Voda – energie – krajina.

Zaslal: Terra

Souvislosti pro začátečníky.

    Je námětem závažného vědeckého bádání i básnických sbírek. Je zkoumána, zobrazována, bojuje se o ni. Napadlo vás, že by podle základních chemických zákonů vlastně vůbec neměla být za obvyklých pozemských podmínek tekutá? Například čpavek s poměrně vyšší molekulovou hmotností je plyn... Jenže molekulu vody nedrží pohromadě jen „regulérní" chemické vazby. Pouhý fyzikálně chemický popis té zdánlivě jednoduché molekuly by vydal na menší knihovnu. Část mořského prostředí, ze kterého naši pradávní předkové vystoupili na souš, si dodnes neseme v sobě jako dědictví dob, kdy svět byl mladý — ano, předpokládá se, že složení krevní plazmy je kouskem toho dávného praoceánu v našem těle... Voda. Setkáváme se s ní denně v mnoha podobách. Používáme ji, zneužíváme, přehlížíme i zbožňujeme, neobejdeme se bez ní. Ale známe ji?

    Nejspíš každý slyšel ve škole cosi o koloběhu vody v přírodě. To, že se voda vypařuje, ve vyšších vrstvách atmosféry se sráží do mraků, ty pak vítr někam odnese a tam padá déšť... A tak pořád dokola. Co se však už zdaleka tak často neví, je skutečnost, že od tohoto koloběhu nemůžeme oddělovat ještě další dva — toky látek a energie. A také to, že vůbec není jedno, zda je ten koloběh vody krátký nebo dlouhý, otevřený nebo uzavřený. Že nebýt vody, zachycovala a rozdělovala by se sluneční energie úplně jinak, daleko méně příznivě pro život než dnes. A nejen pro život — narušení koloběhu vody ( a následně látek a energie) může způsobit překvapivě výrazné klimatické změny a výkyvy počasí. Nezáleží na tom, zda se rozhodneme popisovat území o velikosti jednoho katastru s vesnicí, poli, kusem lesa a rybníkem, nebo budeme velkorysejší a pustíme se třeba do zkoumání jevu zvaného rozšiřování pouští. Základní pravidla hry se nemění. Proč to tak je a jak souvisí voda na Zemi s energií ze Slunce?

    Sluneční energii můžeme totiž v rámci naší planety považovat za jediný skutečně „externí" energetický zdroj, který má lidstvo k dispozici. Přitom účinnost systémů, které na zemském povrchu dokážou tuto energii vázat v dále využitelné podobě je nízká. U fotosyntetizujících (autotrofních) organismů nepřesahuje ani v ideálním případě (plné oslunění, dostatek vody a živin, dobrý zdravotní stav rostlin) hodnotu 5% energie, která se při fotosyntéze zabuduje do vysoce energeticky bohaté vazby molekuly adenosin-trifosfátu — ATP. Tato látka pak je univerzální „pohonnou jednotkou" všeho živého včetně člověka. Při využívání takto chemicky vázané energie heterotrofními organismy účinnost rychle klesá. Je proto třeba, aby sluneční energie byla na zemském povrchu rozdělována co nejrovnoměrněji. A právě v tomto rovnoměrném rozdělování (disipaci) sluneční energie hraje voda, obsažená ve vodních a mokřadních ekosystémech, mimořádně významnou roli.

    O jisté mimořádnosti svědčí i to, že se v žádném případě nejedná o zanedbatelná množství rozdělované energie. Na 1 m² povrchu Země (bez ohledu na to, čím je pokryt) dopadne 1200 kWh sluneční energie za rok. Během jediného letního dne je to 5-6 kWh, tedy až 25 MJ. Maximální tok slunečního záření dosahuje až 1000 W/ m² - na jeden průměrný hon zemědělské půdy tak dopadne v letním dnu energie srovnatelná s produkcí velkých elektrárenských bloků. Pokud není k dispozici voda, přeměňuje se dopadající sluneční energie v teplo. Jestliže však tato energie dopadá na místa nasycená vodou, spotřebovává se na výpar (váže se ve formě skupenského tepla vody) a tím se v podobě vodní páry více méně rovnoměrně rozděluje (disipuje). Díky skupenskému teplu vody se vyrovnávají rozdíly v teplotách, protože vodní pára se na chladných místech opět sráží, energie skupenského tepla vody se uvolňuje a okolí se ohřívá. Vyrovnávají se teplotní rozdíly v čase a prostoru a zároveň i rozdíly v tlaku vzduchu.

