Streszczenie

Nowa hipoteza sugeruje, że pokrywy leśne odgrywają znacznie większą rolę w określaniu opadów niż wcześniej rozpoznano. Wyjaśnia, w jaki sposób obszary zalesione generują duże przepływy w atmosferze pary wodnej. Według tej hipotezy wysokie opady występują w kontynentalnych wnętrzach, takich jak dorzecza Amazonki i Kongo, tylko z powodu prawie ciągłej pokrywy leśnej od wnętrza do wybrzeża. Podstawowy mechanizm podkreśla rolę parowania i kondensacji w generowaniu różnic ciśnienia atmosferycznego i odpowiada za kilka zjawisk zaniedbanych przez istniejące modele. Sugeruje to, że nawet miejscowa utrata lasów może czasami przerzucić mokry kontynent do suchych warunków. Jeśli przetrwa badania, ta hipoteza zmieni sposób postrzegania utraty lasów, zmian klimatycznych, hydrologii i usług środowiskowych. Oferuje nowe kierunki badań w makroekologii i ekologii krajobrazu, hydrologii, renowacji lasów i paleoklimatów. Stanowi również nową motywację do ochrony lasów.

życie zależy od cyklu hydrologicznego ziemi, zwłaszcza procesów, które przenoszą wilgoć z oceanów na ląd. Rola roślinności pozostaje kontrowersyjna. Mieszkańcy wielu częściowo zalesionych regionów uważają, że lasy „przyciągają” deszcz, podczas gdy większość współczesnych ekspertów ds. klimatu by się z tym nie zgadzała. Ale nowa hipoteza sugeruje, że miejscowi ludzie mogą mieć rację.

światowe systemy hydrologiczne szybko się zmieniają. Bezpieczeństwo żywnościowe w wielu regionach jest silnie zagrożone przez zmieniające się wzorce opadów (Lobell et al. 2008). Tymczasem wylesianie zmniejszyło już przepływy oparów pochodzących z lasów o prawie pięć procent (szacunkowo 3000 kilometrów sześciennych rocznie z globalnej ziemi pochodzącej w sumie 67 000 km3), z niewielkimi oznakami spowolnienia(Gordon et al. 2005). Potrzeba zrozumienia wpływu pokrywy roślinnej na klimat nigdy nie była tak pilna.

Makarieva i Gorshkov opracowali hipotezę wyjaśniającą, w jaki sposób lasy przyciągają wilgotne powietrze i jak regiony kontynentalne, takie jak dorzecze Amazonki, pozostają mokre (Makarieva et al. 2006, Makarieva and Gorshkov 2007, oraz związane z nimi dyskusje online; dalej zbiorczo „Makarieva and Gorshkov”). Konsekwencje są znaczne. Konwencjonalne modele zazwyczaj przewidują „umiarkowany” 20 do 30 procent spadek opadów po wylesianiu w skali kontynentalnej (Bonan 2008). Natomiast Makariewa i Gorszkow sugerują, że nawet stosunkowo zlokalizowane polany mogą ostatecznie zmienić cały kontynentalny klimat z wilgotnego na suchy, a opady deszczu spadają o ponad 95 procent we wnętrzu.

podczas gdy publikacje Makariewy i Gorszkowa mają charakter techniczny, szczegółowo opisując fizykę stojącą za ich hipotezą, wyjaśniamy podstawowe idee i ich znaczenie dla szerszej publiczności. Zaczynamy od zauważenia, dlaczego pomysły są wiarygodne i zasługują na uwagę. Następnie podsumowujemy konwencjonalne rozumienie interakcji Las-klimat oraz propozycje Makariewy i Gorszkowa. Skupiamy się na lasach tropikalnych. Po zbadaniu, co czyni te lasy wyjątkowymi, rozważamy różne implikacje i możliwości badawcze związane z hipotezą Makariewy i Gorszkowa. Na koniec podkreślamy znaczenie tych pomysłów dla ochrony lasów.

