Wzrost temperatury i fotosynteza

Skrót artykułu Daily Kos z 2009 roku. Porusza kwestię kluczową w kontekście przyspieszającego ocieplenia planety.

Susze i upały w Indiach.

Susze i upały w Indiach.

Fotosynteza. Wszyscy wiemy, czym jest. To magiczny proces umożliwiający roślinom zamianę promieniowania słonecznego na energię i pozostałe rzeczy, których potrzebują, by przetrwać i rosnąć. Zablokuj światło słoneczne i fotosynteza ustanie. Zatrzymaj fotosyntezę i rośliny umrą. Śmierć roślin to wyrok na zwierzętach roślinożernych. Brak tych ostatnich oznacza zagładę gatunków mięsożernych. Ogniwa łańcucha pokarmowego rozsypują się.

Nawet jeśli nie jesteś jaroszem, to i tak musisz oddychać. Bez tlenu ani rusz. Pierwszy etap procesu fotosyntezy wykorzystuje energię fotonów do rozbicia cząsteczek wody na ich składowe: atomy wodoru i tlenu. Za dnia rośliny nie potrzebują tlenu. Z ich perspektywy stanowi odpad produkcyjny. Wydalają go do atmosfery, tak jak my wydalamy dwutlenek węgla.

Zatem jaki ma to związek z globalnym ociepleniem?

Oto mało znany fakt dotyczący fotosyntezy: proces zachodzi wyłącznie w ograniczonym zakresie temperatur. Nie jest niespodzianką, że fotosynteza nie przebiega najlepiej przy temperaturze skuwającej lodem akweny. Nie zdziwi nas zapewne informacja, iż podobnie upośledza ją temperatura wrzenia wody. Jednakże może zaskoczyć nas uświadomienie, że fotosynteza zatrzymuje się na długo przed osiągnięciem tego pułapu. Magiczna wartość? 40 stopni Celsjusza.

Okazuje się, że jest to liczba niekompatybilna z wieloma formami życia. U ludzi prowadzi do udaru cieplnego. Ten stan może nas zabić w ciągu kilku minut. Znaleźliśmy sposoby, aby ograniczyć zagrożenie: mamy stosowne ubrania, ogrzewanie, klimatyzację i szereg technologii izolacyjnych. Są to opcje roślinom niedostępne. I choć organizmy te wykazują się niepospolitą odpornością, nie wytrwają bez fotosyntezy nawet przez kilka tygodni.

Własność ta pozostałby przedmiotem zainteresowania jedynie akademików, gdyby nie klimatyczne realia, które czynią ją arcyważną: wraz ze wzrostem średniej temperatury globalnej upały przekraczające 40 stopni Celsjusza zaczynają pojawiać się coraz częściej w nowych lokalizacjach. Większość dyskusji na temat ocieplenia Ziemi skupia się na wartościach średnich. Po zastanowieniu staje się oczywiste, iż są one obliczane na podstawie skrajnych temperatur plasujących się powyżej i poniżej średniej. Przedział bywa dość duży.

Czy przypominacie sobie europejską falę upałów z 2003 roku? Sparaliżowała kontynent na prawie dwa tygodnie. Temperatura osiągnęła 40 stopni Celsjusza we Francji, zaś w Niemczech była nawet wyższa. Tamtego lata odnotowano ponad 70 000 zgonów związanych z ekstremalnym ciepłem. Z wiadomych względów gazety skoncentrowały się na ofiarach ludzkich, tymczasem gorąco wywarło nie mniej dramatyczny wpływ na uprawy.

Zdewastowana została zdumiewająca ilość podstawowych zbóż. Konsekwencje tego spustoszenia wykraczają daleko poza bezpośrednią stratę materiału roślinnego. Spodziewanymi skutkami ubocznymi są erozja gleby i powodzie. Tymczasem wydarzenia z 2003 roku przyniosły nieoczekiwane, oszałamiające odkrycie: przy tak wysokich temperaturach rośliny stają się producentami netto dwutlenku węgla i wrzucają do atmosfery miliony ton tego cieplarnianego gazu.

Obliczenia nie pozostawiły żadnej wątpliwości – w czasie fali upałów europejskie rośliny i ich ekosystemy emitowały więcej dwutlenku węgla, niż pochłaniały. W normalnych warunkach flora Starego Kontynentu absorbuje rocznie około 125 milionów ton węgla. W 2003 roku uwolniła do atmosfery 500 milionów ton. Jest to dowód, że krótkoterminowe, ekstremalne zjawiska klimatyczne o charakterze regionalnym niosą ze sobą poważne konsekwencje globalne.

