Hydrologie rašelinišť a uvolňování uhlíku: proč záleží na maloplošných procesech

Verze PDF

Článek je kompilací dlouholetých výzkumů rašelinišť, jejich hydrologie a režimu uhlíku. Význam rašelinišť bývá často pro vývoj globálního klimatu podceňován. Rašeliniště přitom představují významný zásobník uhlíku a v minulosti podstatně ovlivňovaly globální teplotu. Značný vliv na uvolňování uhlíku z rašelinišť mají hydrologické procesy, je proto důležité zkoumat vliv globálních změn také na hydrologii rašelinišť. Pohyb vody v rašeliništích je velmi komplexní a význam rašelinišť při zadržování povodňové vody je mnohem komplikovanější, než se obecně předpokládá. Většina dosavadních modelů opomíjela tok vody skrze makropóry a pukliny. K predikci vlivu globálních změn na funkci rašelinišť lze využít moderních metod modelování, vzhledem ke značné komplexicitě těchto procesů je však nutné do těchto modelů zahrnout podstatně více faktorů než doposud. Rovněž přístup k obnově a tvorbě rašelinišť bude nutné přehodnotit.

Využitelné výstupy: 
  1. Rašeliniště zabírají jen 3 % pevniny, zadržují však 10 % zásob sladké vody a přibližně třetinu zásob uhlíku uloženého v terestrické biosféře. Hrají proto významnou roli při snižování obsahu CO2 v atmosféře. Odhaduje se, že v posledních 10 000 letech uhlík vázaný v rašeliništích snížil globální teplotu o 1,5 - 2° C. Odvodňování, těžba a požáry mění rašeliniště spíše na zdroj uhlíku než jeho zásobník. Navzdory svému významu jsou rašeliniště podceňována v textech o globálním oteplování a emisích.
  2. Často dochází k mylným závěrům, že rašeliniště (i) mohou sloužit jako zásoba vody pro období sucha a (ii) mohou snižovat negativní efekty povodní zadržením srážkové vody. Rašeliniště mohou někdy přispívat k zachycení vody ze srážek a snížit maximální průtok. To však závisí na aktuální saturaci vodou. V zimě a na jaře je jejich schopnost zadržovat vodu nejmenší. Tuto schopnost navíc mohou mít pouze rašeliniště ležící mezi zdroji podzemní vody a řekou. Rašeliniště ovšem mohou být naopak i zdroji povodňové vody.
  3. Většina výzkumů vychází z dvojúrovňového modelu rašeliniště rozděleného na akrotelm (povrchová, aktivní vrstva s rychlou výměnou vody a fluktuací hladiny) a katotelm (permanentně zaplavená hlubší vrstva). Z tohoto modelu vyplývá, že největší odtok a transfer živin se děje v horní vrstvě. Tento model však ignoruje významnou roli toku skrz makropóry (větší než 1 mm) a pukliny (větší než 10 mm). Okolo 30 % odtoku rašeliniště může probíhat skrz makropóry, což vede k přesunům vody a živin mezi hlubšími a mělčími vrstvami rašeliniště. To je důležité hlavně u ombrotrofních rašelinišť, kde pukliny zajišťují také vertikální výměnu sedimentů a roztoků.
  4. Zdá se, že u mnoha rašelinišť převažuje odtok z překročení nasycení (vzniká při nižších srážkových intenzitách, kdy půda je plně nasycena, a odtékající voda je proto směsí čerstvé dešťové vody a vody vyplavené z půdy) nad odtokem z překročení infiltrace (intenzita srážek je rychlejší než infiltrační kapacita půdy a odtékající voda je pouze srážkového původu). Existuje také určitá dynamika těchto procesů v čase a prostoru: krátce po srážkách může sloužit jako zdroj odtokové vody povrch celého rašeliniště, ale jak dochází k vysychání, vznikají rozdíly mezi jednotlivými místy na základě topografie: čím strmější svah, tím méně často slouží místo jako zdroj odtékající povrchové vody.
