Yale Environment 360
Ekosystemy sawannowe Afryki – które obejmują porośnięte drzewami ciernistymi równiny Serengeti, otwarte lasy Parku Narodowego Kruger i suche, czerwone sawanny piaskowe Kalahari – zajmują około 70 procent kontynentu na południe od pustyni Sahara. Coraz więcej dowodów wskazuje na to, że te ikoniczne i różnorodne biologicznie krajobrazy zmieniają się, ponieważ rosnący poziom dwutlenku węgla w atmosferze napędza wzrost drzew kosztem traw, prowadząc do coraz bardziej zalesionego krajobrazu.
Badanie z 2012 r. powierzchni doświadczalnych w południowoafrykańskich sawannach – gdzie pożary, opady deszczu i presja roślinożerców pozostają niezmienne od dziesięcioleci – wykazuje duży wzrost masy roślin drzewiastych, który autorzy przypisują przede wszystkim tzw. efektowi nawożenia CO2, czyli zwiększeniu wzrostu roślin spowodowanemu wzrostem atmosferycznego dwutlenku węgla. Badanie modelowania opublikowane w czasopiśmie Nature w zeszłym roku opisuje niedawną, szybką zmianę w rozległych obszarach afrykańskich łąk i sawanny do bardziej gęsto porośniętych, zalesionych stanów, trend, który ma przyspieszyć w nadchodzących dekadach wraz ze wzrostem stężenia atmosferycznego CO2. Już teraz pojawiają się oznaki, że zwierzęta żyjące w otwartym terenie, takie jak gepard, cierpią, gdy sawanna staje się bardziej zalesiona.
Tendencja ta nie ogranicza się do Afryki. Australijskie badania wydane w zeszłym miesiącu, który opierał się częściowo na danych satelitarnych, stwierdza, że pokrycie liści w ciepłych, jałowych obszarach na całym świecie wzrosła o około 11 procent w ciągu ostatnich trzech dekad z powodu wyższych poziomów CO2. Randall Donohue i koledzy z australijskiej narodowej agencji naukowej, znany jako CSIRO, i Australian National University powiedział, że efekt nawożenia CO2 „jest teraz znaczący proces powierzchni ziemi” kształtowanie ekosystemów w dużych częściach planety.
Guy Midgley, wybitny badacz klimatu Południowej Afryki, który jest autorem kilku prac na temat nawożenia CO2, powiedział, że wzrost w strefie jałowej zazielenienia opisane w australijskim papierze jest „fenomenalny”. Badanie, powiedział, był cennym dodatkiem do rosnącej liczby dowodów, że rosnące stężenie atmosferycznego dwutlenku węgla jest bezpośrednio zmienia ekosystemy lądowe, niezależnie od wzrostu temperatury.
Chociaż niektórzy mogą zobaczyć wzrost roślin pustynnych wzrostu jako pozytywne, ekspansja roślinności drzewiastej w sawanny i łąki może mieć poważne negatywne skutki, Midgley ostrzegł. Może zagrozić populacjom dzikich zwierząt i zasobom wody, ponieważ drzewa i krzewy zużywają więcej wody niż trawy. Może nawet wzmocnić globalne ocieplenie, ponieważ drzewa, będąc zazwyczaj ciemniejsze niż trawy, mogą pochłaniać więcej promieniowania słonecznego.
Sawanny są wynikiem bitwy o przestrzeń życiową między trawami i drzewami, której żadna ze stron nie wygrała.
Sawanny można postrzegać jako wynik bitwy o przestrzeń życiową między trawami i drzewami, której żadna ze stron nie wygrała, powiedział Midgley, główny dyrektor Wydziału Zmian Klimatycznych i Bioadaptacji Południowoafrykańskiego Narodowego Instytutu Różnorodności Biologicznej. Gdyby trawy wygrały tę bitwę, powstałyby bezdrzewne prerie. Jeśli zwyciężyłyby drzewa, sawanna stałaby się coraz gęstszym lasem. Wiele afrykańskich sawann znajduje się na obszarach, które mają wystarczającą ilość opadów, aby utrzymać gęsty las, ale ogień i duże zwierzęta roślinożerne, takie jak słonie, stale powalają drzewa, dając trawom przestrzeń do wzrostu i utrzymując nierówną równowagę między obiema stronami. Bush encroachment” obserwowane na dużych połaciach południowej Afryki w ostatnich dziesięcioleciach jest przykładem równowagi między trawami i drzewami jest zakłócony, mówi.
