2 v ovzduší.
GLOBÁLNÍ HROZBA ZMĚNY KLIMATU
Klimatická změna ve svých sociálně ekonomických důsledcích dopadne na Zemi velice nerovnoměrně. Lze říci, že nůžky mezi chudými a bohatými zeměmi se ještě více rozevřou. Tam, kde je již nyní velice obtížné zabezpečit potraviny, to bude ještě obtížnější, ne-li nemožné. Nejvýznamnější důsledky globální klimatické změny je možné shrnout takto: zvýšení mořské hladiny vlivem rozpínavosti oteplené vody a částečně i vlivem tání ledovců současně s poklesem pevniny vlivem vyčerpání podzemních vod a úbytku pobřežních sedimentů; ztráta půdy po odlesňování nebo intenzívním zemědělství; znehodnocení orné půdy vlivem vysoušení i záplav; finanční náročnost krátkodobé adaptace na změny klimatu změnami v infrastruktuře; ovlivnění zásob vody vlivem sucha i záplav; nerovnoměrnost v zásobování potravinami; ovlivnění přírodních ekosystémů, zvláště ve středních a vyšších zeměpisných šířkách; teplotní stresy působící na lidské zdraví; šíření nemocí i škůdců do vyšších zeměpisných šířek; celkové náklady na adaptaci se odhadují na přibližně 1 % HDP; přibude kategorie environmentálních uprchlíků, jejich počet se odhaduje na 3 mil. ročně.
REGIONÁLNÍ KLIMATICKÁ ZMĚNA
Co se týče předpovědi klimatické změny v důsledku zesíleného skleníkového efektu, zvláště s ohledem na časový rozvrh, velikost a regionální projevy, existuje celá řada nejasností. Hovořit o globálním klimatu by bylo příliš velké zjednodušení. Globální oteplování se dokonce může v některých oblastech projevit ochlazováním. Souvisí to s možnými změnami cirkulací ovzduší i oceánů. Zejména oceány jsou pro svoji obrovskou tepelnou kapacitu významným klimatotvorným prvkem.
Pro vytváření regionálních scénářů změny klimatu se používá řada metod. Jejich základem jsou informace pocházející z výstupů globálních nebo polokoulových modelů všeobecné cirkulace atmosféry spojených s modelem cirkulace oceánu. Jeden z nejzávažnějších problémů spočívá ve vhodném propojení těchto modelů. Systém atmosféry má totiž zcela odlišnou rychlost odezvy na působící poruchu než systém oceánu. Uvedené modely mají globální charakter. V regionálních výpovědích těchto modelů je však značný stupeň nejistoty. Proto dalším důležitým zdrojem informací pro vytvoření regionálních modelů je kombinace analýz v minulosti naměřených klimatických údajů a nepřímých informací o klimatu daného regionu. Objektivní metodou multifaktoriálního hodnocení se potom pro daný region vybírají nejvhodnější modely. Jedná se zejména o schopnost modelu reprodukovat rozložení teploty vzduchu a atmosférických srážek.
Pro vybrané klimatické modely se uvažují různé scénáře vývoje koncentrace CO2 v ovzduší. Ve zvolených scénářích se odráží očekávaný vývoj civilizace. Např. pesimistické varianty vycházejí z představy, že nedojde k podstatnému snížení rozdílu mezi bohatými a chudými zeměmi, očekávají, že spojitě poroste počet obyvatel planety Země až na 15 miliard v roce 2100, že ekonomický vývoj zůstane orientován výrazně regionálně, a jsou uvažovány pomalejší technologické změny než u optimistických scénářů vývoje (Kalvová, 2000).
Podle v současnosti respektovaných scénářů klimatické změny se střední Evropě v roce 2050 oproti normálovému období 1961 - 1990 přisuzuje oteplení o 2 - 3 °C, dále se očekává mírný pokles srážek, roční úhrn by se měl snížit o 6 mm. Vegetační období by se mělo prodloužit o téměř celý měsíc (asi 29 dnů).
CITLIVOST LESNÍCH EKOSYSTÉMŮ KE KLIMATICKÉ ZMĚNĚ
Problematiku dopadů změny klimatu na lesy je nutno chápat jako kombinovanou reakci lesních dřevin na změněné klimatické podmínky stanoviště a na zvýšenou koncentraci CO2 v ovzduší. Důsledkem změny klimatu je potom změněný potenciál stanoviště pro pěstování porostů lesních dřevin na straně jedné a změněné nároky a tolerance lesních dřevin ke stanovištním podmínkám na straně druhé. Je příznivé, že tyto dva vlivy působí proti sobě, a proto je možné očekávat celkový dopad klimatické změny mírnější. Pro plné zodpovězení obou otázek, tzn. jaká bude změna stanovištních podmínek a jak se změní nároky jednotlivých lesních dřevin či jejich porostů na tyto podmínky, je však stále málo poznatků.
