Czy sadzenie lasów uratuje świat?

Rośliny pobierają z otoczenia dwutlenek węgla oraz wodę. Z nich, z pomocą energii słonecznej wytwarzają glukozę i uwalniają tlen O₂. To proces fotosyntezy, a jego podstawy poznają dzieci już w IV klasie szkoły podstawowej.

Gdy rośliny czerpią z glukozy energię, muszą ją rozłożyć z powrotem na dwutlenek węgla i wodę. Jednak większość dwutlenku węgla pozostaje związana w tkankach rośliny.

Głównym ich budulcem jest celuloza, która składa się z łańcuchów glukozy. Nadmiar glukozy jest też przechowywany w postaci skrobi (również składającej się z cząsteczek glukozy) w korzeniach, bulwach i nasionach (przydaje się w okresach braku światła).

Glukoza jest też przekształcana w inne związki, w tym tłuszcze i oleje (głównie w nasionach). W wyniku modyfikacji glukozy powstaje też lignina, nadająca drewnu jego sztywność.

Drzewo w połowie składa się z węgla, w dwóch piątych (42 proc.) z tlenu. Jego masa aż w 92 proc. pochodzi z dwutlenku węgla (CO2), które pochłonęło.

Ile dwutlenku węgla pochłania jedno drzewo?

Dorosłe drzewo pochłania – w zależności od jego wieku i rozmiaru – od kilku do kilkudziesięciu kilogramów dwutlenku węgla rocznie. Hektar lasu pochłania kilka do kilkudziesięciu ton tego gazu każdego roku.

Lasy strefy umiarkowanej nie są mistrzami w wiązaniu dwutlenku węgla. Nawet rosnące na dobrych glebach dojrzałe lasy bukowe pochłaniają około 9 ton CO2 na hektar rocznie. Przeciętny polski las pochłania jedną trzecią tego, trzy tony na hektar (podaje „Nauka o Klimacie”).

W Polsce mamy 9,3 miliona hektarów lasów. Nie są to lasy bukowe, najczęściej lasy mieszane, iglaste i plantacje leśne. Można spotkać szacunki, że pochłaniają 40 mln ton CO2 rocznie. Bardziej realistyczne wyliczenia („Nauki o klimacie”) mówią o 28 milionach ton dwutlenku węgla. Wynika to z niskiej jakości gleb, na których rosną polskie lasy, struktury gatunkowej, w której dominują sosny oraz tego, że spora część lasów to jedynie gospodarstwa leśne, służące do uprawy drzew.

Gdybyśmy chcieli usunąć z atmosfery ilość dwutlenku węgla, którą wytwarzamy w Polsce co roku w wyniku spalania paliw kopalnych, około 280 milionów ton, musielibyśmy pokryć lasami niemal dziesięć razy tyle, ile mamy powierzchnia kraju, która wynosi około 31 milionów hektarów.

Te wyliczenia uwzględniają jedynie emisje dwutlenku węgla pochodzące ze spalania paliw kopalnych. Całkowite polskie emisje, wliczając w to uwalnianie tego gazu wskutek „zmiany sposobu użytkowania gruntów”, czyli utraty terenów zielonych na rzecz rolnictwa lub wskutek ich zabudowy, wynoszą 350 mln ton rocznie.

Polska nie jest w stanie zrównoważyć swojego „węglowego długu” sadząc lasy. Choć, gdybyśmy przeszli całkiem na energię bezemisyjną (odnawialną lub jądrową) i zmniejszyli nieco produkcję i konsumpcję mięsa, nasze emisje byłyby mniej więcej o połowę niższe.

Liga mistrzów, czyli lasy tropikalne

Inaczej jest w skali globalnej. Jest wiele krajów, w których miejsca na sadzenie drzew jest pod dostatkiem, gleby są lepszej jakości, a lasy w większości mieszane lub liściaste.

