Od 1981. godine, satelitska tehnologija omogućuje praćenje vegatacijskog pokrova planete na globalnoj skali. Tucker i sur. (1986) objavljuju prvo istraživanje koje je pokazalo usku povezanost zelenila krošnji i fotosintetičke aktivnosti koju se u radu predstavlja sezonalnom varijacijom u koncentraciji atmosferskog CO2 [1]. Pritom se u upotrebu uvodi mjera za “vegetativno zelenilo”, NDVI (Normalized Difference Vegatation Index), koju je moguće odrediti iz satelitskih radiometrijskih podataka. NDVI se je u kasnijim godinama uspješno koristio za praćenje trendova vegetativne aktivnosti. 1997. godine objavljuje se istraživanje koje pokazuje ubrzan rast vegetacije u višim zemljopisnim širinama sjeverne hemisfere i to je bio prvi znanstvenoistraživački rad u kojem su zamijećeni takvi trendovi [2]. Kasnije su uslijedila druga istraživanja na temu i zaključeno je da se slični trendovi uočavaju diljem planete [3-8]. Uvodi se pojam “globalnog ozelenjavanja” planete (engl. global greening) koje je nedvojbeno dokazano kroz sad već četiri desetljeća satelitskih podataka. Uz povećanje površine planete pod vegetativnim pokrovom, podaci pokazuju i jasno produljenje sezone rasta.

Osim uočavanja nepobitne činjenice da se vegetativni pokrov planete povećava u zadnjim desetljećima, znanstvenici se sve više zanimaju i za definiranje mehanističkih razloga takvih promjena [6,9]. Pokazuje se da je porast vegetativnog pokrova u visokim zemljopisnim širinama posljedica povećanja globalne temperature na Zemlji [5,9]. Zhu i sur. (2016) zaključuju da nije samo porast temperature uzrokom bržeg rasta vegetacije u hladnijim područjima, već da globalno vegetacija raste osjetno brže zbog porasta koncentracije ugljičnog dioksida [6]. Istraživanje iz Kine pokazuje da u novije vrijeme pošumljavanje te intenzivnije korištenje obradivih površina u Kini i Indiji znatno doprinose porastu ukupne količine vegetativnog pokrova [8]. Danas čak i IPCC prepoznaje globalni porast vegetativnog pokrova kao jedan od nepobitnih pokazatelja klimatskih promjena na planeti [10].

Ozelenjavenje planete nije samo posljedica zatopljenja i povećanja koncentracije CO2, već i stvara povratnu vezu u klimatski sustav planete kroz biokemijske i biogeofizičke procese. Te povratne veze se često istražuju kroz modele u kojima je parametrizirana sprega vegetacije, atmosfere i hidrološkog ciklusa [11]. Takva istraživanja pokazuju da porast vegetativnog pokrova može ubrzati hidrološki ciklus povećanjem količine vode koja isparava iz tla kroz vegetaciju, modificirati energetske tokove između podloge i atmosfere te može utjecati i na atmosfersku cirkulaciju [12,13].

Satelitski senzori kojima se prati vegetativno stanje na planeti uključuju AVHRR (Advanced Very-High-Resolution Radiometer), MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), te Lansat. Produkti procesiranja satelitskih zapisa koji se odnose na vegetativni pokrov su već spomenut NDVI, te u novije vrijeme LAI (Leaf Area Index), EVI (Enhanced Vegetation Index), NIRv (Near-Infrared Reflectance of terrestrial vegetation), VOD (Vegetation Opical Depth) te CSIF (Contiguous Solar-Induced Flurescence). Promjene ovih indeksa od 1980. do 2020. na globalnoj skali prikazane su na slici 1 [14]:

Slika 1, izvor [14]

Piao i sur. (2020) u radu objavljenom u časopisu Nature, na široko diskutiraju uzroke globalnog ozelenjavanja planete, uzročno-posljedične veze u sprezi tla, vegetacije i atmosfere, te sistematiziraju dosadašnji znanstvenoistraživački rad na tu temu [14].

Ugljični dioksid se smatra podlogom za fotosintezu, pa stoga porast koncentracije CO2 poboljšava uvjete za fotosintezu u biljkama, povećavajući stopu karboksilacije [15]. Također, porast koncentracije ugljičnog dioksida omogućuje biljkama da bolje iskorištavaju raspoloživu vodu, djelomično zatvarajući pore na lišću [16]. Taj mehanizam ima za posljedicu bolji rast biljaka, posebice u sušnijim područjima [17-19]. Sitch i sur. (2015) navode da je porast koncentracije CO2 odgovoran za čak 70% uočenog povećanja LAI indeksa od 1980. godine [20].

