Abstract

Uusi hypoteesi viittaa siihen, että metsänpeitteellä on paljon suurempi merkitys Sademäärän määrittämisessä kuin aiemmin on tunnustettu. Se selittää, miten metsäiset alueet tuottavat suuria virtauksia ilmakehän vesihöyryssä. Tämän hypoteesin mukaan suuria sademääriä esiintyy mantereen sisäosissa, kuten Amazonin ja Kongon vesistöalueilla, vain siksi, että sisämaasta rannikolle ulottuva metsäpeite on lähes jatkuvaa. Taustalla oleva mekanismi korostaa haihtumisen ja tiivistymisen merkitystä Ilmanpaine-erojen syntymisessä ja selittää useita olemassa olevien mallien laiminlyömiä ilmiöitä. Se viittaa siihen, että paikallinenkin Metsien häviäminen voi joskus kääntää kostean mantereen kuiviin olosuhteisiin. Jos se selviää tarkastelusta, tämä hypoteesi muuttaa sitä, miten suhtaudumme metsien häviämiseen, ilmastonmuutokseen, hydrologiaan ja ympäristöpalveluihin. Se tarjoaa uusia tutkimuslinjoja makroekologiassa ja maisemaekologiassa, hydrologiassa, metsien ennallistamisessa ja paleoklimaateissa. Se antaa myös vakuuttavan uuden motivaation metsien suojeluun.

elämä riippuu maapallon hydrologisesta kiertokulusta, erityisesti prosesseista, jotka kuljettavat kosteutta meristä maahan. Kasvillisuuden rooli on edelleen kiistanalainen. Paikalliset ihmiset monilla osittain metsäisillä alueilla uskovat, että metsät ”houkuttelevat” sateita, kun taas useimmat nykyajan ilmastoasiantuntijat ovat eri mieltä. Uuden hypoteesin mukaan paikalliset saattavat kuitenkin olla oikeassa.

maailman hydrologiset järjestelmät muuttuvat nopeasti. Sademäärien muuttuminen uhkaa suuresti ruokaturvaa monilla alueilla (Lobell et al. 2008). Samaan aikaan metsien hävittäminen on jo vähentänyt metsistä johdettuja höyryvirtoja lähes viisi prosenttia (arviolta 3000 kuutiokilometriä vuodessa maapallon maanpäällisestä kokonaisuudesta 67000 km3), eikä hidastumisesta ole juurikaan merkkejä (Gordon et al. 2005). Tarve ymmärtää, miten kasvillisuus vaikuttaa ilmastoon ei ole koskaan ollut kiireellisempi.

Makarieva ja Gorshkov ovat kehittäneet hypoteesin selittääkseen, miten metsät vetävät puoleensa kosteaa ilmaa ja miten manneralueet, kuten Amazonin allas, pysyvät kosteina (Makarieva et al. 2006, Makarieva ja Gorshkov 2007, ja niihin liittyvät verkkokeskustelut; jäljempänä yhdessä ”Makarieva ja Gorshkov”). Seuraukset ovat huomattavat. Perinteiset mallit ennustavat tyypillisesti” Kohtalaista ” 20-30 prosentin Sademäärän vähenemistä mantereen laajuisen metsäkadon jälkeen (Bonan 2008). Sitä vastoin Makarieva ja Gorshkov ehdottavat, että jopa suhteellisen paikallinen raivaus saattaisi lopulta muuttaa koko mannerilmaston kosteasta kuivaan, ja sademäärä vähenisi sisämaassa yli 95 prosenttia.

siinä missä Makarievan ja Gorshkovin julkaisut ovat teknisiä, yksityiskohtaisesti heidän hypoteesinsa taustalla olevaa fysiikkaa, selitämme perusajatukset ja niiden merkityksen laajemmalle yleisölle. Aloitamme toteamalla, miksi ideat ovat uskottavia ja ansaitsevat huomion. Sitten tiivistämme perinteisen ymmärryksen metsien ja ilmaston vuorovaikutuksesta sekä Makarievan ja Gorshkovin ehdotuksista. Keskitymme trooppisiin metsiin. Tutkittuamme, mikä tekee näistä metsistä erityisiä, tarkastelemme Makarievan ja Gorshkovin hypoteesiin liittyviä erilaisia vaikutuksia ja tutkimusmahdollisuuksia. Lopuksi korostamme näiden ajatusten merkitystä metsien suojelussa.

