Březen 2019 - 37

Je pozoruhodné, že doporučení Mezivládního panelu pro klimatickou změnu (IPCC) pro politiky se zaměřuje pouze na snižování emisí skleníkových plynů a nezmiňuje, jak zvyšujeme teploty odvodněním, odstraněním vegetace. Evidentní funkci vody a vegetace v distribuci sluneční energie a oběhu vody lze přitom snadno demonstrovat. Nevíme ovšem jak ukázat, že zvýšené koncentrace oxidu uhličitého a metanu jsou příčinou dramatického nárůstu letních teplot, poklesu dešťových srážek a celkového vysychání krajiny. Naproti lze snadno ukázat, jak odvodnění a odlesnění vedou k nárůstu teplot a vysychání a jak hospodařením s vodou a vegetací v krajině a ve městech zásadním způsobem ovlivňujeme místní klima. Pokud odvodňujeme v globálním měřítku, a to se děje, potom už se nejedná o klima místní či regionální, ale o klima globální. V průběhu tisíců let mnohé předchozí civilizace vysychaly, i když nespalovaly fosilní paliva. Tyto civilizace se ovšem rozvíjely postupně v různých částech světa. Lidstvo dnes obhospodařuje všechna obyvatelná území. Na severní polokouli je klimatická změna patrnější nežli na jižní polokouli, severní polokoule má větší plochu kontinentů (40 %), nežli polokoule jižní.

Lesy a rybníky vypařují vodu a tudíž kazí vodní bilanci?

Je známo, že z rybníků, lesů a mokřadů obecně se vypařuje voda. Logicky uvažováno: suché sklizené pole a vydlážděná plocha neztrácejí vodu výparem, zatímco les, mokřad a zejména vodní plocha vypařují evidentně vodu a proto zhoršují vodní bilanci. S takovou argumentací se setkáme v médiích, na odborných konferencích i při jednání Poradního sboru Koncepce ochrany před následky sucha pro území ČR (schválena vládou ČR v červenci 2017). Výpar vody porosty je považován velmi často za „nutné zlo“, za „nedokonalost přírody“, kdy rostliny otevírají průduchy, aby přijímaly oxid uhličitý, a přitom jim utíká voda. Zemědělský výzkum se proto zaměřuje na rostliny, které spotřebovávají co nejméně vody, tedy na rostliny s co nejnižším transpiračním koeficientem (Pokorný 2019). V tomto příspěvku se snažíme vysvětlit, že naše logika nás může klamat. Ukážeme, že vysychání se děje právě prostřednictvím odvodněných, suchých ploch, které se přehřívají, a ukážeme, že evapotranspirace je perfektní systém vyrovnávání teplot a navíc přitahuje vodu.

Vzestupné proudění vzduchu z ohřátých ploch

Sluneční záření dosahující za jasného dne intenzity 1000 W.m2 ohřívá povrch odvodněné plochy až na 60 oC. Od přehřáté plochy se ohřívá vzduch a stoupá vzhůru. Tohoto vzestupného turbulentního proudění využívají ptáci, znají je dobře rogalisté a piloti malých i velkých letadel. Vzduch o teplotě 40 oC a relativní vlhkosti 20 % obsahuje 10 g vody v m3 ve formě vodní páry. I při velmi pomalém vzestupném proudění 0,1m/s, vystoupá za jednu hodinu nad 1m2 do atmosféry 360 m3 ohřátého vzduchu, který odnesl 3,6 kg vody. Je známo, že vzestupné proudění vzduchu z ohřátých ploch dosahuje běžně rychlosti několika metrů za sekundu; za hodinu potom vystoupá „se suchým“ ohřátým vzduchem vysoko do atmosféry 36 kg vody. Ohřáté plochy potom „nasávají“ vzduch z okolí, tedy ze sousedního lesa, mokřadu rybníka a teplý vzduch tak intenzivně vysouší okolí.

Odborným jazykem řečeno: na suchých odvodněných plochách se většina sluneční energie spotřebovává na ohřev povrchu, ohřátý povrch se ochlazuje vzduchem a ohřátý vzduch stoupá turbulentním pohybem vzhůru (zjevné teplo, pocitové teplo, sensible heat). Do zjevného tepla tak přechází za slunného letního dne několik set wattů na metru čtverečném (Brom, Pokorný 2017).

Vodní plocha a vegetace zásobená vodou se ochlazují výparem vody.

Samotný les, mokřad, rybník vypařuje pouze několik mm vody za den, tedy pouze několik litrů vody z m2, do vodní páry se tak váže za den několik kWh sluneční energie; několik stovek wattů se spotřebovává na výpar vody z 1 m2. Sluneční energie se váže do vodní páry a tou je vzduch téměř nasycen a stoupá pomalu vzhůru, protože povrch korun lesních stromů, mokřadu a vodní hladiny je chladný, nevytváří se na nich zjevné teplo, které by pohánělo vzestupný proud. Vzduch nasycený vodní párou stoupá pomalu vzhůru a brzy dosahuje rosného bodu, tvoří se místní odpolední/večerní srážky, část vypařené vody se tak vrací. Při srážení (kondenzaci) vodní páry na vodu kapalnou klesne tlak vzduchu (odpařením 1 litru vody kapalné vznikne na 1200 litrů vodní páry a naopak). Po kondenzaci vodní páry poklesne tlak a nasává se vzduch z okolí. Pokud je tento krátký oběh vody zachován na velkých plochách, přichází na pevninu snadno proudění od oceánů

