Vysycháme vlastním přičiněním - Doc. RNDr. Jan Pokorný, CSc.

02.04.2019

Prožíváme další suchý rok. Počet tropických dnů se znásobil. Meteorologové vysvětlují sucho tlakovou výší, která se vytvořila nad Evropou a rozpouští se v ní fronty postupující od Atlan-tiku. Klimatologové ve svých modelech předpovídají pokračování sucha a vzestup průměrné teploty i v dalších letech a volají po snižování emisí oxidu uhličitého a dalších skleníkových plynů, aby nevzrůstal skleníkový efekt. Heslem je „low carbon society“ tedy společnost s nízkou produkcí oxidu uhličitého a metanu. Evropa si vytkla za cíl zvyšovat podíl obnovi-telné energie, zvyšují se daně na uhlí, podporují se větrné elektrárny, fotovoltaika. V ČR se zaměřujeme na produkci bioplynu, řepkového oleje, který se přidává do nafty, spalují se dřevní štěpky a sláma. Věříme, že biomasa, kterou spalujeme, za rok zase naroste, takže nezvyšujeme množství oxidu uhličitého, jak by tomu bylo, kdybychom spalovali uhlí. Tato praxe ovšem vede k úbytku organických látek v půdě, jejich rozkladem se do atmosféry uvolní za období 10 – 20 let více uhlíku než ušetříme opakovaným spalováním narostlé biomasy. Je pozoruhodné, že doporučení Mezivládního panelu pro klimatickou změnu (IPCC) pro politiky se zaměřuje pouze na snižování emisí skleníkových plynů a nezmiňuje, jak zvyšujeme teploty odvodněním, odstraněním vegetace. Evidentní funkci vody a vegetace v distribuci sluneční energie a oběhu vody lze přitom snadno demonstrovat. Nevím ovšem jak ukázat, že zvýšené koncentrace oxidu uhličitého a metanu jsou příčinou dramatického nárůstu letních teplot, po-klesu dešťových srážek a celkového vysychání krajiny. Naproti lze snadno ukázat, jak odvod-nění a odlesnění vedou k nárůstu teplot a vysychání. Pokusím se vysvětlit, že hospodařením s vodou a vegetací v krajině a ve městech zásadním způsobem ovlivňujeme místní klima. Po-kud odvodňujeme v globálním měřítku a to se děje, potom už se nejedná o klima místní či regionální, ale o klima globální. V průběhu tisíců let mnohé předchozí civilizace vysychaly, i když nespalovaly fosilní paliva. Tyto civilizace se ovšem rozvíjely postupně v různých částech světa. Lidstvo dnes obhospodařuje všechna obyvatelná území. Na severní polokouli je klimatická změna patrnější nežli na jižní polokouli, severní polokoule má větší plochu konti-nentů (40%), nežli polokoule jižní. Vytváříme z krajiny step a poušť a divíme se, že se jako step a poušť chová Slunce ohřívá naší planetu na průměrnou teplotu okolo 290 K (+17 oC). Kdyby Slunce „vy-pnulo“, teplota Země by postupně klesala na několik Kelvinů (K), oceány by zamrzly, atmo-sféra by byla tuhá. Astronom Josip Kleczek rád upozorňoval, že Země dostává od Slunce 180 000TW sluneční energie, zatímco lidstvo vyrábí asi 10TW, což je produkce elektráren, energie z nafty, plynu, spalované biomasy. Sluneční energii lze spolehlivě měřit, pojďme si zopakovat její proměny. Za jasného dne od jara do podzimu přichází na metr čtverečný až 1000W sluneční energie. Suché plochy se touto sluneční energií ohřívají na 40 – 70 oC, od zahřátého povrchu se ohřívá vzduch, roztahuje se, stoupá vzhůru do atmosféry. Tyto vzestupné proudy ohřátého