Zmarzlina już nie wieczna

Już za miesiąc znowu światowy dzień mokradeł, w którego warszawską edycję zwykle jestem jakoś mniej lub bardziej zaangażowany. Tym razem wśród referentów będzie Tatiana Minajewa, specjalistka od wiecznej zmarzliny. O wiecznej zmarzlinie nie sposób dziś nie pisać w kontekście zmian klimatu.

W torfowiskach wiecznej (teraz już bardziej na miejscu jest przymiotnik „wieloletnia”) zmagazynowane jest mniej więcej 300 mld ton węgla, co daje ok. 30-50 proc. węgla „gruntowego” i odpowiada również ok. jednej trzeciej ilości węgla atmosferycznego. Nic więc dziwnego, że jest to obecnie jeden z najintensywniej badanych tematów (choć jeszcze kilkanaście lat temu było inaczej). Globalne ocieplenie może to znacząco zmienić, gdyż ich rozmarznięcie przyspieszy rozkład zmagazynowanych związków węgla do metanu i dwutlenku węgla, a także po prostu uwolni te gazy, które już tam są, ale pozostają uwięzione.

Należy pamiętać, że część obszarów obecnej wiecznej zmarzliny kilka tysięcy lat temu nie było nią skutych i w tamtym czasie intensywnie odkładał się tam torf. Tak intensywnie, że osłabiło to efekt cieplarniany i od tego czasu mimo różnych wahnięć średnia temperatura globalnie, a zwłaszcza na półkuli północnej, spadała aż do niedawna. Teraz zasięg zmarzliny się cofa. W tym wieku prawdopodobnie tajanie dotknie co najmniej połowy, a może i znacznie więcej powierzchni zmarzliny. Według ubiegłorocznych szacunków do końca wieku w ten sposób do atmosfery uleci ponad 20 mld ton węgla.

Szacuje się, że w czasie ostatniego tysiąclecia torfowiska wychwytywały i zatrzymywały ok. 140 mln ton węgla rocznie (jeśli ktoś woli zapis formalny, to jest 142±7 TgC r-1), co oznacza, że bez tego wpływu zawartość dwutlenku węgla w atmosferze byłaby wyższa o 33 ppm. Niestety, gdy uwzględnić rozkład głębokich warstw torfu, który mimo wszystko zawsze zachodzi, trzeba tę liczbę obniżyć może nawet o jedną trzecią. Szeroko rozumiane torfowiska borealne mają w tym przytłaczającą większość.

Ocieplenie zasadniczo dobrze wpływa na ten bilans. Przynajmniej na początku. Wynika to z kilku przyczyn – po pierwsze im cieplej, tym tempo fotosyntezy większe. Większe też tempo oddychania i dekompozycji, ale mimo wszystko więcej węgla zostaje zmagazynowane. Po drugie, zasięg roślinności przesuwa się na tereny dotąd słabo nią pokryte (oczywiście, po dojściu do morza czy szczytu gór siłą rzeczy ten czynnik przestaje działać). Po trzecie, topnienie wiecznej zmarzliny zmienia strukturę podłoża tak, że roślinność typowa dla torfowisk wysokich jest wypierana przez typową dla torfowisk niskich, a to te drugie sprawniej akumulują węgiel. Takie są globalne trendy. Potwierdzają to dane z odwiertów torfu pochodzącego z tzw. holoceńskiego optimum klimatycznego, czyli okresu gwałtownego ocieplenia niedługo po ustąpieniu lodowca.

W szczegółach bywa jednak różnie. Poszczególne torfowiska mają różną historię – nieraz idąc wbrew globalnym trendom. Z niektórych danych wynika, że również w okresie małej epoki lodowej niektóre torfowiska przyrastały (czyli gromadziły węgiel), z kolei w czasie anomalii średniowiecznej wiążącej się z lokalnym ociepleniem części Eurazji tempo przyrostu wcale nie było tak szybkie. Ważna jest nie tylko temperatura, ale także wilgotność oraz ilość światła fotosyntetycznie czynnego (zależna od zachmurzenia). Różnego typu modele czasem zakładają stałą wilgotność, co ma wpływ na wyniki. W związku z tym praktycznie każdy artykuł naukowy kończy się konkluzją, że sprawa jest niejednoznaczna i bardzo podatna na subtelne różnice w bilansie różnych czynników meteorologicznych. O tym, jak subtelne różnice w wysokości roślin wpływają na zacienienie, a więc na lokalne tajanie i zamarzanie gleby, kiedyś pisałem. Z drugiej strony większa pokrywa roślinna to mniejsze odbijanie promieniowania słonecznego przez śnieg. Obecnie krzewinki tundry globalnie mają coraz większą wysokość i prawdopodobnie ten trend się jakiś czas utrzyma.