uskottava

merkittävistä tutkimuksista huolimatta maapallon ilmastoa määrittäviä mekanismeja ymmärretään edelleen huonosti. Kaikissa ilmastofysiikkaa koskevissa konsensustiivistelmissä on käytettävä enemmän sanoja epäselvyyksien tarkentamiseen kuin tosiasioihin (esim.IPCC 2007). Viime vuosikymmenten tunnustetuista edistysaskeleista huolimatta kaikkia keskeisiä oivalluksia ei heti huomata tuhansien julkaistujen kirjoitusten joukossa. Makarievan ja Gorshkovin teos, joka keskittyy ilmakehän käyttäytymisen yhtälöihin, näyttää jääneen epäoikeudenmukaisesti huomiotta. Oma arviomme sekä asiantuntijakollegoiden, joiden kanssa olemme neuvotelleet, arvio on, että Makarievan ja Gorshkovin hypoteesi on mielenkiintoinen ja tärkeä. Se on nyt tutkittava ja arvioitava.

Konventionaalinen yhteisymmärrys

metsäkadon on katsottu osaltaan vähentävän sademääriä eri alueilla (mm.Sahelissa, Länsi-Afrikassa, Kamerunissa, Keski-Amazoniassa ja Intiassa) sekä heikentävän monsuunisateita (Fu et al. 2002, Gianni et al. 2003, Malhi and Wright 2005). Yhteydet ovat kuitenkin epävarmoja.

havainnot viittaavat siihen, että laajat metsäkadot usein vähentävät pilvien muodostumista ja sademääriä ja korostavat vuodenaikojen vaihtelua (Bonan 2008). Metsänraivaukset voivat aiheuttaa erillisen, konvektiovetoisen ”kasvillisuustuulen”, jossa kostea ilma kulkeutuu ulos metsästä (Laurance 2005). Latvuston karheudesta ja lämpötilakerrostuneesta konvektiosta johtuvan ilmakehän turbulenssin arvellaan selittävän Sademäärän paikallisen lisääntymisen, joka joskus liittyy hajanaiseen metsäpeitteeseen (Bonan 2008).

koska mahdollisuudet kokeellisiin tutkimuksiin ovat rajalliset, ilmastotutkijat luottavat suuresti simulaatiomalleihin edistääkseen ymmärrystään. Useimmissa nykyaikaisissa malleissa sademäärät vähenevät paikallisesti metsäkadon jälkeen sekä alueelliset ja jopa mannertenväliset ilmastovaikutukset (Bonan 2008). Ilmastomallinnuksen harjoittajille keskeisiä metsäkatoon liittyviä muutoksia ovat lehtien alaindeksin pienentyminen, tonkimisen syvyys, latvuston karheus ja karheuden pituus (ilmavirtaukseen vaikuttavat toimenpiteet) sekä albedon lisääntyminen (heijastavuus). Mutta nämä muutokset, niiden vuorovaikutus ja vaikutukset sekä niiden riippuvuus konteksteista ja mittakaavoista ymmärretään vain laajasti. Epävarmuustekijöitä on edelleen paljon, erityisesti haihtumisen, konvektion, pilvien kehityksen sekä aerosolien ja maanpeitteen vaikutuksesta sekä siitä, miten pilvipeitteen muutokset muuttuvat sademäärien muutoksiksi (IPCC 2007).

kierrätys

ilmakehän kosteus on peräisin valtamerten ja maan haihdunnasta. Maanpäällisistä lähteistä peräisin olevaa ja paikallista sademäärää lisäävää sadetta kutsutaan ” kierrätetyksi.”Perinteiset selitykset kosteista mantereisista sisätiloista korostavat tällaista kierrätystä-mutta täsmäävätkö numerot?

kierrätetyn sateen osuus, joka riippuu tarkasteltavan alueen laajuudesta, osoittaa vain vähän johdonmukaista eroa kosteiden ja kuivien alueiden välillä: arviolta 25-60 prosenttia Amazonilla (esim.Marengo 2005), 28 prosenttia Niilin alueella (Mohamed et al. 2005), yli 50 prosenttia kesäsateesta Yhdysvaltain keskilännessä (Bosilovich and Schubert 2002) ja yli 90 prosenttia Sahelissa (Savenije 1995). Märkien alueiden ongelmana ei ole kierrätyksen osuus, vaan kysymys siitä, mikä ajaa sisään virtaavat ilmakehän kosteusvirrat, joita tarvitaan korvaamaan jokien kautta virtaava vesi (Savenije 1996).