V lesním hospodářství se předpovídaná změna klimatu nejvíce projeví ve vztahu mezi klimatem a biocenózou, tedy v typologickém členění na lesní vegetační stupně (LVS). V našich podmínkách platí, že ve vyšších nadmořských výškách, tedy vyšších LVS, je limitujícím faktorem teplota, srážek je relativní dostatek. V nižších polohách jsou naopak limitujícím faktorem převážně srážky. Negativní vliv zvýšené teploty se zde projevuje prostřednictvím zvýšené evapotranspirace. 4. LVS je možné obecně považovat za zonální se stejným vlivem teploty i srážek, tedy za rozmezí nárůstu významu teploty a poklesu významu srážek směrem k vyšším LVS naopak nárůstu významu srážek a významu teploty směrem k dolním LVS.
Z hlediska předpovídané změny teploty by došlo k posunu stanovištních podmínek o dva LVS směrem k nižším vegetačním stupňům, znamenalo by to, že větší část porostů by se teplotně nacházela v podmínkách 1. a 2. LVS. Je však otázka, zda současná kritéria vymezující jednotlivé LVS bude možné v budoucích podmínkách klimatické změny využít.
Lesní hospodářství může také významně ovlivnit silná společenská poptávka po jiných funkcích lesa, nežli je produkce dřevní hmoty. Úsilí vedoucí k pochopení klimatické změny se musí odehrávat na mnoha úrovních, mezi kterými výrazně vyčnívá úroveň primárních producentů, jejichž asimilační aktivita dovede vázat atmosférický oxid uhličitý a je na něm závislá. Ve skupině primárních producentů zvláštní a významnou úlohu plní lesní dřeviny. Lesní ekosystémy jsou zřetelným spotřebičem atmosférického CO2. Je to dáno nejen podílem rozlohy lesů na celkové ploše suchozemských ekosystémů a množstvím deponovaného uhlíku, ale i dlouhověkostí lesů. Dlouhověkost je příčinou toho, že se v lesích na jistou dobu ukládá značná část uhlíku. Mimo depozit přímo ve stromech je nesmírně významný depozit uhlíku v lesních půdách. Proto v plnění mezinárodních závazků limitů emisí CO2 a v připravovaném obchodování s těmito limity bude množství uhlíku zadržené v lesích hrát významnou hospodářskou úlohu.
ODHAD DOPADU KLIMATICKÉ ZMĚNY NA LESY V ČESKÉ REPUBLICE
- Dopad klimatické změny podle očekávaného scénáře bude znamenat vertikální posun klimatických podmínek o jeden až dva v současnosti vymezené LVS směrem k nižším vegetačním stupňům.
- Zvýšená koncentrace CO2 sníží negativní dopad tohoto posunu, nejvýrazněji v nižších LVS, a to zejména zvýšením tolerance dřevin ke stresovým podmínkám (ve velmi hrubém odhadu o 15 až 50 %).
- Zhorší se podmínky pro pěstování smrkových porostů v současných středních polohách, nízké polohy budou z pěstování smrku zcela vyloučeny, a to vlivem klimatických podmínek a tlaku biotických činitelů. Bude stoupat potřeba změny dřevinné skladby nově zakládaných porostů.
- Z hlediska lepšího hospodaření s vodou by se porosty měly pěstovat v řidších sponech.
- Doba obmýtí se bude zkracovat.
- Výsledný celorepublikový ekonomický dopad je neurčitý, důsledky klimatické změny se v produkci projeví na některých stanovištích vyššími přírůsty a na jiných ztrátou. Očekává se významná změna ekonomických ukazatelů (porosty pro dřevo, porosty pro záchyt uhlíku, další funkce lesa).
ZÁVĚR
Česká republika patří k zemím, které se produkcí CO2 na jednoho obyvatele řadí mezi hlavní viníky současné hrozby klimatické změny. Přímý dopad k nám však bude pravděpodobně docela shovívavý. Globální sociálně ekonomický dopad je však i pro nás skutečnou hrozbou. Vzhledem k významu globální klimatické změny pro životní prostředí je velmi důležité pochopit její dopady a tím nejen vytvořit scénáře budoucího vývoje globálního ekosystému, ale pokud to bude možné, i stanovit cestu k nápravě či využít globální klimatickou změnu s ohledem na udržitelný rozvoj. Zde je nezastupitelná úloha lesního hospodářství. Je to jediné odvětví národního hospodářství, které může vykázat kladnou bilanci uhlíku. Na druhé straně je to však odvětví, které je dopadem klimatické změny přímo ohrožováno. Lesního hospodáře čeká nelehký úkol: při volbě opatření posoudit konkrétní podmínky lesního porostu a očekávanou změnu klimatu a podle nutnosti přehodnotit postupy, kritéria i cíle hospodaření.
Poděkování: Příspěvek byl vypracován v souvislosti s řešením části DP 02, bodu C Sektor lesního hospodářství projektu Ministerstva životního prostředí ČR VaV/740/1/00.
Použitá literatura k nahlédnutí u autora příspěvku.
Adresa autora:
Ing. Dalibor Janouš, CSc., Ústav ekologie krajiny Akademie věd České republiky v Českých Budějovicích, pracoviště Poříčí 3 b,
603 00 Brno