Niemniej gdy już zdecydujemy się na jakieś prognozy, to wynika z nich np. to, że przez najbliższe kilkadziesiąt lat nastąpi nieduży wzrost roli borealnych torfowisk w wychwytywaniu węgla (przy jednoczesnym spadku roli torfowisk ze stref bliższych równikowi, gdzie ocieplenie raczej przyczyni się do ich zaniku). Czyli jeszcze jakiś czas torfowiska te będą spowalniać globalne ocieplenie. Już w następnym wieku jednak sytuacja się odwróci, na kolejne setki lat wychwytywanie węgla przez te torfowiska wróci do poziomu podobnego do dzisiejszego. W tym czasie torfowiska międzyzwrotnikowe przeżyją załamanie, podbiegunowe przeżyją rozkwit, a te ze strefy umiarkowanej po początkowym rozwoju zaczną się degradować. Ostatecznie poprawa wydajności torfowisk arktycznych okaże się niewystarczająca do zrównoważenia spadku wydajności pozostałych. Ponadto nawet w nich ocieplenie będzie sięgać coraz bardziej w głąb, zwiększając rozkład starego torfu. Piszę o prognozach uwzględniających tylko zmiany klimatu, bez rozważania innych działań człowieka oddziałujących na torfowiska zmieniających ich hydrologię, żyzność itp.

Warto pamiętać o niektórych ograniczeniach, bo wspomniana wilgotność może okazać się kluczowym czynnikiem ograniczającym przyrost roślinności i magazynowanie torfu. Na produktywność ekosystemu ma też wpływ żyzność gleby. Stąd różne modele przewidujące wzrost wegetacji mogą wysypać się właśnie na tym czynniku.

Z drugiej strony wspomniane lokalne uwarunkowania mogą również mieć wpływ na ostateczne losy ziemskiego ekosystemu. Np. analiza mozaikowych systemów, gdzie wieczną zmarzlinę pokrywają lasy i otwarte torfowiska, wskazuje, że roztopienie zmarzliny przez kilkadziesiąt lat skutkuje uwalnianiem większych ilości węgla, niż jest magazynowane. Następnie, gdy najłatwiejsza do uwolnienia ilość węgla już uleci, system znowu zaczyna go bardziej magazynować, niż uwalniać. Powrót do stanu sprzed roztajania zajmie kilkaset lat, a w przypadku starszych torfowisk, które miały najwięcej zmagazynowanego węgla – tysiące lat. Jak wtedy będzie wyglądać Ziemia?