Konventionaalinen teoria ei tarjoa selkeää selitystä sille, miten mantereen sisäosien tasaiset alangot ylläpitävät märkää ilmastoa. Makarieva ja Gorshkov osoittavat, että jos vain ”tavanomaiset mekanismit” (mukaan lukien kierrätys) pätevät, Sademäärän pitäisi vähentyä eksponentiaalisesti etäisyyden meristä. Tutkijat ovat aiemmin ihmetelleet puuttuvaa mekanismia, joka selittäisi havaitut sademäärät (Eltahir 1998). Makarievan ja Gorshkovin hypoteesi tarjoaa tyylikkään ratkaisun: he kutsuvat sitä ”pumpuksi.”

ilmakehän kosteuspumppua

lämpötilan ja konvektion ohjaamia painegradientteja pidetään tavanomaisessa ilmatieteessä ilmavirtojen pääasiallisina ajureina. Makarievan ja Gorshkovin mukaan haihtumisen ja tiivistymisen merkitys on jäänyt vähemmälle huomiolle.

Makarieva ja Gorshkov kiinnittävät huomiota siihen, että tyypillisissä ilmakehän olosuhteissa vesihöyryn osapaine lähellä maan pintaa ylittää huomattavasti sen yläpuolella olevassa ilmakehässä olevan veden painon. He väittävät, että tämä epätasapaino voi synnyttää voimakkaita ilmavirtoja. Voima johtuu tavasta, jolla lämpötila ja paine molemmat laskevat korkeuden mukana troposfäärissä (alailmakehässä). Kun pystysuora lämpötilan lasku (”raukeamisnopeus”) on pienempi kuin kriittinen arvo 1.2 celsiusastetta / km, ilmakehän vesi voi pysyä staattisena ja kaasumaisessa tilassa. Maapallon keskimääräinen kierrosluku on kuitenkin yli 6°c / km. Näillä suuremmilla nopeuksilla vesihöyry nousee ja tiivistyy. Tämän kaasusta nesteeksi-faasin muutoksen aikana tapahtuva ilmakehän tilavuuden pieneneminen aiheuttaa ilmanpaineen alenemisen. Tämä paineen lasku on rutiininomaisesti unohdettu.

maan pintaa lähellä olevat ilmavirtaukset virtaavat sinne, missä paine on alhaisin. Makarievan ja Gorshkovin mukaan näillä alueilla haihtumisprosentti on suurin. Päiväntasaajan ilmastossa metsät pitävät yllä korkeampaa haihtumisnopeutta kuin muut peitelajit, muun muassa avovesi. Näin ollen metsät vetävät kosteaa ilmaa muualta; mitä suurempi metsäala on, sitä suuremmat ovat kostean ilman määrät (KS.kuva 1). Tämä lisäkosteus nousee ja tiivistyy vuorollaan, jolloin syntyy positiivinen takaisinkytkentä, jossa suuri osa kostean alueen pilvinä tiivistyvästä vedestä tulee muualta. Ajurit (auringon säteily)ja termodynaamiset peruskäsitteet ja suhteet ovat samat kuin tavanomaisissa malleissa, joten suurin osa käyttäytymisestä on identtisiä – ero on siinä, miten tiivistyminen on sisällytetty.

Makarievan ja Gorshkovin arviot, jotka sisältävät tiivistymisestä aiheutuvia tilavuusmuutoksia, viittaavat siihen, että kun metsänpeite on riittävä, kosteaa ilmaa tulee tarpeeksi pitämään yllä runsaita sateita mantereiden sisällä. Nyt luvut täsmäävät: tiivistyminen tarjoaa siis mekanismin, joka selittää, miksi mannerten sademäärät eivät aina vähene välimatkan myötä.