W ostatnich dziesięcioleciach, na dużych połaciach południowej Afryki, ranczerów i menedżerów dzikich zwierząt zostały zauważając wzrost roślinności drzewiastej. Krzewy i drzewa najechały na łąki, przekształcając je w sawanny. Sawanny stały się bardziej gęsto zalesione, czasem wręcz nieprzeniknione. Dowody anegdotyczne i zdjęcia z serii czasowych wskazują, że trend ten przyspieszył w latach 80-tych, a pod koniec tej dekady „wkraczanie buszu” było powszechnie używanym terminem na określenie tego, co działo się na terenach podrównikowych i obszarach dzikiej przyrody na całym subkontynencie.
Namibia, ogólnie jałowy, słabo zaludniony kraj na północny zachód od Republiki Południowej Afryki, został szczególnie mocno dotknięty, około 26 milionów hektarów (64 milionów akrów) kraju została zaatakowana przez niepożądane rośliny drzewiaste, które zaduszają obszary wypasu. Ponieważ drzewa zużywają więcej deszczu niż trawy, znacznie ograniczają zasilanie wód gruntowych i spływ wód do rzek. Według niektórych szacunków utrata terenów zielonych jest jednym z powodów, dla których produkcja wołowiny w kraju jest obecnie o 50-70% niższa niż w 1950 roku. Wkraczanie buszu kosztuje małą gospodarkę Namibii aż 170 milionów dolarów rocznie.
Zmiany w sawannach również mają wpływ na dzikie zwierzęta. Konserwatorzy w Namibii, domu największej na świecie pozostałej populacji gepardów, zaczęli znajdować głodujące gepardy z poważnymi urazami oczu około dwadzieścia lat temu. Nie tylko ich równinne antylopy są wypierane przez drzewa, ale gepardy – które wolą polować na otwartych obszarach, gdzie mogą wykorzystać swoją słynną szybkość – są również oślepiane przez ciernie roślin drzewiastych, które przejmują krajobraz.
Ornitolodzy badający sępa przylądkowego, zagrożonego południowoafrykańskiego padlinożercę, stwierdzili, że unika on żerowania na zwłokach zwierząt nad obszarami porośniętymi krzewami. Sępy przylądkowe to duże, ciężkie ptaki, które potrzebują długiego, wyraźnego startu, aby wzbić się w powietrze. Aby nie stać się posiłkiem dla drapieżników, wydaje się, że sępy po prostu nie lądują tam, gdzie busz wydaje się zbyt gęsty, aby mogły ponownie wystartować. Gatunek ten, niegdyś liczny w Namibii, już się tam nie rozmnaża.
W latach 80. i 90. dominował pogląd, że zła gospodarka gruntami, zwłaszcza nadmierny wypas, jest główną przyczyną wkraczania buszu, ponieważ drzewa łatwo kolonizują płaty gołej ziemi powstałe, gdy zbyt wiele owiec i bydła niszczy wieloletnie trawy. Niektórzy eksperci zauważyli jednak, że dobrze zarządzane gospodarstwa również często cierpią z powodu wkraczania buszu. Chociaż nadmierny wypas może przyczynić się do wkraczania buszu, czuli, że jakaś większa zmiana środowiskowa pomagała roślinom drzewiastym zdominować trawy.
W 2000 roku Midgley połączył się z Williamem Bondem, ekologiem z Uniwersytetu w Kapsztadzie, aby opublikować pracę proponującą mechanizm, dzięki któremu zwiększona ilość atmosferycznego CO2 może sprzyjać drzewom nad trawami w ich walce o terytorium w afrykańskich sawannach. W tych sawannach, trawy są bardziej łatwopalne i bardziej odporne na ogień niż drzewa – przenoszą ogień przez krajobraz i szybko odrastają po pożarze, wymagając mniej czasu (i mniej wody, składników odżywczych gleby i węgla atmosferycznego), aby osiągnąć dojrzałość niż drzewa.
Aby zadomowić się w krajobrazie, drzewa sawanny muszą osiągnąć wysokość około czterech metrów, aby uniknąć zniszczenia ich łodyg i koron przez ogień podsycany przez trawy. Innymi słowy, drzewa zadomawiają się tylko wtedy, gdy mają wystarczająco długą przerwę od ognia, by zbudować wystarczająco wysokie pnie, które wyrosną ponad strefę płomieni. (Wiele drzew afrykańskiej sawanny nie jest całkowicie zabitych przez ogień, ale ponownie wypuszcza pędy z korzeni po zniszczeniu ich nadziemnych części.)
Przez konkurowanie z trawami o wodę, składniki odżywcze i światło, drzewa zaczynają przejmować krajobraz.
