Sucho v Amazónii mení chémiu zemskej atmosféry

Počas najhoršieho sucha v Amazónii za posledné desaťročia sa pod povrchom pôdy odohralo niečo neobvyklé. Pôda, ktorá bežne funguje ako špongia a pohlcuje z ovzdušia plyn nazývaný izoprén, tento proces takmer úplne zastavila.

Nový výskum ukazuje, že schopnosť pôdy pohlcovať tento plyn klesla na približne štvrtinu bežných hodnôt, keď sucho a horúčavy dosiahli extrémne úrovne.

Tento posun má dôsledky, ktoré ďaleko presahujú hranice pralesa.

Neviditeľné emisie Amazónie

Výskum viedol tím z Max Planckovho inštitútu pre chémiu v nemeckom Mainzi. Vedci merali tok izoprénu do pôdy pralesa počas viacerých sezón, vrátane rekordného suchého obdobia v roku 2023, keď silné El Niño zrazilo hladiny riek na historické minimá a rastlinstvo v regióne bolo viditeľne vystresované.

Izoprén pochádza z rastlín a tropické pralesy ho produkujú v ohromujúcom množstve – celosvetovo viac ako 500 megaton ročne, pričom Amazónia patrí medzi najväčšie zdroje na planéte. Pôda hrá dôležitú úlohu tým, že tento plyn z ovzdušia pohlcuje a pomáha tak udržiavať jeho hladiny pod kontrolou. Ako sa toto správanie mení počas skutočného sucha v reálnom, fungujúcom pralese – a nie v laboratóriu – zostávalo doteraz záhadou, hlavne z logistických dôvodov. Merať výmenu plynov medzi pôdou a atmosférou sezónu po sezóne a pritom byť na mieste práve vtedy, keď prepukne historické sucho, si vedci len ťažko môžu naplánovať. Tomuto tímu sa to však podarilo zachytiť priamo v priebehu.

Ako sucho zastavilo pôdu

Vedúci autor štúdie Giovanni Pugliese z Max Planckovho inštitútu vysvetlil, že počas extrémnych klimatických podmienok vyvolaných El Niño v roku 2023 pohlcovanie izoprénu pôdou náhle prestalo reagovať na rastúcu koncentráciu tohto plynu v ovzduší. Výsledky podľa neho zodpovedajú fyziologickému obmedzeniu pôdnych mikróbov, ktoré izoprén rozkladajú, keď vlhkosť pôdy klesne pod 20 percent.

Mikróby, ktoré za normálnych okolností izoprén v pôde rozkladajú, akoby narazili na stenu, keď vlhkosť klesne pod istú hranicu. Vtedy už vôbec nezáleží na tom, koľko izoprénu sa vznáša vo vzduchu nad nimi – mikróby jednoducho nestíhajú. Kapacita pohlcovania klesla viac ako štvornásobne v porovnaní s bežnými podmienkami a tento pokles bol náhly.

Plyn s veľkým dopadom

Izoprén sa v atmosfére nedrží večne. Rozkladajú ho najmä hydroxylové radikály – hlavný „čistiaci prostriedok" atmosféry – s menším prispením ozónu. Táto chémia má následky, ktoré presahujú samotný izoprén: ovplyvňuje, ako dlho v atmosfére zostávajú skleníkové plyny ako metán, a tiež to, ako rýchlo vznikajú sekundárne organické aerosóly.

Množstvo izoprénu v ovzduší je v podstate výsledkom súboja troch síl: koľko ho vypúšťajú koruny stromov, ako rýchlo ho rozkladá atmosféra a koľko ho dokáže späť pohltiť pôda. Ak sa naruší čo i len jeden z týchto troch faktorov – presne to sa stalo v roku 2023 – následky sa nezastavia len na okraji pralesa.

Ako sa les bráni

Vedci zistili, že keď amazonský ekosystém čelí krátkodobému suchu a extrémnym horúčavám, zvyšuje sa hladina izoprénu v ovzduší. Deje sa tak vďaka kombinácii dvoch efektov: koruny stromov produkujú viac izoprénu, zatiaľ čo pôda ho súčasne oveľa horšie pohlcuje.

To zodpovedá tomu, čo vedci už vedia o dôvode, prečo rastliny izoprén vôbec produkujú – slúži im ako obrana proti teplu a oxidačnému stresu. Počas sucha stromy zjavne zvyšujú jeho produkciu. Zároveň sa rozpadá schopnosť pôdy tento plyn pohlcovať, čo spolu vytvára dvojitý úder, ktorý ženie hladiny atmosférického izoprénu ešte vyššie.

Známa reakcia na sucho

Nejde o úplne nový jav. Podobné správanie sa už predtým pozorovalo pri umelom experimente s tropickým pralesom, ktorý skúmal, ako sucho a následné opätovné zavlaženie ovplyvňujú výmenu biogénnych prchavých organických zlúčenín (VOC) v pôde. Aj tam, keď vlhkosť klesla pod 19 percent, pôda plyny nielen menej pohlcovala – úplne sa obrátila a stala sa čistým zdrojom VOC namiesto ich pohlcovača.

Toto skoršie zistenie sa až prekvapivo zhoduje s tým, čo teraz vedci pozorovali priamo v skutočnej Amazónii. Naznačuje to, že nejde o náhodu spojenú výlučne so suchom v roku 2023, ale o prahové správanie, na ktoré pôdne mikróby narazia pomerne konzistentne vždy, keď je dostatočne sucho – bez ohľadu na to, kde sa nachádzajú.

Skrytá klimatická spätná väzba

V tomto všetkom sa skrýva spätná väzba. Vyššie hladiny izoprénu neodrážajú len stres zo sucha – zároveň znižujú oxidačnú kapacitu atmosféry a predlžujú dobu, počas ktorej v nej zotrváva metán, čím k suchu pridávajú ďalšiu klimatickú záťaž.

Zostáva otvorenou otázkou, či sa táto situácia bude zhoršovať s tým, ako budú suchá spojené s El Niño čoraz častejšie a intenzívnejšie, alebo či sa pôdne mikróby napokon prispôsobia teplejšej a suchšej „novej normálnosti".

Vedci upozorňujú, že globálne klimatické modely musia pohlcovanie izoprénu pôdou začať zohľadňovať ako reálny, premenlivý faktor – nie ako niečo, čo sa dá jednoducho zanedbať. Bez tejto zmeny modely pravdepodobne nedokážu presne zachytiť, ako sa tieto klimatické spätné väzby v tropických oblastiach skutočne prejavujú.

Štúdia bola publikovaná v časopise Nature Communications Earth & Environment.