vzduchu využívají ptáci, opatrně je využívají piloti malých letadel, rogalisté. Tyto proudy k nám do Evropy zanesou občas písek i hmyz ze Sahary. Sluneční energie ohřátého povrchu se vybíjí vzdušnými víry. Vzestupný proud ohřátého vzduchu je poháněn sluneční energií přeměněnou na tzv. zjevné teplo na suchých plochách, na jednom metru čtverčném je to několik set wattů. Ze 3km2 odvodněné plochy stoupá v létě ohřátý vzduch o energii srovnatelné s výkonem jed-noho bloku Jaderné elektrárny Temelín a ze 30km2 stoupá vzduch o energii srovnatelné s výkonem všech našich elektráren. Ohřátý vzduch pojme hodně vody, protože má nízkou relativní vlhkost. Vegetace zásobená vodou se na rozdíl od suchých ploch chladí výparem vody z listů (transpirace). Les vypaří přes stromy v letním dnu 2 - 4 litry vody z metru čtverečného. Les mívá v létě povrchovou teplotu korun kolem 30o C a ve stínu stromů v podrostu je teplota ještě nižší. Chladný vzduch při zemi je těžší nežli vzduch v korunách, vzduch v podrostu se proto drží při zemi. Les vyměňuje plyny s atmosférou prostřednictvím korun stromů. Na každou molekulu přijatého oxidu uhličitého a vyloučeného kyslíku se z listů/jehlic vypaří několik set molekul vodní páry. Listy tak chladí sebe a své okolí. Vodní pára uvolňovaná zvolna ko-runami stromů se pohybuje pomalu vzhůru, vzduch je jí téměř nasycen, s přibývající výškou se teplota snižuje a vodní pára se sráží, vzpomeňme na mlhy a oblaka nad lesem. Tak vznikaly odpolední deště a večerní až ranní mlhy. Tak funguje krátký oběh vody. Části kontinentů s rozsáhlým pokryvem vzrostlých lesů (alespoň 40%) dokonce tímto způsobem přitahují vodu z oceánů, při dešti se totiž sníží atmosférický tlak a vzduch z okolí je nasáván horizontálně nad les. Odpařením jednoho litru vody vznikne přes 1000litrů vodní páry a naopak. Na vypaření jednoho litru vody se spotřebuje 0,7kWh sluneční energie, tato energie je vázána ve vodní páře (skupenské teplo výparu vody) a uvolní se, když vodní pára kondenzuje zpět na vodu, což se děje na chladných místech. Tak se přenáší sluneční energie v čase a prostoru a tak se vyrovnávají teplotní rozdíly. Lesům, rybníkům, mokřadům je vytýkáno, že výparem ztrácí vodu a krajina tak údajně přichází o vzácné dešťové srážky, které potom nedotečou níže. V následujícím odstavci ukážeme, že jsou to právě odvodněné přehřáté plochy, které nás při-pravují o vodu, nikoli živá vegetace a vodní plochy. Představme si sklizené pole, vydlážděné náměstí, střechy hal, betonový povrch parkoviště, uschlý les. Jak mohou ztrácet vodu, když tam žádná není? Osluněné suché plochy vytlačují ohřátý vzduch vzhůru. Odvodněný povrch je ohřátý například na 50 oC od tohoto povrchu se ohřívá vzduch např. na 40 oC a má relativní vlhkost 20%, obsahuje tedy v 1m3 10gramů vody. (20% relativní vlhkost vzduchu znamená, že by při dané teplotě dokázal pojmout 5x více vody než obsahuje). Ohřátý vzduch stoupá vířivým pohybem (turbulentně) vzhůru do atmosféry a ohřívá ji, vodní pára se sráží na vodu kapalnou až velmi vysoko, nevrací se zpět ve formě srážek. Nad ohřátou plochou, ze které stoupá vzduch vzhůru, se netvoří vakuum, přichází tam vzduch z okolí, ohřívá se a stoupá vzhůru. Navíc