Portal o klimacie MIT-u (Massachusetts Institute of Technology) przytacza następujące zgrubne szacunki. USA produkują około 5 miliardów ton dwutlenku węgla rocznie. Natomiast tamtejsze lasy rosną na lepszych glebach, są przeważnie mieszane lub liściaste (a nie monokulturami sosnowymi). Pochłaniają nawet do 50 ton tego gazu na hektar. W teorii zalesienie powierzchni takiej, jaką zajmuje Nowy Meksyk, powinno zmniejszyć amerykański ślad węglowy do zera (są to wyliczenia bardzo mocno teoretyczne).

Nawet najgęstsze lasy strefy umiarkowanej wypadają niezwykle blado przy lasach tropikalnych. Choć lasy Amazonii rosną na stosunkowo ubogich glebach, tropikalny klimat, różnorodność gatunków i gęstość drzew sprawiają, że hektar puszczy może wiązać od 300 do 490 ton dwutlenku węgla rocznie (znacznie mniej w Brazylii, najwięcej w Ekwadorze, Gujanie czy Surinamie).

(Powyższe dane podaję za stroną programu MAAP, która operuje tonami związanego w biomasie tony węgla, co czyni się często dla uproszczenia. W jednej tonie dwutlenku węgla jest około 0,273 tony węgla.)

Tropikalne lasy pochłaniają dziesiątki nawet do stu razy tyle dwutlenku węgla w przeliczeniu na jednostkę powierzchni, co europejskie. Są dla planety bezcenne. Dlatego powinniśmy zatrzymać wylesianie tropikalnych lasów deszczowych w Amazonii, Afryce i Indonezji za każdą cenę.

(Drzewa nie są jedynym naturalnym pochłaniaczem CO2. Istotną rolę odgrywa także gleba, do której trafiają związki organiczne. Około 45 proc. węgla jest w lasach związane w drzewach, podobna ilość w materii organicznej w glebie, reszta w ściółce i martwym drewnie.

Poza roślinami dwutlenek węgla wiążą też prowadzące fotosyntezę mikroorganizmy w oceanach, czyli fitoplankton. Część tego gazu ulega też związaniu w procesie wietrzenia skał, gdy z krzemianów powstają węglany.)

„Nawożenie dwutlenkiem węgla”? W sumie tak, ale…

Ponieważ dwutlenek węgla i woda są najważniejszym surowcem dla roślin, wielu naukowców sugerowało, że wzrost stężenia CO2 w atmosferze powinien przyczynić się do zwiększenia wydajności fotosyntezy.

Jest wiele badań, które wskazują na taki efekt. Z pomiarów satelitarnych wynika, że przez ostatnie 35 lat powierzchnia liści zwiększyła się o 25 do 50 procent, pisali badacze w 2016 roku.

Nie cały ten efekt wynika z rosnącego stężenia dwutlenku węgla w atmosferze. Około jednej piątej „przybytku zieleni” to skutek sadzenia drzew i zwiększenia areału upraw rolniczych, zwłaszcza w Indiach i Chinach. Część to wynik wyższych temperatur i wydłużenia okresu wegetacyjnego (wyliczano w pracy w 2019 roku). Optymistycznym akcentem jest natomiast to, że największy efekt wzrost stężenia CO2 w atmosferze widać właśnie w zwiększeniu biomasy drzew liściastych (pisali naukowcy w pracy z 2022 roku, ryc. 4).

Ten efekt nie wszędzie jest taki sam. Im cieplej, tym więcej pary wodnej może pomieścić powietrze. Jeśli pary wodnej nie przybywa, spada wilgotność (względna, mierzona w procentach) powietrza. To zjawisko fizyczne nosi nazwę „deficytu ciśnienia pary wodnej” lub „deficytu prężności pary wodnej” (vapour pressure deficit, VPD). Jak ważna jest wilgotność powietrza, wie każdy miłośnik roślin doniczkowych (i posiadacz szklarni).