haihdunta ja metsät

erotamme kaksi haihduntatyyppiä. Transpiraatio on kasvien sisältämä haihtumisvirta; kasvit määrittävät tämän virtauksen säätelemällä ilmaansa (lehtien ja muiden pintojen huokosia). Myös haihtuminen märiltä pinnoilta, maaperästä ja avovedestä on tärkeää. Mikä reitti vaikuttaa eniten kokonaishaihduntaan, riippuu olosuhteista (Calder 2005, Savenije 2004).

metsät haihduttavat enemmän kosteutta kuin muu kasvillisuus, tyypillisesti yli ruohopeitteen vuon kertoimella 10 (Calder 2005). Suljetut trooppiset metsät haihduttavat tyypillisesti yli metrin vettä vuodessa (Gordon et al. 2005). Jotkut haihtuvat yli kaksi metriä (Loescher et al. 2005).

metsien haihdunta hyötyy latvuston korkeudesta ja karheudesta, mikä johtaa turbulenttisiin ilmavirtauksiin. Tätä on kutsuttu” pyykkinaruefektiksi”, koska se on sama syy, miksi pyykki kuivuu nopeammin siimalla kuin maahan tasaiseksi laskettuna (Calder 2005). Jos kosteutta on riittävästi, metsien haihtumista rajoittavat pääasiassa auringon säteily ja sää (Calder ym. 1986, Savenije 2004). Suuret trooppiset puut voivat kuljettaa useita satoja litroja vettä joka päivä (Goldstein et al. 1998).

vesivarannot ovat tärkeitä. Kasvit, joilla on suuret runkovolyymit, sallivat hikoilun ylittää juurten oton, koska runkovesivarannot hupenevat päivällä ja täydennetään yöllä (Goldstein et al. 1998, Sheil 2003). Puilla (ja metsälianoilla)on tyypillisesti syvemmät juuret kuin muulla kasvillisuudella ja ne voivat siten päästä maanalaiseen kosteuteen kuivuuden aikana (Calder et al. 1986, Nepstad ym. 1994). Monilla metsämailla on hyvät veden imeytymis—ja varastointiominaisuudet, jotka usein häviävät metsäkadon myötä (Bruijnzeel 2004). Myös maaperän veden pystysuuntainen translokaatio metsän maaprofiilin läpi juurten avulla yöllä voi olla tärkeää (Lee et al. 2005). Joissakin paikoissa—erityisesti pilvimetsät ja metsät altistuvat rannikon sumu-runsas sammalet ja tiheä lehvistö edistää tehokasta sumu ja kasteen sieppaus (Dietz et al. 2007).

Makarieva ja Gorshkov esittävät, että metsät voivat vaikuttaa sateen sattuessa. Saostuminen tapahtuu, kun tiivistynyttä kosteutta on kertynyt ja nousevan kostean ilman synnyttämä kelluvuus on riittävän alhainen. He huomauttavat, että haihtuminen vähenee, kun kasvit sulkevat ilmansa, kuten usein tapahtuu jälkipuoliskolla päivä lievittää kosteusstressiä (Pons and Welschen 2004). Tämä lasku voi auttaa selittämään, miksi useimmat trooppiset sateet satavat keskipäivän jälkeen monissa maanpäällisissä (mutta ei merellisissä) ympäristöissä (Nesbitt and Zipser 2003). Tämä ennustus vaatii tutkimista.

sateet kulkevat

Makarievan ja Gorshkovin hypoteesi ennustaa kahdentyyppistä rannikkoa mantereen sisäsateiden sademäärien suuntauksille (transaktirataa pitkin kohtisuoraan alueellisia isohyeettejä vastaan ; Savenije 1995). Ne ehdottavat ja osoittavat, että sijainnista ja kausiluonteisuudesta riippumatta metsättömillä alueilla vuotuinen sademäärä vähenee lähes eksponentiaalisesti, kun etäisyys rannikosta kasvaa, kun taas runsasmetsäisillä alueilla sademäärät ovat vähenemässä (kuva 2).

globaalit ilmastomallit saattavat sopia näihin sademääriin, mutta ne eivät ennusta niitä. Tämä on tärkeä ero. Kuten Makarieva ja Gorshkov toteavat, ” on laajalti myönnetty, että ilmakehän konvektion nykyaikainen esitys GCMs: ssä on parametrisointi, ei teoria.”