ohřáté plochy vyzařují teplo přímo na sousední domy, na stromy, lesy. I při velmi pomalém vzestupném proudění ohřátého vzduchu například 0,1m za sekundu, vystoupá za hodinu do atmosféry díky energii z ohřátého 1m2 objem 360m3 vzduchu, který obsahuje 3,6kg vody ve formě vodní páry. Za deset hodin „pošle“ 1m2 ohřátého povrchu do atmosféry 36litrů vody. Vzestupná rychlost 0,1m za sekun-du je podhodnocena, letečtí meteorologové, piloti, rogalisti určitě znají reálné rychlosti vze-stupných proudů ohřátého vzduchu. Dostáváme hrozivé hodnoty rychlosti vysychání působe-né velkými odvodněnými plochami. Řešíme projekt Horizon 2020 s 26 účastníky ze 17 států (SIM4NEXUS), spolupracujeme s Postupimským ústavem „for climate impact research“, vůdčí výzkumnou institucí v oblasti modelování klimatické změny – kolegové přiznávají, že nedokáží modelem popsat a kvantifi-kovat rychlost transportu vody vzdušným vzestupným prouděním. Obecněji řečeno, věda ne-dokáže relevantním způsobem popsat distribuci sluneční energie a toky vody na rozhraní at-mosféry a různého krajinného pokryvu (pole, les, vodní hladina, odvodněná plocha). A tak se zkoumá, kolik oxidu uhličitého kdo vypouští, doslova se analyzují „kravské pšouky“ (množ-ství vypouštěného metanu z trávicího ústrojí přežvýkavců), výsledky jsou publikovány v časopisech s vysokým impaktem a instituce za to dostávají peníze. Efekty přehřáté, odvod-něné krajiny na klima a oběh vody jsou ignorovány. Připomínám, že nárůst koncentrace oxidu uhličitého a dalších skleníkových plynů v atmosféře od roku 1750 způsobil podle IPCC navý-šení skleníkového efektu o 1 -3Wm-2, to je hodnota vypočítaná, nelze ji změřit. Odvodněním působíme změny toků sluneční energie v řádech stovek Wm-2. Tato fakta se na celosvětových konferencích o klimatu připomínají v tzv. „side events“, v doporučeních pro politiky ovšem obsažena nejsou.

Řekami nevysycháme
Průměrný průtok vody ve Vltavě v Praze – Velké Chuchli je 148m3 za sekundu, v letošním létě protéká 50m3/s. Plocha povodí Vltavy nad Prahou je 26 731km2, výpar vody z 1 km2 po-rostů dosahuje za slunných dnů běžně 100litrů za sekundu, celá plocha povodí vypařuje za slunného dne při dostatku vody 2800m3 za sekundu. Rostliny při svém růstu vypaří za dne (evapotranspirace) násobně více vody, nežli odteče řekou za 24 hodin. Vysychání, které způ-sobuje vzduch ohřívaný na přehřátých odvodněných plochách, jak jsme výše krátce popsali, odnáší do atmosféry násobně více vody, nežli rostliny vypaří při růstu evapotranspirací. Pokud se budeme snažit omezovat výdej vody rostlinami, nebudou růst, krajina se bude přehřívat a vysušovat, skončíme jako step a poušť. Otázky zásobení vodou a klimatické změny, otázku setrvalého hospodaření v krajině začneme opravdu řešit, až se začneme seriózně zabývat úlohou krajinného pokryvu v distribuci sluneční energie. Principiálním vztahem (dnes se říká „nexus“) je totiž těsný vztah mezi příkonem sluneční energie – výparem a kondenzací vody a rostlinami, coby procesorem distribuce sluneční energie. Sledováním pouhých srážkově – odtokových poměrů opomíjíme hlavní toky vody a energie v krajině, opomíjíme transport vody atmosférou ve formě vodní páry.