mimo znacznych badań mechanizmy determinujące klimat globalny pozostają słabo poznane. Wszelkie podsumowanie konsensusu na temat fizyki klimatu musi wydać więcej słów na wyszczególnienie niepewności niż na fakty (np. IPCC 2007). Pomimo uznanych postępów w ostatnich dziesięcioleciach, nie wszystkie kluczowe spostrzeżenia są natychmiast odnotowywane wśród tysięcy opublikowanych artykułów. Praca makariewy i Gorszkowa, która skupia się na równaniach zachowania atmosfery, wydaje się być niesłusznie ignorowana. Nasza własna ocena, jak również ocena ekspertów, z którymi się konsultowaliśmy, jest taka, że hipoteza Makariewy i Gorszkowa jest interesująca i ważna. Należy ją teraz przeanalizować i ocenić.

konwencjonalne zrozumienie

wylesianie jest zaangażowane jako przyczyniające się do spadku opadów w różnych regionach (w tym w Sahelu, Afryce Zachodniej, Kamerunie, Środkowej Amazonii i Indiach), a także do osłabienia monsunów (Fu et al. 2002, Gianni et al. 2003, Malhi and Wright 2005). Ale powiązania pozostają niepewne.

obserwacje sugerują, że rozległe wylesianie często zmniejsza tworzenie się chmur i opady deszczu oraz podkreśla sezonowość (Bonan 2008). Polany leśne mogą powodować wyraźny, konwekcyjny „powiew roślinności”, w którym z lasu wydobywa się wilgotne powietrze (Laurance 2005). Uważa się, że turbulencje atmosferyczne wynikające z chropowatości czaszy i konwekcji napędzanej temperaturą wyjaśniają miejscowy wzrost opadów czasami związany z fragmentacją pokrywy leśnej (Bonan 2008).

ponieważ możliwości badań eksperymentalnych są ograniczone, badacze klimatu w dużej mierze polegają na modelach symulacyjnych, aby lepiej zrozumieć. Większość nowoczesnych modeli zakłada lokalny spadek opadów po wylesianiu, a także regionalny, a nawet międzykontynentalny wpływ klimatu (Bonan 2008). W przypadku modelarzy klimatycznych kluczowe zmiany związane z wylesianiem to obniżony wskaźnik powierzchni liści, głębokość ukorzeniania, chropowatość i długość chropowatości (miary wpływające na przepływ powietrza) oraz wyższe albedo (współczynnik odbicia). Ale te zmiany, ich interakcje i wpływy oraz ich zależność od kontekstów i skal są rozumiane tylko szeroko. Pozostaje wiele niepewności, zwłaszcza dotyczących wpływu parowania, konwekcji, rozwoju chmur oraz aerozoli i pokrywy lądowej, a także tego, w jaki sposób zmiany pokrywy chmur przekładają się na zmiany opadów deszczu (IPCC 2007).

Recykling

wilgoć atmosferyczna pochodzi z parowania oceanicznego i lądowego. Deszcz pochodzący ze źródeł lądowych i przyczyniający się do lokalnych opadów określany jest jako „recyclingowy.”Konwencjonalne wyjaśnienia mokrych kontynentalnych wnętrz podkreślają taki recykling – ale czy liczby się sumują?

udział recyklingu deszczu, środek zależny od zakresu rozpatrywanego obszaru, wykazuje niewielką stałą różnicę między wilgotnymi i suchymi regionami: szacunkowo 25 do 60 procent w Amazonii (np. Marengo 2005), 28 procent w regionie Nilu (Mohamed et al. 2005), ponad 50 procent dla letnich opadów deszczu w środkowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych (Bosilovich and Schubert 2002) i ponad 90 procent dla Sahelu (Savenije 1995). Zastanawiające w wilgotnych regionach nie jest proporcja recyklingu, ale pytanie, co napędza wewnętrzne przepływy wilgoci atmosferycznej wymagane do zastąpienia tego, co wypływa przez rzeki (Savenije 1996).