Povećanje količine oborine uzrokuje 28% porasta globalne površine pod vegetativnim pokrovom [6]. U tropima je temperatura blizu optimalnih vrijednosti za rast vegetacije [21], ali porast temperature u višim zemljopisnim širinama stvara osjetno povoljnije uvjete za porast biljne mase [22-26]. Smatra se da bi daljnji porast temperature u tropskom području mogao dovesti do otežanih uvjeta za rast vegetacije u tim krajevima, ali povećana brzina vegetativnog rasta u umjerenim i polarnim područjima značajno nadmašuje te učinke usporavanja u tropima [14].

Slika 2, izvor [14]

Inerakcija biljnog pokrova s podlogom i atmosferom je mnogostruka. Brojne su povratne veze koje definiraju spregu ovih sustava. Shematski dijagram koji sumira procese podloge i interakcije s atmosferom te modifikatore povezane s biljnim pokrovom prikazan je na slici 2 (a) [14]. U dijelu b se sumiraju učinci porasta vegetativnog pokrova na hidrološki ciklus, te na energetsku ravnotežu (dio c).

Iz slike 2, dio c, vidljivo je da ukupno radiativno forsiranje s porastom vegetativnog pokrova planete ima negativan predznak, što znači da utječe na usporavanje globalnog zatopljenja. Najveća komponenta hlađenja pritom dolazi iz trošenja latentne topline na pojačano isparavanje vodene pare kroz biljni pokrov. Stoga ozelenjavanje planete predstavlja negativnu povratnu vezu u sustavu te djeluje povoljno na ublažavanje klimatskih promjena u budućnosti [14].

Slika 3, izvor [14]

Proračuni numeričkih modela pokazuju da će se u budućnosti s daljnjim porastom temperature i koncentracije ugljičnog dioksida, ozelenjavanje planete nesumnjivo nastaviti i dalje te da će biti brže što se Zemlja više zagrije.

Prema CMIP5 projektu (Coupled Model Intercomparison Project Phase 5), do 2100. (RCP2.6 i RCP8.5), doći će do značajnog porasta vegetativnog pokrova i produljenja sezone rasta diljem planete (slika 3).

Na slikama je prikazana relativna promjena u trajanju sezone rasta na planeti prema najtoplijem, RCP8.5 scenariju (slika 3), te očekivana anomalija globalnog LAI indeksa prema CMIP5 modelima i usporedba s već uočenom promjenom od 2000. do 2018. (slika 4) [14].

Slika 4, izvor [14]

Pošumljavanje predstavlja izvrsnu strategiju ublažavanja klimatskih promjena i promocije općenito zdravog suživota s prirodom. Međutim, porastu koncentracije i mase biljnog pokrova ne doprinosi samo izravno pošumljavanje i sadnja, već i prirodna reakcija na topliji planet bogatiji ugljičnim dioksidom, te se Zemlja u tom kontekstu postavlja blagonaklono prema antropogenom djelovanju. Nije samo ublažavanje klimatskih promjena pozitivan učinak globalnog ozelenjavanja. Ne treba posebno naglašavati da je poboljšanje uvjeta za biljni rast ujedno i snažan temelj osiguravanja hrane za budućnost. Naravno, sve ima svoje granice i ne treba očekivati da bi se vegetativni porast na planeti nastavio beskonačno dugo s porastom globalne temperature zraka. Neke procjene govore da 5°C topliji planet od sadašnje Zemlje, posjeduje idealnu temperaturu za maksimalno podržavanje bioloških procesa [27], te da bi daljnji porast temperature nakon te vrijednosti imao negativan učinak.

Ono što je prilično sigurno, to je da našu i vjerojatno par sljedećih generacija očekuje poprilično zelena Zemlja.