Toky vody ve formě vodní páry mezi různým typem krajinného pokryvu (les, plodiny, suché plochy, vodní plocha) a atmosférou nedokáže věda věrně modelovat. Jsou ovšem popsány četné negativní příklady, jak odlesnění způsobilo ztrátu vody a nárůst extrémů počasí a jsou i příklady positivní, kdy se podařilo během dekády zadržováním vody a podporou trvalé vege-tace obnovit krátký oběh vody. Kontraverzní názory na funkci rostlin v klimatu a oběhu vody. Růst rostlin je provázen výdejem vody, evapotranspirací a ta je pokládána tradičně za ztrátu vody, kterou je potřeba snižovat například pěstováním plodin s nízkou spotřebou vody a omezením dalších rostlin, které ubírají plodinám vodu. Empirie ovšem praví, že „na suché pole neprší“ a „voda přitahuje vodu“. Teorie biotické pumpy vysvětluje vysoké srážky nad zalesněným územím vysokou evapotranspirací a s tím spojenou nižší teplotou a nižší atmosférickým tlakem. Bude naším cílem v kulturní krajině omezovat ztráty vody evapotranspirací, nebo se budeme snažit krajinu ochladit určitým procentem ploch trvalé vegetace dobře zásobené vodou? „Rybníky nebudeme stavět, protože ztrácí výparem mnoho vody“ (výroky hydrologů při za-sedání pracovní komise pro koncepci „Sucho). Zhoršuje otevřená vodní hladina vodní bilanci? Nebo jsou rybníky a jejich litorály jedním z nezbytných prvků kulturní krajiny, které zadržují vodu, ochlazují krajinu a přispívají k ustavení malého vodního cyklu? Je dřevo údajně ekologicky neudržitelné, protože na jeho produkci se spotřebuje mnoho vody, dřevo má vysokou vodní stopu (water footprint)? Nebo stromy redukují gradienty teplot a tlaku vzduchu a „zklidňují“ projevy počasí a to právě výparem vody a „měli bychom jim za to děkovat“? Za vysokých nákladů se testují technologická zařízení na sekvestraci CO2 s tím, že jsou výhodnější nežli lesní porosty a rychle rostoucí dřeviny, protože „neplýtvají vodou“. Zopakujme si princip vysychání: je zásadní rozdíl mezi evapotranspirací a tokem zjev-ného tepla z odvodněných ploch. Les vydá například za den 3mm vody evapotranspirací (3 litry z m2), ochladí se, vodní pára stoupá zvolna nad les, (potenciální ET je blízká ak-tuální ET), vytvoří se mlha, mraky, případně drobný déšť, část vody se vrací. Odvodněné plochy se zahřívají na 50 - 60 oC, ohřátý vzduch turbulentně stoupá vzhůru a vysušuje okolní krajinu. Vodní pára nad krajinou nekondenzuje, nevrací se zpět jako mlha, rosa či drobný déšť. Rybníky menších ploch (několik ha) v zemědělské krajině ztrácejí vodu rychleji nežli rybníky v lesích nebo velké rybníky. Když v létě v ČR sklidíme řepku a obilí na 1 800 000ha polí, proudí z přehřátých ploch do atmosféry teplo cca 9000GW (10 - 12 GW je instalovaný výkon elektráren v ČR, z toho JE Temelín má 2GW). Ohřátý vzduch odnáší vlhkost vysoko do atmosféry, krajina se vysušuje, ohřátý vzduch produkovaný jako zjevné teplo na velkých plochách brání proudění oceánského vzduchu směrem do kontinentu. Mnohé klimatologické studie se soustřeďují pouze na albedo (bělost), tedy odrazivost povrchu a tvrdí, že zejména lesy mírného pásma ohřívají planetu, protože jsou tmavé. Autoři z toho dovozují, že pokud by les vyhořel, albedo se zvýší a planeta se spíše ochladí, protože nárůst teploty způsobený uvolněným oxidem uhličitým je nižší nežli ochlazení způsobené zvýšeným albedem/odrazem.. V těchto pracích není zmínka o tom, že les je chladnější díky evapotranspiraci.
Někteří čeští vědci univerzitní profesoři opakovaně tvrdí, že les na horách nemá hydrologickou funkci, a že funkci uschlého vzrostlého lesa nahradí přízemní vegetace. Uschlý les nemůže prý být příčinou snížení stavu vody v toku, protože suchý strom vypaří méně vody nežli strom živý. Uschlé lesy mají vysokou povrchovou teplotu. Živý les dříve krajinu a ochlazoval a „vyčesával“ vodu z mraků, dnes vzduch ohřátý o suché plochy krajinu dále vysušuje a brání průniku vlhkého vzduchu, přispívá k vytvoření vysokého tlaku.