Poprzednie badania wykazały, że drzewa sawanny zazwyczaj zajmują cztery lub więcej lat, aby osiągnąć wysokość ognioodporną, ale większość afrykańskich sawann płonie co jeden do trzech lat, więc to tylko wtedy, gdy jest rzadka, dłuższa niż normalnie przerwa między pożarami, że drzewa mogą dojrzewać. Więcej CO2 w powietrzu oznacza, że drzewa mogą teoretycznie budować swoje wymagające dużej ilości węgla pnie i korzenie dłużej, grubiej i szybciej. Bond i Midgley wysunęli hipotezę, że z tego powodu drzewa mogą rosnąć i kiełkować po pożarze szybciej niż kilkadziesiąt lat temu, gdy poziom CO2 w atmosferze był niższy, co zwiększa ich szanse na osiągnięcie wysokości odpornej na ogień. Następnie, konkurując z trawami o wodę, składniki odżywcze i światło, drzewa mogłyby zdominować krajobraz.
Ostatnio, aby sprawdzić, czy drzewa sawanny rzeczywiście rosną szybciej w zwiększonym stężeniu atmosferycznym CO2, Bond i kolega Midgleya, Barney Kgope, wyhodowali sadzonki drzew i traw afrykańskiej sawanny w komorach, które pozwoliły mu zmieniać poziom CO2 w powietrzu wokół roślin. Wyniki, opublikowane w 2010 roku, są uderzające. Niektóre drzewa sawanny uprawiane w atmosferze 370 części na milion (ppm) dwutlenku węgla (nieco niższej niż dzisiejszy poziom 400 ppm) rosły ponad dwa razy szybciej niż te same gatunki uprawiane w przedprzemysłowej atmosferze 280 ppm CO2. Drzewa wyhodowane przy 370 ppm były nie tylko wyższe niż te wyhodowane w przedindustrialnych stężeniach CO2, ale miały też większe ciernie chroniące je przed roślinożercami i znacznie bardziej rozbudowane systemy korzeniowe niż ich przedindustrialne odpowiedniki. Mieli, w terminach Bonda, stał się „supertrees.”
Badacz Donohue powiedział, że chociaż zdjęcia satelitarne używane w jego nowym australijskim badaniu nie odróżnić zielone trawy i zielone rośliny drzewiaste, tendencje on i jego koledzy obserwowane były zgodne z ogólnym wzrostem biomasy roślin w całej Afryce z powodu nawożenia CO2. Chociaż niektóre media donoszą, że wyniki jego badań wykazały „plusy” zmian klimatycznych, ponieważ pustynie „zielenieją”, Donohue ostrzegł przed tą jednostronną interpretacją. „Będą zwycięzcy i przegrani”, powiedział, ponieważ zwiększona roślinność w niektórych suchych obszarach może zwiększyć lokalną bioróżnorodność, ale może również zaszkodzić gatunkom przystosowanym do mniej roślinnych siedlisk.
Guy Midgley ma bardziej pesymistyczny pogląd na temat najwyraźniej rosnącego wpływu atmosferycznego CO2. „Lubimy nasze nieleśne ekosystemy”, powiedział, zauważając, że oprócz wpływu, jaki wzrost roślin drzewiastych będzie miał na dziką faunę i florę na łąkach, łąki w kraju tworzą zlewnie, które zasilają rzeki istotne dla gospodarki. Badania pokazują, że wydajność wody w południowoafrykańskich zlewniach łąk znacznie spada, gdy najeżdżają na nie obce drzewa, co jest jednym z powodów, dla których rząd wydaje miliony dolarów rocznie na ich usuwanie.
„Z perspektywy roślin jesteśmy w nowym wspaniałym świecie – to trochę przerażające”, mówi jeden z naukowców.
Ekolodzy z RPA próbują dowiedzieć się, jak najlepiej powstrzymać drzewa przed przejęciem sawanny, być może za pomocą „burz ogniowych” – kontrolowanych pożarów ustawionych w gorące, suche dni, aby zmaksymalizować generowane przez nie ciepło – lub ostrożnej wycinki drzew. Ale super gorące pożary mogą mieć swoje własne negatywne skutki dla ekosystemów, a ręczne przerzedzanie może być zbyt kosztowne.
Midgley powiedział, że osiągając dzisiejszy poziom 400 ppm atmosferycznego dwutlenku węgla, „cofnęliśmy zegar ewolucji o 5 milionów lat w mniej niż sto lat. Jest to ogromna zmiana w tym, jak działają nasze ekosystemy.” Zauważył, że atmosferyczny CO2 może trafić 600 ppm do 2100 roku, poziom ostatnio widziany podczas epoki eocenu 34 do 55 milionów lat temu, kiedy lasy pokrywały prawie całą planetę i na długo przed współczesnymi trawami i dużymi ssakami sawanny, które znamy dzisiaj ewoluowały.
„Jesteśmy w nowym odważnym świecie z perspektywy roślin”, powiedział William Bond. „To jest trochę przerażające. Nasze zwierzęta równinne mają plecy pod ścianą”. Nowe inwazyjne drzewa nie zrobią nic znaczącego w walce ze zmianami klimatu, powiedział, ponieważ są one nieistotnie małym pochłaniaczem dwutlenku węgla w kategoriach globalnych.
.