konwencjonalna teoria nie daje jasnego wyjaśnienia, jak płaskie niziny w kontynentalnych wnętrzach utrzymują wilgotny klimat. Makarieva i Gorshkov pokazują, że jeśli stosuje się tylko „konwencjonalne mechanizmy” (w tym recykling), to opady powinny zmniejszać się wykładniczo wraz z odległością od oceanów. Naukowcy wcześniej zastanawiali się nad brakującym mechanizmem uwzględniającym obserwowane wzorce opadów (Eltahir 1998). Hipoteza makariewa i Gorszkowa oferuje eleganckie rozwiązanie: nazywają to ” pompą.”

pompa wilgoci atmosferycznej

gradienty ciśnienia napędzane przez temperaturę i konwekcję są uważane za główne czynniki napędzające przepływ powietrza w konwencjonalnej meteorologii. Makarieva i Gorshkov twierdzą, że pominięto znaczenie parowania i kondensacji.

Makarieva i Gorshkov zwracają uwagę na fakt, że w typowych warunkach atmosferycznych ciśnienie parcjalne pary wodnej w pobliżu powierzchni Ziemi znacznie przekracza ciężar wody utrzymywanej w atmosferze nad nią. Twierdzą, że ta nierównowaga może generować silne strumienie powietrza. Siła wynika ze sposobu, w jaki temperatura i ciśnienie spadają wraz z wysokością w troposferze (dolnej atmosferze). Gdy pionowy spadek temperatury („szybkość upływu”) jest mniejszy niż wartość krytyczna 1.2 stopnie Celsjusza (°C) NA km, woda atmosferyczna może pozostać statyczna i w stanie gazowym. Ale średnia globalna szybkość upływu wynosi ponad 6°C Na km. Przy tych wyższych prędkościach para wodna wzrasta i skrapla się. Zmniejszenie objętości atmosfery, które ma miejsce podczas tej zmiany fazy gazowej w ciekłą, powoduje obniżenie ciśnienia powietrza. Ten spadek ciśnienia jest rutynowo pomijany.

prądy powietrzne w pobliżu powierzchni Ziemi płyną tam, gdzie ciśnienie jest najniższe. Według Makariewy i Gorszkowa są to obszary o najwyższym współczynniku parowania. W klimacie równikowym lasy utrzymują wyższe wskaźniki parowania niż inne typy pokryw, w tym otwarte wody. W ten sposób lasy pobierają wilgotne powietrze z innych miejsc; im większa powierzchnia lasu, tym większa ilość wilgotnego powietrza czerpanego (patrz Rys. 1). Ta dodatkowa wilgoć wzrasta i skrapla się z kolei, generując pozytywne sprzężenie zwrotne, w którym duża część wody kondensującej się jako chmury nad mokrymi obszarami jest przyciągana z innego miejsca. Czynniki (promieniowanie słoneczne) oraz podstawowe pojęcia i relacje termodynamiczne są takie same jak w modelach konwencjonalnych, stąd większość zachowań jest identyczna—różnica polega na tym, w jaki sposób kondensacja jest uwzględniana.

szacunki Makariewy i Gorszkowa, uwzględniające zmiany objętości w wyniku kondensacji, sugerują, że gdy pokrywa leśna jest wystarczająca, wciąga się wystarczająco wilgotne powietrze, aby utrzymać wysokie opady wewnątrz kontynentów. Liczby teraz sumują się: kondensacja oferuje więc mechanizm wyjaśniający, dlaczego opady kontynentalne nie zawsze spadają wraz z odległością od oceanu.

parowanie i lasy

wyróżniamy dwa rodzaje parowania. Transpiracja to strumień odparowujący z wewnątrz roślin; rośliny określają ten przepływ, kontrolując swoje aparaty szparkowe (pory na liściach i innych powierzchniach). Ważne jest również parowanie z mokrych powierzchni, gleb i otwartych wód. Która ścieżka przyczynia się najbardziej do ogólnego parowania zależy od warunków (Calder 2005, Savenije 2004).