Gdy robi się za sucho, rośliny przymykają aparaty szparkowe, co ogranicza parowanie wody z liści – ale także pobieranie dwutlenku węgla, a co za tym idzie, fotosyntezę. Spada też ciśnienie hydrostatyczne, które jest jednym z fizycznych czynników wzrostu roślin.

Wskutek globalnego ocieplenia deficyt ciśnienia pary wodnej, czyli VPD, na świecie rośnie. Częściowo niweluje to wpływ „nawożenia dwutlenkiem węgla”, a efekt ten nasilił się po roku dwutysięcznym, wynika z pracy analizującej dane satelitarne, opublikowanej w 2019 roku.

Drzewa rosną wiosną (i latem). Jesienią już nie

Milcząco zakładano, że fotosynteza zawsze oznacza wzrost drzewa, a co za tym idzie przyrost drewna i wiązanie dwutlenku węgla na dziesięciolecia). Okazuje się, że niekoniecznie. Z badań prowadzonych przez Lamont-Doherty Earth Observatory w University of Columbia wynika, że drzewa przestają rosnąć latem, choć fotosynteza zachodzi w nich do późnej jesieni.

Badacze wykorzystali zdjęcia satelitarne drzew, pomiary z wież, które rejestrowały stężenie dwutlenku węgla nad koronami drzew oraz z dendrometrów (czujników rejestrujących zmiany obwodu pnia) w 137 lokalizacjach w Stanach Zjednoczonych. Prześledzili też archiwalne dane o temperaturze ze stacji meteorologicznych od lat 50 ubiegłego wieku po dziś. Dane te pozwoliły na zmierzenie, kiedy i jak szybko rosną drzewa – oraz jaki wpływ mają na to temperatura i wilgotność powietrza.

Okazało się, że na wschodzie Stanów Zjednoczonych dęby rosną głównie od maja do końca lipca. Potem – choć nadal prowadzą fotosyntezę do późnej jesieni – już nie przyrastają. Badacze wyliczyli, że około 36 procent asymilacji dwutlenku węgla w procesie fotosyntezy przypada na okres, gdy drzewo już nie zwiększa swoich rozmiarów.

Nieco inaczej było w Kalifornii, gdzie dęby rosły od grudnia do kwietnia, potem przyrost drewna zwalniał – by także całkiem stanąć w sierpniu. Na okres bez wzrostu przypadało około 26 procent pochłaniania dwutlenku węgla przez drzewa, pisali badacze w „Science Advances” w czerwcu tego roku.

Ten efekt największy był w latach o najbardziej zmiennej pogodzie, gdy okresy deszczowe przeplatały się z okresami suchymi. Jak piszą badacze, ma to głęboki sens czysto fizyczny. Gdy w glebie jest niewiele wody, spada ciśnienie hydrostatyczne w roślinach. „Gdy pojawia się gorąca i sucha pogoda, wzrost ustaje niemal natychmiast, podczas gdy fotosynteza, w nieco mniejszym stopniu, trwa nadal”, tłumaczy na stronie uczelni główny autor pracy, ekoklimatolog, Mukund Palat Rao.

Globalne ocieplenie sprawia, że takich lat przybywa. Zmiana klimatu to nie tylko wzrost temperatury, lecz także zmiany w rozkładzie opadów, częstsze występowanie fal upałów, susz i innych ekstremalnych zjawisk pogodowych. Mniej jest umiarkowanie ciepłych dni i umiarkowanych opadów. Więcej jest dni upalnych i ulewnych opadów.

Co się dzieje z fotosyntezą jesienią?

Co dzieje się, gdy drzewo nadal jest zielone, a nie rośnie? Część fotosyntezy wykorzystywana jest na produkcję liści, nasion i owoców, które nie wiążą trwale dwutlenku węgla (zwłaszcza liście, które spadną jesienią). Inna część na bieżące procesy metaboliczne (podobnie jak ludzie, którzy spalają glukozę, nawet gdy siedzą bez ruchu na kanapie). Jeszcze inna na produkcję zapasów na zimę i wczesną wiosnę (by móc wyprodukować liście).