kausittainen Sademäärä

miten Makarievan ja Gorshkovin hypoteesi soveltuu kausittaiseen tropiikkiin? Nämä monsooniset ilmastot vaihtuvat kahden osavaltion välillä: märkä ja kuiva. Tämän muutoksen taustalla on aurinkoenergian vuosirytmi Päiväntasaajan alueiden ulkopuolella ja sen erilainen vaikutus maahan ja meriin. Klassisen lämpötilaperusteisen selityksen sijaan makarievan ja Gorshkovin mielestä vaihtuminen riippuu suhteellisesta haihtumisvirrasta. Aurinkoenergian vähenemisen kausina maa haihduttaa vähemmän kosteutta kuin avovesi (merien haihtuminen on huomattavaa talvellakin) ja meret vetävät ilmaa maasta, mikä johtaa kuivaan kauteen (KS.kuva 1c). Kun voimakkaampi auringonpaiste palaa, aurinkoenergia riittää jälleen siihen, että maa haihduttaa enemmän kosteutta kuin viereiset meret, mikä aiheuttaa ilmavirtausten heilahduksen, joka leimaa klassisia monsuuneja. Vaihto riippuu positiivisista palautteista, jotka liittyvät haihdunta-sadejärjestelmään.

kaikki trooppisten sademäärien vuodenaikaisvaihtelut eivät kuitenkaan ole samanlaisia. Suuri osa trooppisesta Etelä-Amerikasta kokee pitkittyneen kuivan kauden—mutta ilman, että rannikolle ja rannikolta virtaavat ilmavirrat vaihtuvat selvästi (Zhou and Lau 1998). Erityisesti laajat alueet näistä metsistä pysyvät vihreinä läpi kuivan kauden hankkimalla syviä maaperän kosteusvarastoja, joita täydennetään jokaisena kosteana kautena (Juarez et al. 2007, Myneni et al. 2007). Tuloksena oleva kuivan kauden haihtuminen ei täysin kumoa alemman ilmanpaineen vaikutusta merellä, mutta Makarievan ja Gorshkovin mukaan se voi pitää eron pienenä ja lisätä maasateiden todennäköisyyttä.

Makarievan ja Gorshkovin hypoteesin mukaan kosteat kaudet voivat alkaa aikaisemmin, jos niitä edeltää korkea maalla tapahtuva haihtuminen, ja voivat alkaa myöhemmin (tai ei ollenkaan), jos haihtuminen on vähäistä. Tämä ennuste on yhdenmukainen Etelä-Amazoniassa tehtyjen havaintojen kanssa, joissa ankara kuivuus vähentää kasvillisuuden kykyä muuntua ja viivästyttää kostean kauden alkua (Fu and Li 2004). Metsien häviäminen ja haihtumisen väheneminen voivat siten vähentää monsuunisateiden tunkeutumista ja lyhentää kostean kauden kestoa.

Tilayhteydet ja vaihtuvat valtiot

Makarievan ja Gorshkovin ajatukset ovat samaa mieltä, mutta menevät paljon pitemmälle, tavanomaisista ilmastomalleista, joiden mukaan sisämaassa sijaitsevat ilmastojärjestelmät, jotka eivät ole valtamerten puskuroimia, ovat alttiimpia maanpeitteen muutoksille kuin rannikkoalueet (Zhang et al. 1996), kun taas rannikkoalueiden metsien häviämisellä on yleensä laajempi ilmastovaikutus (van der Molen et al. 2006). Makarievan ja Gorshkovin mukaan ilmakehän kosteuden virtaus pysähtyy, jos lähes yhtäjaksoinen metsä, jota tarvitaan kuljettamaan kosteaa ilmaa rannikoilta mantereiden sisätiloihin, katkeaa. Näin ollen rannikon tuntumassa olevan metsäkaistaleen raivaaminen saattaa riittää kuivattamaan kostean mantereisen sisäosan. Lisäksi riittävän metsän raivaaminen suuremmalla metsävyöhykkeellä voi muuttaa kosteuden nettokuljetuksen mereltä maalle ja jättää jäljelle jääneet metsät kuivumaan. On selvää, että tällaiset riskit on arvioitava ja ymmärrettävä.