Jaká je vize udržitelné krajiny? Kapénková závlaha, podmítka hned po sklizni a pole bez ve-getace, volné odvodněné plochy, aby se voda nevypařovala, Šetření vodou a vodní stopa uplatňovaná i na stromy a další vegetaci? Nebo krajina s trvalou vegetací, meziplodinami po sklizni, s vodními plochami a litorály, za-sakovacími pásy na velkých polích? Krajina s podporou trvalé vegetace i z kulturních rostlin a stromů, která funkčně napodobuje les, zadržuje dešťovou vodu, která se odpařuje přes rostli-ny, chladí a vrací se částečně v malém oběhu vody?
Závěr Odlesnění, ztráta trvalé vegetace vede k vysychání krajiny, extrémům teplot, zrychluje se od-tok vody. Zkušenost historických civilizací prokázala opakovaně positivní úlohu lesa a trvalé vegetace obecně v klimatu, proto je tato funkce zakotvena v Lesním zákonu od počátku. Mnohé civilizace vyschly, výjimkou jsou ty, které udržují vodu v krajině, například pěstují ve velkém rýži. Zapomíná se na přímý efekt vody a vegetace na teplotu, na klima. Voda vyrovnává teploty cyklem výpar – kondenzace, vodní pára tvoří mraky a mlhu a brání průniku slunečního záření. Voda je médium a rostliny jsou procesory ovládající výdej vodní páry a vyrovnávají tak ex-trémy tlaku a teplot. Sucho je nevýraznější v odlesněných a odvodněných zemědělských ob-lastech. Zalesněné oblasti s trvalou vegetací jsou chladnější a udržuje se v nich krátký oběh vody. Les ovšem uživí nejvýše několik osob na km2, proto rostoucí populace odlesňuje a na místě původních lesů rozvíjí zemědělství, využívá přitom organické látky, které se v půdě nashromáždily za tisíce let existence klimaxového lesa. Principiální otázku udržitelného hos-podaření je napodobit funkci přirozeného lesa v kulturní krajině, kde hlavní plodinou jsou rostliny, které nesnášejí zatopení vodou. Positivní příklady obnovy aridní/vysušené krajiny ukazují, že je to možné zadržováním vody a podporou trvalé vegetace, která vytváří několik vertikálních pater (ovocné vysoké stromy, keře, plodiny). Zemědělec, lesník, tedy hospodáři v krajině, do značné míry určují množství i kvalitu vody, která z krajiny odtéká a kterou zadr-žujeme ve vodních nádržích. S tím je spojeno i ovlivnění místního klimatu. Tato funkce by hospodářům v krajině měla být přiznána a zohledněna v dotacích. Zatím vysycháme jako předchozí civilizace, činíme tak rychle, protože máme mechanizaci a většina nás ztratila přímý vztah k půdě a vodě ve svém okolí. Píši tento text v Jindřichově Hradci, kde bydlím. Město bralo nejprve vodu z malých příměst-ských rybníků zvaných Polívky, později z řeky Nežárky. Úpravna vody měla potíže se sini-cemi i nízkým průtokem vody. Od 90tých let 20. století máme vodu z Jihočeské vodárenské soustavy, tedy převážně z Římova. Jinak by byl J.Hradec bez vody. Vodárenské přehrady jsou nezbytné, nepochybně. Pokud zachováme velké odvodněné plochy a budeme je dokonce roz-šiřovat, horký vzduch bude krajinu dále vysušovat a přehrady se nenaplní, podobně jako se nyní nenaplňují rybníky. Mám osobní zkušenost z Austrálie, východní Afriky, střední Asie, varovným příkladem je Kalifornie. Pokud zůstane klimatologie uvězněna v ideologii sklení-kového efektu a bude ignorovat, co děláme na zemi s vodou, rostlinami a sluneční energií, vyschneme.