Trudno jest wyliczyć, ile dwutlenku węgla ulega trwałemu związaniu w biomasę, a ile jest sezonowo uwalniane (na przykład w wyniku bieżącego spalania glukozy albo rozkładania się liści i owoców). Wszystko wskazuje jednak na to, że scenariusze, w których drzewa wiążą więcej dwutlenku węgla dzięki jego wyższym stężeniom w atmosferze i wyższym temperaturom, trzeba będzie zweryfikować.

Naukowcy z Lamont-Doherty Earth Observatory będą badać, czy ten „rozjazd” fotosyntezy i wzrostu drzew dotyczy także innych gatunków, ekosystemów i regionów. Przypuszczają, że również go wykryją, ale trudno im oszacować, w jakim stopniu.

Praca ta sugeruje, że dotychczasowe szacunki dotyczące zdolności drzew do wiązania CO2 prawdopodobnie trzeba zmniejszyć o około 25-33 procent.

Sadzenie drzew jest dobre. Niewycinanie ich – znacznie lepsze

Drzewa nie wszędzie pochłaniają dwutlenek węgla tak samo skutecznie. Efekt „nawożenia dwutlenkiem węgla” z pewnością istnieje. Coraz bardziej jednak widać wpływ rosnących temperatur na spadek wilgotności względnej, co niekorzystnie wpływa na rośliny (nie tylko drzewa). Summa summarum, wiele wskazuje na to, że globalne ocieplenie było dla roślinności korzystne przejściowo, mniej więcej do początku tego stulecia.

Sadzenie drzew, zwłaszcza tam, gdzie wcześniej je wycięto, jest dobrym pomysłem, mówi prof. Charles Harvey z Massachusetts Institute of Technology, który bada, ile dwutlenku węgla wiążą lasy. Jednak znacznie skuteczniejsze jest po prostu ich niewycinanie. „To wręcz głupie planować sadzenie olbrzymiej ilości drzew, jeśli je wycinamy lub wypalamy, uwalniając dwutlenek węgla znacznie szybciej, niż mogą pochłaniać je nowe nasadzenia”.

Najważniejsze jest nie wycinać. A ponieważ lasy tropikalne najbardziej pochłaniają dwutlenek węgla i są najcenniejsze przyrodniczo, najlepsze co możemy zrobić, by to zatrzymać wylesianie Amazonii, Konga i Indonezji.

Oczywiście nie oznacza to, że nasze lasy strefy umiarkowanej możemy traktować ulgowo. Wycięcie hektara lasu uwalnia około stu ton dwutlenku węgla (a lasu podmokłego nawet do kilku tysięcy ton). Powinniśmy troskliwie opiekować się lasami i terenami podmokłymi. To najlepszy sposób, na wiązanie dwutlenku węgla, jaki mamy pod ręką. Nikt nie wymyślił jeszcze lepszego.

Prawie-samobójstwo zawodowe ekologa

W 2019 roku w „Science” ukazała się praca, która sugerowała, że lasy to najlepsze rozwiązanie na zmiany klimatu. Jak pisał w maju tego roku jeden z jej autorów, prof. Thomas Crowther na łamach „The Guardian”, prawie zakończyła jego karierę naukową.

Wspomina, że znajomy z organizacji ekologicznej (World Wildlife Fund) nazwał ją samobójstwem zawodowym. Ludzie będą wściekli, mówił Crowtherowi. Co z tego, że zazielenianie planety może pochłonąć około jednej trzeciej naszych emisji dwutlenku węgla. Nie da się ograniczyć powolnego wzrostu temperatur na Ziemi bez ograniczenia emisji — czyli rezygnacji ze spalania węgla, ropy i gazu.