lasy parują więcej wilgoci niż inne rośliny, zwykle przekraczając strumień z pokrywy zielnej o współczynnik 10 (Calder 2005). Zamknięte lasy tropikalne zazwyczaj odparowują ponad metr wody rocznie (Gordon et al. 2005). Niektóre odparowują więcej niż dwa metry (Loescher et al. 2005).

parowanie lasów korzysta z wysokości czaszy i chropowatości, co prowadzi do burzliwych przepływów powietrza. Zostało to nazwane „efektem sznurka”, ponieważ jest to ten sam powód, dla którego pranie wysycha szybciej na linii niż po ułożeniu płasko na ziemi (Calder 2005). Jeśli wilgoć jest wystarczająca, parowanie lasów jest ograniczone głównie przez promieniowanie słoneczne i pogodę (Calder et al. 1986, Savenije 2004). Duże drzewa tropikalne mogą transpire kilkaset litrów wody każdego dnia (Goldstein et al. 1998).

Rośliny o dużej objętości łodyg umożliwiają transpirację przewyższającą wychwyt korzeni, ponieważ zasoby wody macierzystej są wyczerpywane w dzień i uzupełniane w nocy(Goldstein et al. 1998, Sheil 2003). Drzewa (i liany leśne) zwykle mają głębsze korzenie niż inne rośliny i mogą w ten sposób uzyskać dostęp do podziemnej wilgoci podczas suszy (Calder et al. 1986, Nepstad et al. 1994). Wiele gleb leśnych ma dobrą infiltrację i magazynowanie wody – właściwości często tracone wraz z wylesianiem (Bruijnzeel 2004). Ważne może być również pionowe przenoszenie wody glebowej przez profil gleby leśnej przez korzenie w nocy (Lee et al. 2005). W niektórych miejscach-zwłaszcza lasy chmurowe i lasy narażone na przybrzeżne mgły-obfite mszaki i gęste liście przyczyniają się do skutecznego przechwytywania mgły i rosy(Dietz et al. 2007).

Makariewa i Gorszkow sugerują, że lasy mogą wpływać, gdy pada deszcz. Opady występują, gdy skondensowana wilgoć nagromadziła się, a pływalność generowana przez rosnące wilgotne powietrze jest wystarczająco niska. Zauważają, że parowanie zmniejsza się, gdy rośliny zamykają aparaty szparkowe, co często występuje w drugiej połowie dnia, aby złagodzić stres wilgoci (Pons and Welschen 2004). Spadek ten może pomóc wyjaśnić, dlaczego większość tropikalnych deszczów spada po południu w wielu warunkach lądowych (ale nie morskich) (Nesbitt and Zipser 2003). Ta prognoza wymaga dochodzenia.

Transekty opadów

hipoteza Makarieva i Gorshkova przewiduje dwa typy wybrzeża do kontynentalnych trendów opadów wewnętrznych (po drodze transektu prostopadłej do regionalnych izohyets ; Savenije 1995). Proponują i pokazują, że bez względu na lokalizację i sezonowość, transekty bezleśne wykazują prawie wykładniczy spadek rocznych opadów wraz ze wzrostem odległości od wybrzeża, podczas gdy dobrze zalesione transekty nie wykazują żadnego (rysunek 2).

Globalne modele klimatu mogą pasować do tych wzorów opadów, ale ich nie przewidują. Jest to ważne rozróżnienie. Jak zauważają Makarieva i Gorshkov: „powszechnie przyjmuje się, że współczesna reprezentacja konwekcji atmosferycznej w GCMs jest parametryzacją, a nie teorią.”