Rozsáhlé lesní porosty a vlhká krajina obecně přitahují vodu

Je známým faktem, že na rozsáhlých zalesněných plochách prší  i hluboko v kontinentech (Amazonie, Kongo, Sibiř), tam kde les chybí, ustávají srážky několik set km od pobřeží. Evropa ztrácí lesy a trvalou vlhkou vegetaci, lesy ztrácí i Sibiř. Teorie biotické pumpy vysvětluje mechanismus, kterým lesy vodu přitahují a „pumpují“ atmosférickým prouděním z oceánu na pevninu. Pevnina je v tom případě p říjemcem/akceptorem dešťových srážek a oceán jejich donorem. Teorie biotické pumpy též vysvětluje, jak se s odlesněním a odvodňováním krajiny obrací proudění mezi oceánem a pevninou – pevnina se přehřívá a chladnější oceán s vyšší evaporací přitahuje vodu (akceptor) a vysušuje pevninu (Makarieva et al. 2009). Opakujeme tak chybu četných historických civilizací, které vyschly, aniž spalovaly uhlí a jiná fosilní paliva.

Pozorované ztráty vody v krajině musíme hledat právě v popsaném vzestupném proudění ohřátého vzduchu stoupajícího z přehřátých ploch. Roční průměry dešťových srážek se statisticky mění málo, podobně i odtok vody v řekách. Srážkově odtokové poměry se příliš nemění, přesto vysycháme, příčinu je nutno hledat v tzv. atmosférických řekách, tedy ve změnách proudění ohřátého vzduchu, který v letních dnech, kdy ohřátý vzduch nepozorovaně odnáší násobně více vody, nežli ji měříme v tocích. Zde by pomohla spolupráce s leteckými meteorology. 

Podle teorie Biotické pumpy záleží dodávka vody z oceánu na pevninu na stavu vegetačního pokryvu. Evoluce vyřešila dva zásadní a obtížné problémy: jak dopravit atmosférickou vlhkost daleko do vnitra pevniny a jak tento transport setrvale udržet.

Les má vysokou pokryvnost listoví (listová plocha nad jedním metrem čtverečním) a má proto i vysokou evapotranspiraci (transpirace + evaporace z povrchu), která může být vyšší nežli evaporace z povrchu oceánu.

Následkem intenzivní evapotranspirace obsahuje vzduch nad lesem vysoký obsah vodní páry, která v noci kondenzuje, jak vlhký vzduch adiabaticky (bez výměny tepla s okolím) stoupá vzhůru. Při kondenzaci vodní páry na vodu kapalnou klesá tlak vzduchu nad lesem. Například objem 22 400 ml vodní páry se při kondenzaci na vodu zmenší na 18 ml, voda ve stavu vodní páry má tedy více než 1000x vyšší objem nežli stejné množství vody v kapalném stavu (Avogadrův zákon). Pokles tlaku vzduchu má za následek vzestup vzduchu vzhůru nad les.

Vzniká tak horizontální gradient tlaku, neboli díky sníženému tlaku vzduchu se nasává vzduch horizontálně z okolí, za určitých okolností se může nasávat vzduch z oceánů. Vlhký vzduch z oceánu zrychluje kondenzaci vodní páry nad lesem, což zesiluje transport vodní páry z oceánu na pevninu. Vzduch zbavený určitého množství vodní páry se vrací zpět nad oceán ve vyšší vrstvě atmosféry, nežli je proud vlhkého vzduchu z oceánu. Neboli vlhký vzduch přicházející z oceánu proudí v nižší vrstvě atmosféry nežli vzduch zbavený vlhkosti, který odchází k oceánu a uzavírá tak cyklus transportu vody z oceánu na pevninu (obr. 2).

Odlesňováním se ovšem tento transport narušuje. Odlesněná a odvodněná krajina se přehřívá.

Krajinný pokryv určuje distribuci slunečního záření a tím i povrchovou teplotu

Příklad z tropů Jezero Naivasha v Keni (cca 140 km2, nadmořská výška 1880 m) je Ramsarskou lokalitou. Jezero je důležitým zdrojem vody a ryb a poskytuje obživu několika milionům obyvatel, v litorálu a jezera jsou rezervace původní zvěře. V souvislosti s odlesňováním komplexu Mau Forest v horní části povodí jezera, došlo ke změně režimu srážek, dříve pravidelná střídání období dešťů a období sucha jsou nepravidelná, přicházejí dlouhá období beze srážek vystřídaná povodněmi.

Správcové jezera si kladli otázku, zda rozsáhlé porosty šáchoru (Papyrus) svoji evapotranspirací neokrádají jezero o vodu. Uvádíme příklady ze studie, kterou jsme v této oblasti dělali před několika lety (Pacini et al. 2017). Je pozoruhodné, že v posledních dekádách se zvyšují extrémy teplot v okolí jezera a snižují se noční teploty. Vysvětlujeme si to ztrátou vody následkem nadměrné pastvy a přeměny litorálu na zemědělská pole – v noci se zvýšilo vyzařování tepla vůči chladné obloze. V padesátých a šedesátých letech 20. století nebylo jezero teplotně stratifikováno, poslední dobou je teplotní stratifikace běžná. Netlumila dříve vysoká vzdušná vlhkost příkon přímého slunečního záření?