  5. Dalším důležitým faktorem pro odtok vody jsou makropóry a pukliny, které je nyní možné systematicky zkoumat pomocí georadaru (GPR). Tvorbu puklin mohou výrazně zvýšit změny klimatu a využití krajiny. Hustotu puklin i makropórů významně ovlivňuje topografie: vyšší je na vrcholku a úpatí svahu, nižší ve svahu. Podle stejného topografického patternu se může objevovat stržová eroze. Z toho vyplývá, že existuje souvislost mezi podpovrchovou erozí a procesy transferu vody a mezi geomorfologií povrchu a úbytkem nerozpuštěného organického uhlíku. Autor tento fakt vysvětluje tím, že rozdílná topografie podporuje rozdílný způsob ukládání rašeliny. Na úpatí a na vrcholcích se tvoří vodní plochy, topografická mozaika, mozaika druhů. Svahy jsou lépe odvodněny, mají uniformnější podmínky, rostlinná společenstva jsou homogennější. Svahy jsou proto méně náchylné k tvorbě puklin a větvení své sítě.
  6. Produkce CO2 v rašeliništích zpravidla stoupá trojnásobně s nárůstem teploty o každých 10°C. Export uhlíku je silně ovlivňován pohybem vody. Většina metod a prací ignorovala odnos uhlíku vodou, stejně jako větrnou erozi, odplavování celých bloků rašeliny např. po sesuvech, či podzemní erozi v rozšiřujících se puklinách. Predikce toků uhlíku sestavené na základě budoucích scénářů změn teplot a srážek jsou proto zřejmě nedostatečné.
  7. Člověkem založené požáry, těžba rašeliny, klimatické změny, rozsáhlé odvodňování a odlesňování jsou faktory mající přímý vliv na cykly uhlíku a hydrologické procesy. Rašeliniště nadále nedokáže ukládat uhlík a většina dříve uloženého uhlíku je náhle uvolněna do atmosféry. Z hlediska odtoku vody platí, že zásah do stejného rašeliniště v různých jeho místech může vyvolat zcela protichůdnou odezvu a že maloplošné změny mohou mít dalekosáhlé důsledky.
  8. Klesající hladina podzemní vody a následné vysychání může vést ke smršťování rašeliny a k rozvoji makropórů, které se vlivem eroze mohou proměnit v dutiny. Kromě toho snížení hladiny podzemní vody vede ke změnám chemismu. V důsledku klimatických změn lze očekávat strukturální a chemické změny rašelinišť. Existují tři možnosti, jak budou rašeliniště reagovat na globální změny klimatu: (a) stanou se zdrojem uhlíku, (b) zůstanou úložištěm uhlíku, (c) budou ukládat ještě více uhlíku. Predikce ukazují, že pokud by po snížení vodní hladiny došlo k oxidaci 2mm vrstvy rašeliny za rok, způsobí to uvolnění 1,6 bilionů tun CO2, což odpovídá 8 % CO2 uvolněného spalováním fosilních paliv. Nicméně zároveň dojde ke snížení objemu uvolňovaného CH4, jelikož bude potlačena aktivita anaerobních methanogenních bakterií. Záleží také, kde na Zemi se konkrétní rašeliniště nachází. Rašeliniště v boreální a subarktické zóně jsou obklopeny permafrostem, který bude v důsledku oteplování tát, methanogenní bakterie tak budou zvýhodněny a bude se uvolňovat více CH4 ve srovnání s rašeliništi temperátu.
  9. Změny prostředí (např. změny vegetace, pokles humifikace) mohou vést i ke změně vlastností povrchu rašeliny a její tvorby. Změny struktury povrchu mohou určovat odpověď rašeliniště k hydrologickým změnám. Odpověď rašeliniště na globální klimatické změny bude velmi komplexní, je proto nutné přistupovat ke všem predikčním modelům obezřetně.