ilustracja: John Maurer, NASA, domena publiczna

  • Anne D. Bjorkman, Isla H. Myers-Smith , Sarah C. Elmendorf, Signe Normand, Nadja Rüger, Pieter S. A. Beck, Anne Blach-Overgaard, Daan Blok, J. Hans C. Cornelissen, Bruce C. Forbes, Damien Georges, Scott J. Goetz, Kevin C. Guay, Gregory H. R. Henry, Janneke HilleRisLambers, Robert D. Hollister, Dirk N. Karger, Jens Kattge, Peter Manning, Janet S. Prevéy, Christian Rixen, Gabriela Schaepman-Strub, Haydn J. D. Thomas , Mark Vellend, Martin Wilmking, Sonja Wipf, Michele Carbognani, Luise Hermanutz, Esther Lévesque, Ulf Molau, Alessandro Petraglia, Nadejda A. Soudzilovskaia, Marko J. Spasojevic, Marcello Tomaselli, Tage Vowles, Juha M. Alatalo, Heather D. Alexander, Alba Anadon-Rosell, Sandra Angers-Blondin , Mariska te Beest, Logan Berner, Robert G. Björk, Agata Buchwal, Allan Buras, Katherine Christie, Elisabeth J. Cooper, Stefan Dullinger, Bo Elberling, Anu Eskelinen, Esther R. Frei, Oriol Grau, Paul Grogan, Martin Hallinger, Karen A. Harper, Monique M. P. D. Heijmans, James Hudson, Karl Hülber, Maitane Iturrate-Garcia, Colleen M. Iversen, Francesca Jaroszynska, Jill F. Johnstone, Rasmus Halfdan Jørgensen, Elina Kaarlejärvi, Rebecca Klady, Sara Kuleza, Aino Kulonen, Laurent J. Lamarque, Trevor Lantz, Chelsea J. Little, James D. M. Speed, Anders Michelsen, Ann Milbau, Jacob Nabe-Nielsen, Sigrid Schøler Nielsen , Josep M. Ninot, Steven F. Oberbauer, Johan Olofsson, Vladimir G. Onipchenko, Sabine B. Rumpf, Philipp Semenchuk, Rohan Shetti, Laura Siegwart Collier, Lorna E. Street , Katharine N. Suding, Ken D. Tape, Andrew Trant, Urs A. Treier, Jean-Pierre Tremblay, Maxime Tremblay, Susanna Venn, Stef Weijers, Tara Zamin, Noémie Boulanger-Lapointe, William A. Gould, David S. Hik, Annika Hofgaard, Ingibjörg S. Jónsdóttir, Janet Jorgenson, Julia Klein, Borgthor Magnusson, Craig Tweedie, Philip A. Wookey, Michael Bahn, Benjamin Blonder, Peter M. van Bodegom, Benjamin Bond-Lamberty, Giandiego Campetella, Bruno E. L. Cerabolini, F. Stuart Chapin III, William K. Cornwell, Joseph Craine, Matteo Dainese, Franciska T. de Vries, Sandra Díaz, Brian J. Enquist, Walton Green, Ruben Milla, Ülo Niinemets, Yusuke Onoda, Jenny C. Ordoñez, Wim A. Ozinga, Josep Penuelas, Hendrik Poorter, Peter Poschlod, Peter B. Reich, Brody Sandel, Brandon Schamp, Serge Sheremetev, Evan Weiher (2018) Plant functional trait change across a warming tundra biome, Nature 562, 57–62, doi: 10.1038/s41586-018-0563-7
  • Angela V. Gallego-Sala , Dan J. Charman , Simon Brewer, Susan E. Page, I. Colin Prentice, Pierre Friedlingstein  , Steve Moreton, Matthew J. Amesbury , David W. Beilman  , Svante Björck, Tatiana Blyakharchuk , Christopher Bochicchio, Robert K. Booth, Joan Bunbury, Philip Camill, Donna Carless , Rodney A. Chimner, Michael Clifford, Elizabeth Cressey , Colin Courtney-Mustaphi , François De Vleeschouwer, Rixt de Jong, Barbara Fialkiewicz-Koziel, Sarah A. Finkelstein, Michelle Garneau, Esther Githumbi, John Hribjlan, James Holmquist, Paul D. M. Hughes, Chris Jones  , Miriam C. Jones, Edgar Karofeld, Eric S. Klein, Ulla Kokfelt, Atte Korhola, Terri Lacourse, Gael Le Roux, Mariusz Lamentowicz, David Large, Martin Lavoie, Julie Loisel, Helen Mackay, Glen M. MacDonald, Markku Makila, Gabriel Magnan, Robert Marchant, Katarzyna Marcisz, Antonio Martínez Cortizas, Charly Massa, Paul Mathijssen, Dmitri Mauquoy, Timothy Mighall, Fraser J. G. Mitchell, Patrick Moss, Jonathan Nichols, Pirita O. Oksanen, Lisa Orme , Maara S. Packalen, Stephen Robinson, Thomas P. Roland , Nicole K. Sanderson , A. Britta K. Sannel, Noemí Silva-Sánchez, Natascha Steinberg , Graeme T. Swindles , T. Edward Turner, Joanna Uglow, Minna Väliranta, Simon van Bellen, Marjolein van der Linden, Bas van Geel, Guoping Wang, Zicheng Yu , Joana Zaragoza-Castells, Yan Zhao (2018) Latitudinal limits to the predicted increase of the peatland carbon sink with warmingNature Climate Change8, 10(907-913), doi:10.1038/s41558-018-0271-1
  • Miriam C. Jones,  Jennifer Harden,  Jonathan O’Donnell,  Kristen Manies, Torre Jorgenson, Claire Treat, Stephanie Ewing (2016) Rapid carbon loss and slow recovery following permafrost thaw in boreal peatlands. Global Change Biology 23. 1109–1127. doi: 10.1111/gcb.13403
  • Hui Zhang, Angela V. Gallego-Sala , Matthew J. Amesbury, Dan J. Charman, Sanna R. Piilo, Minna Väliranta (2018) Inconsistent response of Arctic permafrost peatland carbon accumulation to warm climate phases. Global Biogeochemical Cycles. doi:10.1029/2018gb005980