kuvituksena Makarieva ja Gorshkov esittävät, että esihistorialliset uudisasukkaat ”vaihtoivat” metsäisen Australian autiomaahan. Aboriginaalien poltto vähensi rannikkometsiä, mikä johti mantereiden kuivumiseen. Onko tämä uskottavaa? Valamiehistö pysyy poissa. Ihmiset saapuivat Australiaan viime jääkauden aikana, jolloin suuri osa maailmasta oli nykyistä kuivempaa. Australia on toki ollut aiemmin hyvin metsäinen, mutta toisaalta kuivia jaksoja on sattunut jo ennen ihmisen tuloa (Morley 2000).

lisätodisteiden etsiminen

mistä muualta, transaktiotietojen ja monsuunien ajoitusten lisäksi, voisimme etsiä todisteita Makarievan ja Gorshkovin hypoteesin puolesta tai vastaan? Oletettavasti katoavan metsän ympäröimissä syvissä mantereisissa sisätiloissa kuvio olisi ihanteellinen. Valitettavasti ne ovat peräisin rannikkoalueilta, joilla vallitsee meri-ilmasto, ja vuoristoalueilta, joilla sadetta säätelee maasto. Yleisesti lainattu havainto, että vuosisadan sademäärät Karnatakassa, Etelä-Intiassa, ovat yhteydessä vain vähäiseen vuosittaisten sadepäivien vähenemiseen, ei siis ole kovin valaiseva (Meher-Homji 1980).

tiedot ilmaston vaihtelusta saattavat olla paljastavampia: Makarievan ja Gorshkovin hypoteesin mukaan metsien häviäminen liittyy tasaantuvien palautumien häviämiseen ja ilmaston epävakauden lisääntymiseen. Brasilian Atlanttisessa metsässä on havaittu juuri tällainen korrelaatio puuston vähenemisen ja sademäärien lisääntyneen paikallisen vuosittaisen vaihtelun välillä (Webb et al. 2005).

uudet tutkimukset

Makarievan ja Gorshkovin hypoteesi vaikuttaa moniin eri aloihin. Tarkastelemme lyhyesti joitakin niistä.

Vesisadot.

Makarievan ja Gorshkovin ennustukset ja demonstrointi sademääristä metsien ja metsittämättömien jokien yllä ovat vakuuttavia. Mutta nämä ovat yleistyksiä: niissä ei oteta huomioon maa-ja peitetyyppien vaihteluita kunkin transektin sisällä, ja ilman kiertokulkujen vaikutus (ihanteellinen transect-suunta vaihtelee vuoden ympäri). Ne eivät ennusta kostean ilman käyttäytymistä sekametsän / metsättömyyden yli-alueilla, joilla metsäpeite usein häviää nopeimmin. Satelliittihavaintoja (esim., Wang et al. 2009) ja erilaiset olemassa olevat tiedot, kuten Kansainvälisen Geosfäärin Biosfääriohjelman transects, voivat valottaa näitä malleja (KS. www.igbp.kva.se). Kenttätiedon lisäksi tarvitaan paikallisia ja alueellisia simulaattoreita, joissa voidaan tutkia mekanismeja, skenaarioita ja seurauksia.

muuttuneiden maisemien hydrologiset kompromissit ovat mittakaavariippuvaisia. Vakiokäsityksen mukaan, joka on hyvin vahvistettu kenttätiedoilla, latvuston huomattava väheneminen vähentää veden haihtumista ja lisää paikallisia valumia (Calder 2005). Sen sijaan Makarievan ja Gorshkovin hypoteesin mukaan metsien haihduttama vesi palautuu tyypillisesti korkojen kera, joten odotettavissa on Sademäärän lasku, joka johtaa pienempiin valumiin laajemmalla alueella, jos metsät ehtyvät.

tuli.

Palovahinkojen merkitys metsien tilan heikkenemisessä on vakiintunut positiivinen palaute: kun metsä on jo palanut tai muuten häiriintynyt ja vahingoittunut, siitä tulee syttyvämpi ja siten todennäköisemmin palava uudelleen (Laurance 2005). Makarievan ja Gorshkovin hypoteesi lisää kuivuutta tähän kiertokulkuun. Tuli vahingoittaa ominaisuuksia, jotka pitävät metsät kosteina ja palamattomina—samat ominaisuudet, jotka ajavat Makarievan ja Gorshkovin pumppua. Tuli vähentää lehtien pinta-alaa ja hydraulista nostetta aiheuttavaa juuritiheyttä ja heikentää siten kasvillisuuden kykyä ylläpitää aluskasvillisuutta. Haihtumisen väheneminen puolestaan vähentää sademääriä, mikä lisää kuivuutta, lisää syttyvyyttä ja lisää palovaaraa—mikä tuo lisä-ja epämieluisaa positiivista palautetta hajoamissykliin.

kasvillisuuden palautteet.