opady sezonowe

jak hipoteza Makariewa i Gorszkowa ma zastosowanie w sezonowych tropikach? Te monsunowe klimaty przełączają się między dwoma stanami: mokrym i suchym. Zmiana ta wynika z rocznego rytmu energii słonecznej poza regionami równikowymi i jej zróżnicowanego wpływu na lądy i morza. Zamiast klasycznego wyjaśnienia opartego na temperaturze, w opinii Makariewa i Gorszkowa przełączanie zależy od względnych strumieni parowania. W okresach zmniejszonej energii słonecznej ląd paruje mniej wilgoci niż otwarta woda (parowanie oceaniczne pozostaje znaczne nawet w zimie), a Morza pobierają powietrze z lądu, prowadząc do pory suchej (zob. rys. 1c). Kiedy silniejsze słońce powraca, energia słoneczna jest ponownie wystarczająca, aby ziemia odparowała więcej wilgoci niż sąsiednie morza, powodując wahania w prądach powietrznych, które zaznaczają Klasyczne monsunów. Przełączanie zależy od pozytywnych sprzężeń związanych z układem parowania-opadów.

nie wszystkie zmiany sezonowe w tropikalnych opadach są jednak podobne. Większość tropikalnej Ameryki Południowej doświadcza przedłużonej pory suchej – ale bez wyraźnego przełączania prądów powietrznych płynących do iz wybrzeża (Zhou and Lau 1998). Warto zauważyć, że ogromne obszary tych lasów pozostają zielone przez porę suchą, uzyskując dostęp do głębokich rezerw wilgotności gleby, które są uzupełniane w każdej porze deszczowej(Juarez et al. 2007, Myneni et al. 2007). Powstałe parowanie w porze suchej nie całkowicie pokonuje wpływu niższego ciśnienia powietrza na morzu, ale według Makariewy i Gorszkowa może utrzymać różnicę na małym poziomie i zwiększyć prawdopodobieństwo deszczu lądowego.

w hipotezie Makariewy i Gorszkowa pory wilgotne mogą rozpocząć się wcześniej, jeśli są poprzedzone wysokim parowaniem lądowym, i mogą rozpocząć się później (lub wcale), jeśli parowanie jest niskie. Ta prognoza jest zgodna z obserwacjami w Południowej Amazonii, gdzie dotkliwa susza zmniejsza zdolność roślinności do transpirowania i opóźnia początek pory deszczowej (Fu and Li 2004). Utrata lasów i zmniejszone parowanie mogą w ten sposób zmniejszyć przenikanie deszczów monsunowych i skrócić czas trwania pory deszczowej.

konteksty przestrzenne i stany przełączania

idee Makariewy i Gorszkowa zgadzają się, ale wykraczają daleko poza konwencjonalne modele klimatyczne, które sugerują,że śródlądowe systemy klimatyczne, które są mniej buforowane przez oceany, są bardziej podatne na zmiany pokrywy lądowej niż obszary przybrzeżne (Zhang et al. 1996), podczas gdy straty Lasów w regionach przybrzeżnych mają zazwyczaj szerszy wpływ klimatyczny (van der Molen et al. 2006). Według Makariewy i Gorszkowa, jeśli prawie ciągły Las potrzebny do przenoszenia wilgotnego powietrza z wybrzeży do wnętrz kontynentalnych zostanie przerwany, przepływ wilgoci atmosferycznej ustaje. Tak więc oczyszczenie pasma lasu w pobliżu wybrzeża może wystarczyć do wyschnięcia wilgotnego wnętrza kontynentalnego. Ponadto oczyszczanie wystarczającej ilości lasów w większej strefie leśnej może zmienić transport wilgoci netto z oceanu na ląd na ląd na ocean, pozostawiając resztki lasów do osuszenia. Oczywiście takie zagrożenia należy ocenić i zrozumieć.

jako ilustrację Makariewa i Gorszkow proponują, że zalesiona Australia została „zamieniona” na pustynię przez prehistorycznych osadników. Aborygeńskie spalanie zmniejszyło przybrzeżne lasy, prowadząc do osuszenia kontynentalnego. Czy to wiarygodne? Ława przysięgłych pozostaje nieobecna. Ludzie przybyli do Australii podczas ostatniego okresu lodowcowego, kiedy większość świata była bardziej sucha niż obecnie. Z pewnością Australia była dobrze zalesiona w przeszłości, ale z drugiej strony, suche epizody wystąpiły przed przybyciem ludzi (Morley 2000).