Opublikowane na łamach Nature badania, które przyjrzały się europejskiej fali upałów i wydarzeniom jej towarzyszącym, sformułowały jeszcze bardziej alarmujący wniosek – obecne tempo emisji gazów cieplarnianych gwarantuje, że omawiane zjawisko będzie w nieodległej przyszłości powracać co dwa lata.

Zestawienie wszystkich danych wykazało, iż europejskie pola uprawne były w 2003 roku o 20% mniej wydajne niż w sezonie przeciętnym. Nie ma takiej możliwości, aby gospodarka była w stanie zapewnić Europejczykom obecny standard życia i uporać się z powracającą co 24 miesiące 20% utratą wydajności gospodarstw rolnych.

Klimatyczne ekstremum z 2003 roku nie jest przypadkiem odosobnionym. Niesprzyjające fotosyntezie wahania temperatur stają się nową normą na całym świecie.

W Europę uderzają temperatury powyżej 40°CBBC News [BBC News, 1 lipca 2015]

Część obszaru Europy nawiedziły temperatury przekraczające 40°C. Hiszpania i Portugalia są już w stanie pogotowia w ślad za odczytem 44°C w hiszpańskim mieście Cordoba. Upalna pogoda dotarła już do Francji, Włoch, Belgii, Holandii i Wielkiej Brytanii. […]

NASASatelity NASA ujawniają coś oszałamiającego na temat przyszłości pożywienia na Ziemi [Business Insider, 30.11.2015]

Zmiana klimatu, za którą odpowiada działalność człowieka, powoduje na naszej planecie widoczne przeobrażenia. Ich efekty jest w stanie obserwować NASA.

„Jeśli zachowamy aktualny kurs, wyżywienie mieszkańców planety będzie trudne, bo zrobiło się bardzo gorąco,” powiedziała Ellen Stofan, główny naukowiec agencji. „W rzeczywistości fotosynteza – proces wykorzystywany przez wszystkie rośliny do przekształcania dwutlenku węgla w węglowodany – odnotowuje gwałtowne osłabienie w temperaturze powyżej 35 stopni Celsjusza,” wyjaśniła 16 października 2015 podczas Konferencji Żywnościowej zorganizowanej przez Fundację Jamesa Bearda.

Badania sugerują, że te zbyt wysokie temperatury mogą nadejść bardzo szybko.

Większość swojej kariery Stofan poświęciła na studiowanie Wenus, planety z potężnym efektem cieplarnianym – wymyślne określenie atmosfery, która zatrzymuje słoneczne ciepło i ogrzewa powierzchnię. Tu na Ziemi satelity NASA zaobserwowały podobny trend, który zmierza w stronę niebezpiecznych poziomów. To zła wiadomość dla naszej zdolności produkowania pożywienia.

Poniższa animacja przedstawia globalne anomalie temperatury powierzchni Ziemi od 1880 do 2015 roku. Wartości wyższe od normy są w kolorze czerwonym, niższe oznaczono na niebiesko. Liczba obszarów cieplejszych od średniej odnotowała w ostatnich dekadach drastyczny wzrost.

Plos BiologyTytuł badania zamieszczonego 6 czerwca 2015 w piśmie PLoS Biology: „Odpowiednie dla wzrostu roślin dni znikają przy prognozowanej zmianie klimatu: Potencjał ludzkiej i biotycznej wrażliwości”

Trwające emisje gazów cieplarnianych mogą zmienić właściwy dla wzrostu roślin klimat, co z kolei wpłynie na systemy biologiczne i społeczne. Wykorzystując najnowszą generację dostępnych prognoz klimatycznych, demonstrujemy, że zmniejszy się liczba dni z warunkami klimatycznymi, które są odpowiednie dla wzrostu roślin. […]