Makarievan ja Gorshkovin hypoteesi herättää kysymyksiä palautteiden roolista maisemaekologiassa. Esimerkiksi kilpailuhenkisin lehtifenologinen käyttäytyminen riippuu ilmastosta. Puiden joukossa ikivihreää lehvistöä suosii suuri vuodenaikojen arvaamattomuus ja myös vähäinen vuodenaikojen vaihtelu kosteuden saatavuudessa, kun taas lehtivihreää suosivat voimakas ja pitkä kuivuus sekä vuodenaikojen ennustettavuus (Givnish 2002). Lisäksi jotkin lehtipuut huuhtovat (ts., tuottaa uusia lehtiä) hyvissä ajoin ennen—ja jotkut vasta sen jälkeen—sateet tulevat, joista ensin mainittu suosii ennustettavammissa vuodenaikojen yhteyksissä ja jälkimmäinen epäsäännöllisemmissä olosuhteissa. Makarievan ja Gorshkovin hypoteesin mukaan nämä käyttäytymismallit vaikuttavat ilmastoon vaikuttamalla haihtumisnopeuteen. Monsuunialueilla ikivihreä ja aikaisin huuhteleva lehtikasvillisuus kannustaa kuivan kauden päättymiseen nopeammin ja säännöllisemmin, kun taas myöhään huuhtoutuvat lehtimetsät kokevat pitempiä kuivia kausia. Soveltamalla Makarievan ja Gorshkovin hypoteesi, odotamme, että nämä fenologiset käyttäytymismallit suosivat ilmasto-olosuhteita, joihin ne ovat parhaiten sopeutuneet.

, mutta kaikki palautteet eivät välttämättä ole positiivisia. Esimerkiksi ikivihreät liaanit muodostavat merkittävän osan latvustosta monissa kausittaisissa trooppisissa metsissä, joissa niiden valta-asema näyttää suosivan pitkää kuivaa kautta (Schnitzer 2005). Mikä tahansa tästä johtuva Sademäärän lisääntyminen suosisi puita liaanien sijaan.

evoluutio ja emergentti stabiilisuus.

ovatko metsät kehittyneet tuottamaan sateita? Tämä ajatus sivuaa paljon väiteltyjä emergentin itsensä stabiloivan käyttäytymisen mahdollisuuksia (tai ”Gaia”; esim.Lenton and van Oijen 2002). Puut ja metsät ovat kehittyneet lukuisia kertoja maapallon historiassa, mikä viittaa toistuvaan suuntaukseen luoda rikkaita, itsestään kastuvia maanpäällisiä elinympäristöjä. Kuten edelliset keskustelut osoittavat, on olemassa mahdollisuus itsensä vakauttavaa vuorovaikutusta syntyä (Katso myös Makarieva and Gorshkov 2007). Mutta koska tehokkaan metsäpumpun vaatimat ominaisuudet hyödyttävät myös yksittäisiä puita, näyttää siltä, että mikä tahansa pumppu syntyy yksilötason kilpailun evolutiivisena seurauksena-se lisää metsän laajuutta, mutta se ei siksi kehittynyt.

Paleoklimaatit.

Makarievan ja Gorshkovin hypoteesi ilmastokytköksineen tarjoaa uusia käänteitä vanhoihin kiistoihin. Ihmisen saapuminen aiemmin asumattomille alueille viimeisten 50000 vuoden aikana liittyy poikkeuksetta sukupuuttoihin, erityisesti suuremman eläimistön keskuudessa (kuten edellä mainitussa Australian esimerkissä). Ilmastonmuutoksen samanaikaisesta roolista, jota pidetään luonnollisena ilmiönä, keskustellaan edelleen (Koch and Barnosky 2006). Jos vakavat ilmastovaikutukset voivat uskottavasti johtua muinaisista ihmisen aiheuttamista elinympäristöjen muutoksista, tapahtumien kulku on arvioitava uudelleen tässä yhteydessä.