poszukiwanie dalszych dowodów

gdzie indziej, oprócz danych transektowych i czasu monsunów, moglibyśmy szukać dowodów na hipotezę Makariewy i Gorszkowa? Przypuszczalnie w głębokich kontynentalnych wnętrzach otoczonych zanikającym lasem wzór byłby idealny. Niestety, tam, gdzie dostępne są dobre długoterminowe dane na temat deszczu i lasów, pochodzą one z regionów przybrzeżnych, gdzie panuje klimat morski, oraz z regionów górskich, gdzie opady są regulowane przez ukształtowanie terenu. Powszechnie cytowana obserwacja, że stulecie rekordów opadów w obecnie mocno wylesionych podnóżach Karnataka, w południowych Indiach, wiąże się tylko z niewielkim spadkiem rocznych dni deszczowych, nie jest więc zbyt pouczające (Meher-Homji 1980).

dane na temat zmienności klimatycznej mogą być bardziej odkrywcze: hipoteza Makarieva i Gorshkova sugeruje, że utrata lasów będzie związana z utratą stabilizujących sprzężeń zwrotnych i zwiększoną niestabilnością klimatyczną. W brazylijskim lesie Atlantyckim właśnie taka korelacja została wykryta między zmniejszoną pokrywą drzew a zwiększoną lokalną międzyroczną zmiennością opadów (Webb et al. 2005).

nowe badania

hipoteza Makariewa i Gorszkowa ma implikacje dla wielu różnych dziedzin. Krótko rozważamy niektóre.

przewidywania Makariewy i Gorszkowa oraz demonstracja wyraźnych wzorów opadów nad lasami i nieleśnymi transektami są przekonujące. Ale to są uogólnienia: pomijają różnice w ukształtowaniu terenu i rodzajach pokryw w obrębie każdego transektu oraz wpływ wzorców cyrkulacji powietrza (idealny kierunek transektu zmienia się w ciągu roku). Nie przewidują zachowania wilgotnego powietrza nad lasami mieszanymi/nieleśnymi-rejonami, w których pokrywa leśna często zanika najszybciej. Obserwacje satelitarne (np Wang et al. 2009) i różne istniejące dane, takie jak te z Międzynarodowego Programu geosphere Biosphere transects, mogą rzucić więcej światła na te wzorce (patrz www.igbp.kva.se). Oprócz większej liczby danych terenowych wymagane są symulatory lokalne i Regionalne, w których można zbadać mechanizmy, scenariusze i konsekwencje.

kompromisy hydrologiczne w zmodyfikowanych krajobrazach są zależne od skali. W widoku standardowym, dobrze zweryfikowanym przez dane terenowe, znaczna redukcja korony lasu powoduje mniejszą utratę wody w wyniku parowania i zwiększenie lokalnego odpływu (Calder 2005). Z kolei hipoteza Makariewy i Gorszkowa sugeruje, że woda odparowana przez lasy jest zwykle zwracana z zainteresowaniem, więc spodziewalibyśmy się spadku opadów, co prowadzi do zmniejszenia odpływu w szerszym regionie, jeśli lasy zostaną wyczerpane.

pożar.

rola szkód pożarowych w degradacji lasów jest potwierdzoną pozytywną reakcją: gdy Las już się spalił lub został w inny sposób zakłócony i uszkodzony, staje się bardziej łatwopalny, a tym samym bardziej podatny na ponowne spalenie (Laurance 2005). Hipoteza makariewa i Gorszkowa dodaje suszy do tego cyklu. Pożar niszczy właściwości, które utrzymują lasy wilgotne i niepalne—te same właściwości, które napędzają pompę Makariewy i Gorszkowa. Ogień zmniejsza powierzchnię liści i gęstość korzeni odpowiedzialnych za podnośnik hydrauliczny, a tym samym osłabia zdolność roślinności do utrzymania podmorskiej wilgotności. Zmniejszone parowanie z kolei zmniejsza opady deszczu, prowadząc do zwiększonej suszy, większej palności i zwiększonego ryzyka pożaru—dodając w ten sposób dodatkowe i niepożądane pozytywne sprzężenie zwrotne w cyklu degradacji.