Crowther się z tym zgodził i zgadza się nadal. (Emisje CO2, choć ich przyrost zwolnił, nadal rosną. Bez ich ograniczenia ilość dwutlenku węgla stale rośnie, a ocieplenie postępuje.) Jak tłumaczy najlepsze rozwiązanie oznacza dla niego nie takie, które pochłania najwięcej dwutlenku węgla – ale takie, które jest najlepszym sposobem na poprawienie życia i dobrostanu ludzi.

Jest wiele pomysłów na walkę z nadmiarem dwutlenku węgla w atmosferze i postępującym wzrostem średnich temperatur na Ziemi. Można w atmosferze rozpylać związki siarki, które schłodzą planetę. Można do oceanu wrzucać związki żelaza, których w oceanicznych wodach zwykle jest niewiele, by pobudzać wzrost fitoplanktonu.

Można wydobywać spod ziemi skały, kruszyć je i w sproszkowanej postaci rozsypywać na łąkach i polach. Można próbować wtłaczać dwutlenek węgla głęboko pod ziemię (gdzie również ulegnie związaniu przez minerały). Takie sposoby, polegające na celowej modyfikacji środowiska na globalną skalę nazywa się geoinżynierią.

To pomysły z pogranicza science-fiction. Wyliczenia i symulacje wskazują, że mogłyby zadziałać i nieco schłodzić planetę. Sęk w tym, że nie wiemy, jakie będą ich skutki uboczne i czy nie wymkną się spod kontroli, podnosi Crowther. Chcąc schłodzić Ziemię, możemy sprowadzić zbytnie ochłodzenie, susze, powodzie, nieurodzaj i klęskę głodu na olbrzymią skalę – lub wiele tych klęsk naraz.

Siła natury tkwi także w jej złożoności. Interwencje w naturalne mechanizmy często spalają na panewce lub obracają się przeciwko nam. Mogą pojawić się różne sprzężenia zwrotne, których nie będziemy już w stanie kontrolować. Wiemy na przykład, że wycinanie lasów zmniejsza wilgotność powietrza i gleby, co sprawia, że okoliczne lasy szybciej obumierają.

Jednak sprzężenia zwrotne i naturalne cykle (takie jak obiegu wody i węgla) nie są niczym obiektywnie dobrym albo złym, po prostu są. Jeśli wykorzystamy naturalne mechanizmy, zamiast je zaburzać, możemy na ich samonapędzającej się naturze jedynie skorzystać.

W przeciwieństwie do rozmaitych technologicznych interwencji, przywracanie naturalnej bioróżnorodności jest sposobem bardzo dobrze sprawdzonym i bezpiecznym. Nie zaburza żadnego naturalnego cyklu, korzysta z istniejącego już w przyrodzie od milionów lat. Ma też inny pozytywny skutek.

Ludzie się cieszą

Crowther wskazuje jeszcze jedną istotną rzecz: przywracanie naturalnej bioróżnorodności poprawia życie lokalnych społeczności. Gdy ludzie widzą zmiany na lepsze, ich motywacja do zmiany staje się wewnętrzna (i co za tym idzie silniejsza). Stają się częścią naturalnych, samonapędzających się mechanizmów.

Jest wiele takich przykładów. Ochrona mokradeł Iberá w Argentynie stworzyła całą gałąź gospodarki, która zatrudnia strażników, tropicieli zwierząt i przewodników. W Saseri w północnych Indiach, zalesianie i poprawa jakości gleb pozwoliła na zatrzymanie wody i zwiększenie upraw 1200 rolników.

Tysiąc kilometrów stamtąd, w Gudżaracie, kobiety przywracają namorzynowe lasy, które chronią dwanaście wiosek przed erozją, a przy okazji sprawiają, że rybacy łowią więcej ryb, a rolnicy mają większe zbiory.