Makarievan ja Gorshkovin hypoteesi ei kerro, miten metsät voivat palautua maan historiaa rytmittävien katastrofaalisten tapahtumien jälkeen (Morley 2000). Tämä kysymys vaatii meitä purkamaan palauteprosesseja ja kynnysarvoja, jotka toimivat tilallisesti eri mittakaavoissa, sekä niihin vaikuttavia vaikutuksia. Hypoteesi ei varmastikaan väitä, etteikö tällaisia viheriöitä voisi tapahtua. Oletettavasti metsä voi asettua jopa kostealle rannikkopaikalle, jossa sademäärät vähenevät räjähdysmäisesti etäisyyden kasvaessa rannikosta, ja se voi edetä asteittain sisämaahan vetäen kosteaa ilmaa mukanaan. Makarievan ja Gorshkovin hypoteesi saattaa selventää, miten Etelä-Amerikka, mutta ei Afrikka, onnistui säilyttämään laajamittaisen, kostean sisäilmaston menneiden jäätiköitymisten avulla. Ehkä Afrikassa suurten kasvinsyöjien ja esi-isien ihmisten läsnäolo tulella vaikutti tasapainoon metsän ja ei-metsäisen kasvillisuuden välillä vähentäen vakautta ja sallien ilmaston vaihtelun.

hoidettua kasvillisuutta.

toisin kuin Makarieva ja Gorshkov, jotka ehdottavat, että vain luonnontilaiset ja ehjät metsät voivat ylläpitää toimivaa ilmakehän pumppua, epäilemme, että toissijaisilla metsillä ja istutuksilla voi olla suotavia haihtumisominaisuuksia (KS.esim. Olchev et al. 2008). Vaikka tällaisen kasvillisuuden suurempi syttyvyys viittaa vähemmän kosteaan ympäristöön, mikä puolestaan merkitsee vähemmän tehokasta pumppua, tällaiset ominaisuudet eivät ole väistämättömiä ja niihin voidaan vaikuttaa hallinnalla. Nämä ominaisuudet on tutkittava.

vihertävät aavikot.

voisimmeko jonain päivänä metsittää maailman aavikot? Makarievan ja Gorshkovin hypoteesin mukaan voisimme. Toisin kuin useimmat perinteiset mallit, Makarievan ja Gorshkovin laskelmat viittaavat siihen, että kun metsät perustetaan näille alueille, bioottinen pumppu olisi tarpeeksi tehokas kastelemaan niitä. Mittakaavoista ja väistämättömistä teknisistä ja eettisistä haasteista huolimatta tällaisia hankkeita voi olla helpompi rahoittaa ja toteuttaa hiilidioksidipitoisuuksien noustessa (Brovkin 2002).

näkymät

jos Makarievan ja Gorshkovin hypoteesi osoittautuu päteväksi, jäljelle jää tärkeitä kysymyksiä siitä, miten bioottinen pumppumekanismi toimii vuorovaikutuksessa muiden prosessien kanssa, jotta saadaan kattavampi kuva paikallisesta, alueellisesta ja maailmanlaajuisesta ilmastosta. Jos hypoteesi osoittautuu virheelliseksi, tarvitaan vielä mekanismi, jolla mantereen kosteat sisätilat voidaan selittää.

bioottisen pumpun hyväksyminen lisäisi niitä arvoja, joita yhteiskunta asettaa metsänpeitteelle. Koska Makarievan ja Gorshkovin bioottisen pumpun hyväksyminen herättää alueellista huolta vedestä, se vaatii huomiota monilta paikallisilta toimijoilta, myös monilta, jotka muuten eivät ehkä piittaa metsänpeitteen ylläpidosta.

kiitokset

Kiitämme Anastassia Makarievaa, Victor Gorshkovia, Antonio Nobrea, Ian Calderia, Meine van noordwijkia, Wolfgang Crameria ja kolmea nimettömää arvostelijaa arvokkaista kommenteista. Kiitämme myös Claire Milleriä ja Miriam van Heistiä toimituksellisista ehdotuksista sekä cifor-kirjastoa ja Wageningen-kirjastoa viittausten paikantamisesta. D. S. sai tukea Euroopan komission avustuksella Center for International Forestry Research-keskukselle ja Wildlife Conservation Societyn tuella Institute of Tropical Forest Conservation-instituutille.

viitteet

tekijän huomautukset