hipoteza Makariewa i Gorszkowa rodzi pytania dotyczące roli sprzężeń zwrotnych w ekologii krajobrazu. Na przykład najbardziej konkurencyjne zachowanie fenologiczne liści zależy od klimatu. Wśród drzew zimozielone liście są preferowane przez wysoką nieprzewidywalność Sezonową, a także przez niską sezonową zmienność dostępności wilgoci, podczas gdy liście liściaste są preferowane przez intensywne i przedłużone susze, a także przez sezonową przewidywalność (Givnish 2002). Ponadto niektóre drzewa liściaste (np., produkować nowe liście) na długo przed—a niektóre dopiero po-nadejściu deszczy, przy czym te pierwsze są preferowane w bardziej przewidywalnych kontekstach sezonowych, a te drugie w bardziej nieregularnych warunkach. Hipoteza makariewa i Gorszkowa zakłada, że zachowania te, wpływając na szybkość parowania, będą miały wpływ na klimat. W rejonach monsunowych zimozielona i wczesnopiaskowa roślinność liściasta zachęca do szybszego i bardziej regularnego kończenia pory suchej, podczas gdy późnopiaskowe lasy liściaste doświadczają dłuższej pory suchej. Stosując hipotezę Makarieva i Gorshkova, spodziewamy się, że te fenologiczne zachowania sprzyjają warunkom klimatycznym, do których są najlepiej przystosowane.

ale nie wszystkie opinie są koniecznie pozytywne. Na przykład, wiecznie zielone liany stanowią znaczną część korony drzew w wielu sezonowych lasach tropikalnych, gdzie ich dominacja wydaje się sprzyjać długiej porze suchej (Schnitzer 2005). Każdy wynikający z tego wzrost opadów powinien faworyzować drzewa nad liany.

ewolucja i stabilność wschodząca.

czy lasy wyewoluowały do generowania deszczu? Ta idea dotyka szeroko dyskutowanych możliwości emergentnego zachowania samostabilizującego (lub „Gaia”; np. Drzewa i lasy ewoluowały wielokrotnie w historii Ziemi, co sugeruje powtarzającą się tendencję do tworzenia bogatych, samoodlewających się siedlisk lądowych. Jak pokazują poprzednie dyskusje, istnieje możliwość wystąpienia samostabilizujących interakcji (patrz także Makarieva and Gorshkov 2007). Ale ponieważ właściwości wymagane do skutecznej pompy leśnej są również korzystne dla poszczególnych drzew, wydaje się, że każda pompa pojawia się jako ewolucyjna konsekwencja indywidualnej konkurencji-zwiększa zasięg lasu, ale nie dlatego ewoluowała.

Paleoklimaty.

hipoteza Makariewa i Gorszkowa, wraz ze zmianą klimatu, dostarcza nowych zwrotów do starych kontrowersji. Przybycie ludzi do wcześniej niezamieszkanych regionów w ciągu ostatnich 50 000 lat jest nieodmiennie związane z wymieraniem, zwłaszcza wśród większej fauny (jak w wspomnianym powyżej przykładzie Australii). Jednoczesna rola zmian klimatu, postrzegana jako zjawisko naturalne, jest nadal przedmiotem dyskusji (Koch and Barnosky 2006). Jeśli poważne skutki klimatyczne mogłyby być wiarygodne w wyniku starożytnych, wywołanych przez człowieka zmian siedliskowych, sekwencja zdarzeń będzie musiała zostać ponownie oceniona w tych ramach.