  10. Snahy o vytváření nových rašelinišť z důvodu nedostatku financí většinou představují jen nahodilé akce. Z toho důvodu také nelze zatím vědecky hodnotit úspěšnost těchto pokusů a jejich efektivitu. Obnova rašelinišť často zahrnuje opětovné zvýšení podzemní vody a rekolonizaci významnými druhy (např. Sphagnum). Různými způsoby se uměle zabraňuje odtékání vody. Existuje ale řada nevyřešených problémů spojených s tímto managementem: (i) vysoká cena, (ii) určení nejefektivnější metody zadržení vody, (iii) vliv zadržování vody na říční tok a kvalitu říční vody a (iv) nejistý vliv na rašeliniště a vegetaci v souvislosti s trvalými strukturními a chemickými změnami, ke kterým mohlo dojít v důsledku snížení hladiny. Price (1997) navrhuje při obnově rašelinišť kromě zahrazovacích příkopů použít ke zvýšení podzemní hladiny vody také některé další metody managementu, jako tvorbu otevřených nádrží, užití travního mulče, či napomáhání místní vegetaci vyséváním a šířením diaspor na poškozenou půdu.
  11. Lze získat detailní topografická data a sestavit digitální model povrchu s přesností 12 cm výšky. V modelu je vhodné zohlednit i odvodňovací kanály a využít informace o vegetaci a saturaci rašelinišť pro stanovení priorit při jejich obnově a detekci poškozených míst. Taková integrace různých poznatků neignoruje časovou a prostorovou variabilitu rašelinišť, na rozdíl od akrotelm-katotelm modelu. Ovšem stále ještě přehlíží podpovrchové toky, které jsou rovněž velmi důležité a jejichž inkorporací do modelů se musí zabývat další výzkum.
  12. Dnešní klima je odlišné od klimatu v raném holocénu, kdy se mnoho rašelinišť formovalo. Na mnoha místech bylo formování rašelinišť spolu s klimatem způsobeno činností člověka (odlesnění, pastva). Dnes obnovená rašeliniště se mohou vyvíjet po úplně odlišné trajektorii. Je potřeba vždy zvážit, zda chceme pouze obnovit “současné ekologické funkce“, nebo chceme rašeliništím dovolit hydrochemicky se vyvíjet novými směry.
Grafické přílohy: 
Obr. 1: Odtok vody z vrchoviště měřený po 15 minutách. Graf demonstruje, že hydrologický režim rašeliniště může být velmi komplikovaný a těžko predikovatelný.
Obr. 2: Průběh srážek, odtok vody a hladina podzemní vody. Schopnost vrchoviště absorbovat srážkovou vodu závisí na délce předchozího suchého období a výšce hladiny podzemní vody.
Obr. 3: Srovnání (a) klasického modelu katotelm-akrotelm a (b) modelu zohledňujícího procesy spojené s dutinami v rašelině.
Obr. 4: Odtok z rašelinného svahu během deště a po dešti. S vysycháním rašeliniště se v závislosti na topografii povrch diferencuje na zdrojové zóny (úpatí a vrchol svahu) a sušší zóny (uprostřed svahu). OLF = povrchový odtok.
Obr. 5: Cyklus uhlíku v rašeliništi.
Obr. 6: Jeden z možných důsledků odvodnění svahového rašeliniště. V důsledku synchronizované vlny dochází ke zvýšení maximálního průtoku v řece.
Zdroj: 
Holden J. (2005): Peatland hydrology and carbon release: why small-scale process matters. – Phil. Trans. R. Soc. A 363: 2891-2913.
Zadal: 
Vojtěch Taraška
EEA Grants Investice do rozvoje vzdělávání
Podpořeno grantem z Islandu, Lichtenštejnska a Norska. Supported by grant from Iceland, Liechtenstein and Norway.