Ecology Letters„Badanie opublikowane w sierpniu 2013 na łamach Ecology Letters ustaliło, że szybkość ewolucji przebiega 10 000 razy wolniej niż zachodząca zmiana klimatu. Rezultat ten opiera się na wolniejszym tempie dotychczasowej zmiany. Nie uwzględnia faktu, iż zaledwie kilka lat temu rozpoczęła się nagła zmiana klimatu. Rośliny nie mogą nadążyć. Zatem umierają. Z perspektywy osób nie mających najmniejszego pojęcia o biologii sprawia to wrażenie problemu technicznego, do którego można zwyczajnie zaprojektować techniczne rozwiązanie. Żyjąca planeta nie jest jedynie skomplikowanym zestawem trybików, do których można dopasować klucze i śrubokręty. Ewolucyjna zmiana wymaga losowych mutacji i późniejszej dziedziczności. Niestety, nie ma już czasu na wielopokoleniowe przystosowanie do otoczenia ulegającego raptownym przeobrażeniom. Nawet jeśli udałoby się nam przenieść rośliny z jednego obszaru na inny, nie należy spodziewać się ich bujnego rozkwitu, chyba że jednocześnie dokonamy również transferu gleby. I zamieszkujących nią organizmów. I względnie stabilnego systemu pogodowego, w którym rośliny te ewoluowały. Jest za późno. Pogoda jest zbyt szalona. Gleby żyją w sposób zbyt interaktywny. Jesteśmy ludzkimi zwierzętami. Jak każde inne zwierzę na świecie potrzebujemy siedliska, aby przetrwać. Bez roślin Homo traci swoje środowisko życia.” Guy McPherson, emerytowany profesor zasobów naturalnych, ekologii i biologii ewolucyjnej Uniwersytetu w Arizonie [wypowiedź z 9 marca 2015]

IPCCWszystkie strategie adaptacyjne związane ze skutkami klimatycznego chaosu, które proponuje Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu (Intergovernmental Panel on Climate Change – IPCC) – korzystający z nieaktualnych, spóźnionych nawet o 7-10 lat ustaleń  – uznają za pewnik większą dostępność gruntów rolnych.

W ciągu najbliższych 50 lat ludzkość musi wyprodukować więcej żywności niż przez ostatnich 10 000 lat. Aby tego dokonać potrzeba 6 milionów hektarów nowych użytków rolnych rocznie przez kolejne 3 dekady. Tymczasem wskutek degradacji gleby w każdym sezonie następuje utrata 12 milionów hektarów użytków.

Przy obecnym tempie zaniku gruntów ornych, nawet bez gwałtownego antropogenicznego zaburzenia klimatu, Ziemia zdołałaby zapewnić warunki upraw tylko przez 60 lat.

W 2006 roku przekroczyliśmy szczyt światowej produkcji żywności.

Kończy się nam tani, łatwo dostępny potas i fosforany. Ludzie nie mogą wyprodukować tych niezastąpionych nawozów sztucznych.

Jeziora i rzeki świata wysychają.

Susza rozprzestrzenia się na całym globie.

WWF szacowała, że do 2025 roku dwie trzecie ludzkości doświadczą niedoborów wody pitnej. Tymczasem badanie naukowców z Uniwersytetu Twente w Holandii, opublikowane 12 lutego 2016 w czasopiśmie Science Advances, ustaliło, że dotychczasowe szacunki znacznie zaniżyły stopień niedostępności wody, ponieważ problem niedoborów już dzisiaj dotyka 4 miliardów ludzi.

NASANowe dane NASA pokazują, jak światu kończy się woda [Washington Post, 16.06.2015]

Największe na świecie podziemne warstwy wodonośne – źródło wody pitnej setek milionów ludzi – wyczerpują się w alarmującym tempie, na co wskazują nowe dane satelitarne NASA, które tworzą najbardziej szczegółowy obraz rezerw wody ukrytych pod powierzchnią Ziemi. Dwadzieścia jeden spośród 37 największych światowych warstw wodonośnych – zlokalizowanych m.in. w Indiach, Chinach, Stanach Zjednoczonych i Francji – przekroczyło już swoje krytyczne punkty zrównoważonej eksploatacji, co oznacza, że podczas objętej badaniem dekady 2003-2013 ilość wody z nich wyprowadzanej była większa od ilości uzupełniającej. Trzynaście warstw wodonośnych zmniejszyło swoją objętość w tempie, które umieszcza je w najbardziej krytycznej kategorii. Naukowcy twierdzą, iż stanowi to problem długoterminowy, który raczej ulegnie pogorszeniu, ponieważ [ze względu na rozprzestrzeniające się susze, zwiększające się potrzeby rolnictwa przemysłowego i coraz bardziej intensywne operacje wydobywcze] uzależnienie od warstw wodonośnych rośnie.

„Sytuacja jest absolutnie dramatyczna,” powiedział Jay Famiglietti, starszy hydrolog Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA w Kalifornii i główny autor badań prowadzonych przez Uniwersytet Kalifornijski w Irvine.

(Poza tym) analiza ujawniła, że niektóre warstwy wodonośne mogą być znacznie mniejsze, niż dotychczas sądzono. […]

Aktualizacja artykułu: „Dlaczego globalne niedobory wody stanowią zagrożenie terroryzmem i wojną”

Opracowanie: exignorant

Reklamy
Ten wpis został opublikowany w kategorii Klimat, Woda i żywność i oznaczony tagami . Dodaj zakładkę do bezpośredniego odnośnika.