Takie projekty pokazują, że nie trzeba wielkich zmian, żeby zmienić świat na lepsze. Wystarczy ułamek naszych globalnych zasobów (mniej niż jeden procent światowego produktu brutto) i niewiele naszej uwagi, by lokalne społeczności zajmowały się przyrodą i na tym korzystały – z korzyścią dla globalnego bilansu pochłaniania dwutlenku węgla. Wiele takich projektów oznacza setki milionów ton związanego CO2.

„Im bardziej zniszczone jest środowisko naturalne, tym bardziej go potrzebujemy. Gdy natura się odradza, daje to nie tylko zajęcie, pożywienie i rezerwuary związanego węgla, daje nadzieję, radość i inspirację, jakich nasz gatunek potrzebuje w tym kluczowym momencie.” Jak konkluduje prof. Crowther, dla projektów renaturyzacji z całym jej potencjałem dalekosiężnych sprzężeń zwrotnych, kluczowe są ludzkie emocje.

Cieszy nas, że udało się wstrzymać prace przy regulacji lokalnej rzeczki, że wróciły nad nią bobry i słychać kumkanie żab. Cieszy nas, że udało się obronić okoliczny las przed piłami leśników, bo lubimy cień drzew i śpiew ptaków. To wszystko cieszy nas także, bo mamy poczucie wspólnoty i sprawczości – a to nie mniej ważne od tego, ile dwutlenku węgla pochłonie las.

Lasy mogą pochłonąć dwie trzecie

Na koniec wróćmy do liczb. W przytaczanej powyżej pracy (z „Science” z 2019 roku) która powstała pod kierunkiem prof. Crowthera wynikało, że lasy nie pochłoną wszystkich dotychczasowych emisji dwutlenku węgla ze spalania węgla, ropy i gazu przez ludzkość. Mogłyby jednak pochłonąć ich znaczącą większość.

Autorzy pracy wyliczali, że w obecnych warunkach klimatycznych na lądach mogłoby rosnąć 4,4 miliardów hektarów lasów. Ponieważ na Ziemi rośnie około 2,8 mld ha lasów, więc w teorii można by obsadzić drzewami jeszcze 1,6 mld hektarów.

Niestety większość z tej powierzchni jest zajęta (użytkowana rolniczo lub zabudowana). Dostępne jest jedynie 0,9 miliarda hektarów. To jednak i tak bardzo dużo, mniej więcej tyle wynosi lądowa powierzchnia Stanów Zjednoczonych.

Lasy o takiej powierzchni mogłyby zatrzymać około 205 miliardów ton węgla, mniej więcej dwie trzecie z około 300 miliardów wysłanych przez ludzkość w powietrze od czasów Rewolucji Przemysłowej.

W późniejszej erracie autorzy szacunki te zmniejszyli do jednej trzeciej, jak tłumaczyli, nie wzięli pod uwagę, że ponad połowę nadmiaru dwutlenku węgla pochłonęły oceany i gleby.

Prof. Crowther komentował wtedy na stronie uczelni (ETH w Zurychu): „Wszyscy wiemy, że sadzenie lasów może odegrać rolę w walce ze zmianą klimatu, ale nie zdawaliśmy sobie sprawy, jak duży może być ich wpływ. Nasze badania wskazują, że zalesianie może być potężnym narzędziem pochłaniania dwutlenku węgla z atmosfery. Musimy jednak działać szybko, bo nowe lasy potrzebują dekad, by urosnąć i osiągnąć pełen potencjał w wiązaniu węgla”.

Tych słów nikt nie wziął specjalnie do serca. Od tego czasu lasów na Ziemi nie przybyło. Z 4,25 mld hektarów lasów w 2019 roku w 2025 roku pozostało 4,14 mld hektarów (podaje „Our World in Data”).

Straciliśmy 0,11 miliarda hektarów lasów, czyli 110 milionów hektarów. To obszar mniej więcej czterech powierzchni Polski.