hipoteza Makariewy i Gorszkowa nie mówi nam, w jaki sposób lasy mogą zostać przywrócone po katastrofalnych wydarzeniach, które przerywają historię Ziemi (Morley 2000). To pytanie będzie wymagało od nas rozwikłania procesów sprzężenia zwrotnego i progów, które działają przestrzennie w różnych skalach, oraz wpływów, które na nie działają. Z pewnością hipoteza nie dowodzi, że takie zazielenienie nie może wystąpić. Przypuszczalnie las może powstać nawet w wilgotnym miejscu przybrzeżnym, gdzie opady deszczu spadają wykładniczo wraz z odległością od wybrzeża i może stopniowo posuwać się w głąb lądu, przyciągając z nim wilgotne powietrze. Hipoteza makariewa i Gorszkowa może wyjaśnić, w jaki sposób Ameryka Południowa, ale nie Afryka, zdołała utrzymać duży, wilgotny klimat wewnętrzny poprzez dawne lodowce. Być może w Afryce obecność dużych roślinożerców i przodków z ogniem, wpłynęła na równowagę między roślinnością leśną i nieleśną, zmniejszając stabilność i umożliwiając zmianę klimatu.

w przeciwieństwie do Makariewy i Gorszkowa, którzy proponują, że tylko naturalne i nienaruszone lasy mogą utrzymać pracującą pompę atmosferyczną, podejrzewamy, że wtórne lasy i plantacje mogą mieć pożądane właściwości parowania (patrz np. 2008). Podczas gdy wyższa Palność takiej roślinności sugeruje mniej wilgotne środowisko, co z kolei oznacza mniej skuteczną pompę, takie właściwości nie są nieuniknione i mogą mieć wpływ na zarządzanie. Te właściwości muszą być zbadane.

zazielenienie pustyń.

czy moglibyśmy kiedyś zalesiać pustynie świata? Hipoteza makariewa i Gorszkowa sugeruje, że możemy. W przeciwieństwie do większości konwencjonalnych modeli, obliczenia Makarieva i Gorshkova sugerują, że po utworzeniu lasów w tych regionach pompa biotyczna byłaby wystarczająco silna, aby je podlewać. Pomimo skali i nieuniknionych wyzwań technicznych i etycznych, takie projekty mogą stać się łatwiejsze do sfinansowania i wdrożenia w miarę wzrostu stężenia dwutlenku węgla (Brovkin 2002).

Outlook

jeśli hipoteza Makarieva i Gorshkova okaże się słuszna, ważne pytania pozostaną dotyczące tego, w jaki sposób mechanizm pompy biotycznej współdziała z innymi procesami, aby zapewnić pełniejszy opis lokalnego, regionalnego i globalnego klimatu. Jeśli hipoteza okaże się błędna, nadal potrzebny będzie mechanizm wyjaśniający wilgotne wnętrza kontynentalne.

akceptacja pompy biotycznej dodałaby wartości, które społeczeństwo umieszcza na pokrywie leśnej. Wzbudzając regionalne obawy dotyczące wody, akceptacja biotycznej pompy Makariewy i Gorszkowa wymaga uwagi różnych lokalnych podmiotów, w tym wielu, którzy w przeciwnym razie nie dbają o utrzymanie pokrywy leśnej.

podziękowania

Dziękujemy Anastassii Makarievie, Victorowi Gorshkovowi, Antonio Nobre, Ianowi Calderowi, Meine van Noordwijk, Wolfgangowi Cramerowi i trzem anonimowym recenzentom za cenne komentarze. Dziękujemy również Claire Miller i Miriam van Heist za sugestie redakcyjne, A biblioteka CIFOR i biblioteka Wageningen za znalezienie referencji. D. S. został wsparty przez grant Komisji Europejskiej dla Center for International Forestry Research, a przez Wildlife Conservation Society wsparcie dla Instytutu Ochrony lasów tropikalnych.

Cytaty

notatki autora