Reference

  1. Tucker, C. J., Fung, I. Y., Keeling, C. D. & Gammon, R. H. Relationship between atmospheric CO2 variations and a satellite-derived vegetation index. Nature 319, 195–199 (1986).
  2. Myneni, R. B., Keeling, C. D., Tucker, C. J., Asrar, G. & Nemani, R. R. Increased plant growth in the northern high latitudes from 1981 to 1991. Nature 386, 698–702 (1997). The first study to reveal large-scale vegetation greening over the Northern Hemisphere.
  3. Zhou, L. et al. Variations in northern vegetation activity inferred from satellite data of vegetation index during 1981 to 1999. J. Geophys. Res. Atmos. 106, 20069–20083 (2001).
  4. Goetz, S. J., Bunn, A. G., Fiske, G. J. & Houghton, R. A. Satellite-observed photosynthetic trends across boreal North America associated with climate and fire disturbance. Proc. Natl Acad. Sci. USA 102, 13521–13525 (2005).
  5. Xu, L. et al. Temperature and vegetation seasonality diminishment over northern lands. Nat. Clim. Change 3, 581–586 (2013).
  6. Zhu, Z. et al. Greening of the Earth and its drivers. Nat. Clim. Change 6, 791–795 (2016). A detailed attribution study of global leaf area index change during the past three decades with ensemble dynamic global vegetation models.
  7. Ju, J. & Masek, J. G. The vegetation greenness trend in Canada and US Alaska from 1984–2012 Landsat data. Remote. Sens. Environ. 176, 1–16 (2016).
  8. Chen, C. et al. China and India lead in greening of the world through land-use management. Nat. Sustain. 2, 122–129 (2019). Demonstrates the pattern of global greening since 2000 with the latest MODIS C6 collection data.
  9. Lucht, W. et al. Climatic control of the high-latitude vegetation greening trend and Pinatubo effect. Science. 296, 1687–1689 (2002).
  10. Arneth, A. et al. IPCC special report on climate change and land. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) https://www.ipcc.ch/report/srccl/ (2019)
  11. Eyring, V. et al. Overview of the Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) experimental design and organization. Geosci. Model. Dev. 9, 1937–1958 (2016).
  12. Swann, A. L. S., Fung, I. Y. & Chiang, J. C. H. Mid-latitude afforestation shifts general circulation and tropical precipitation. Proc. Natl Acad. Sci. USA 109, 712–716 (2012).
  13. Zeng, Z. et al. Climate mitigation from vegetation biophysical feedbacks during the past three decades. Nat. Clim. Change 7, 432–436 (2017). A quantification of the climatic impacts of vegetation greening through modulating land-atmosphere energy and water exchanges, with an Earth system model forced by satellite-observed LAI change during the past three decades.
  14. Piao, S., Wang, X., Park, T. et al. Characteristics, drivers and feedbacks of global greening. Nat Rev Earth Environ 1, 14–27 (2020).
  15. Farquhar, G. D. & Sharkey, T. D. Stomatal conductance and photosynthesis. Annu. Rev. Plant. Physiol. 33, 317–345 (1982).
  16. Keenan, T. F. et al. Increase in forest water-use efficiency as atmospheric carbon dioxide concentrations rise. Nature 499, 324–327 (2013).
  17. Fensholt, R. et al. Greenness in semi-arid areas across the globe 1981–2007—an Earth Observing Satellite based analysis of trends and drivers. Remote. Sens. Environ. 121, 144–158 (2012).
  18. Donohue, R. J., Roderick, M. L., McVicar, T. R. & Farquhar, G. D. Impact of CO2 fertilization on maximum foliage cover across the globe’s warm, arid environments. Geophys. Res. Lett. 40, 3031–3035 (2013).
  19. Ukkola, A. M., Prentice, I. C., Keenan, T. F., van Dijk, A. I. J. M., Viney, N. R., Myneni, R. B. & Bi, J. Reduced streamflow in water-stressed climates consistent with CO2 effects on vegetation. Nat. Clim. Change 6, 75–78 (2015).
  20. Sitch, S. et al. Recent trends and drivers of regional sources and sinks of carbon dioxide. Biogeosciences 12, 653–679 (2015).
  21. Huang, M. et al. Air temperature optima of vegetation productivity across global biomes. Nat. Ecol. Evol. 3, 772–779 (2019).
  22. Keenan, T. F. & Riley, W. J. Greening of the land surface in the world’s cold regions consistent with recent warming. Nat. Clim. Change 8, 825–828 (2018).
  23. Braswell, B. H., Schimel, D. S., Linder, E. & Moore, B. III The response of global terrestrial ecosystems to interannual temperature variability. Science 278, 870–873 (1997).
  24. Piao, S., Friedlingstein, P., Ciais, P., Viovy, N. & Demarty, J. Growing season extension and its impact on terrestrial carbon cycle in the Northern Hemisphere over the past 2 decades. Glob. Biogeochem. Cycles 21, GB3018 (2007).
  25. Linderholm, H. W. Growing season changes in the last century. Agric. For. Meteorol. 137, 1–14 (2006).
  26. Richardson, A. D. et al. Influence of spring and autumn phenological transitions on forest ecosystem productivity. Philos. Trans. R. Soc. Lond. 365, 3227–3246 (2010).
  27. Schulze-Makuch, Dirk & Heller, René & Guinan, Edward.In Search for a Planet Better than Earth: Top Contenders for a Superhabitable World. Astrobiology (2020).