Obr. 1: Rozdělení sluneční energie na odvodněné ploše a v krajině s trvalou vegetací dostatečně zásobené vodou (Pokorný 1996)

    Pokud se tedy chystáme zjistit něco o významu vody pro krajinu a o jejích osudech v ní, musíme se pokusit uvést do vzájemných souvislostí projevy živých organismů, koloběh vody a toky látek a energie včetně způsobů jejich rozdělování. Budiž řečeno hned na začátku, že to vše člověk svou činností vydatně ovlivňuje. Jak? A kdy se vlastně utvářela ona síť souvislostí, kterou hodláme poznat? Naštěstí není třeba vracet se do příliš vzdálených geologických období — konec poslední doby ledové postačí. Tehdy ustupující pevninský ledovec výrazně přetvořil reliéf velké části Evropy. Stalo se to přibližně před 15 000 lety.

    Pevninský ledovec pokrýval v té době Skandinávii, severní Evropu a svou nejjižnější částí zasahoval Krkonoše. Na jih od něj byla na našem území chladná a na vegetaci chudá tundra, která nebyla schopna účinně zadržovat vodu. Prudce tekoucí řeky odnášely velké množství pevných i rozpuštěných látek do jezer, kde obvykle byly zadrženy pevné částice vytvářející jezerní sediment. Tento sediment se hromadil poměrně rychle a postupně zaplňoval přirozené jezerní pánve. Voda odtékající dál do moří byla bohatá na rozpuštěné látky, které tak byly z krajiny trvale a ve velkém množství odnášeny. Z moří se vracela voda zpět jako dešťové srážky a takovému cyklu, který lze popsat jako „dešťové srážky — půda — průsak a odtok vody do moře — výpar — návrat vody od moří nad pevninu — srážky" říkáme obvykle dlouhý, nebo otevřený koloběh vody. Voda, která hraje rozhodující roli při akumulaci tepla na zemském povrchu, se v takové krajině s nízkou retencí a otevřeným koloběhem vody nedržela. Rozdíly teplot mezi dnem a nocí a mezi létem a zimou byly velké, v krajině se střídal nedostatek vody s jejím nadbytkem. To jsou dodnes charakteristické rysy kontinentálního podnebí (tedy podnebí v oblastech maximálně vzdálených od velkých vodních ploch — oceánů).

    Vývoj všech složek živé i neživé přírody byl však nadále přirozený — optimální toky a způsoby přeměny energie se vytvářely v následujících tisíciletích postupnými kroky (v ekosystémech obvykle mluvíme o sukcesi). Během této doby se krajina pokryla trvalou a druhově bohatou vegetací odpovídající geomorfologickým a klimatickým poměrům daného území — takovým společenstvům se říká klimax. Na našem území byl klimaxovým společenstvem prales. V těchto stabilních, vyvážených ekosystémech se zároveň uzavíraly koloběhy látek, vznikl účinný detritový cyklus, v němž rozkladači (bakterie, houby apod.) žijí na odumřelých zbytcích ostatních organismů a vytvářejí svou činností humus. V dokonale fungujícím klimaxovém stadiu je totiž celkové množství biomasy neměnné — čistá produkce je nulová, ale protože tato biomasa se neustále rozkládá a obnovuje, její hrubá produkce je vysoká. Takový ekosystém je dynamický a působí dojmem překypující, až marnotratné hojnosti. Typickou ukázkou je tropický deštný les, stejné pochody lze však sledovat i ve zbytcích dochovaných pralesů evropských. Koloběh vody se v popsaném systému mění. Probíhá teď cestou „srážky — půda — rostlina(strom) — výpar (v němž převládá evapotranspirace, tedy vypařování vody průduchy rostlin, nad prostým výparem z půdy a vodních ploch) — srážení vodních par — srážky" mění se tedy z otevřeného v uzavřený. Voda, která se prostřednictvím vegetačního krytu odpaří, v sobě současně váže sluneční energii (skupenské teplo vody je 2,5 MJ na litr odpařené vody), která se pak může jinde, na chladnějších místech uvolňovat při kondenzaci vodních par. K tomu může dojít nejen např. ve vyšší nadmořské výšce, ale i nad souvislým lesním porostem, který na úplně stejném principu — využití skupenského tepla vody — slouží v krajině jako účinný chladič. V parném létě není pod stromy příjemný chládek jen proto, že je tam stín. Pokud má strom dostatek vody k odpařování, „chladí" velmi účinně zhruba na 25 -26⁰C.

    Klimaxová vegetace je druhově i početně velmi bohatá jak na ty organismy, které fotosyntézou biomasu produkují, tak na primární konzumenty (býložravce), nalezneme zde různé úrovně predátorů, symbiontů či parazitů a samozřejmě i rozkladačů. Půda v takové krajině je bohatá na humus, který jí dodává m.j. i příznivou strukturu, takže je schopna vázat značné množství vody a rozpuštěných látek. Další vodu a živiny váží ve svých tělech organismy. Voda odtéká z území rovnoměrně a obsahuje méně rozpuštěných látek, protože ty zůstávají vázány jak v půdě, tak i v organismech. Jak se mění charakter toků, mění se i jejich splaveninový režim — ubývá pevných částic transportovaných na dlouhé vzdálenosti, protože morfologie koryta se optimálně přizpůsobuje sklonu dna, rychlosti a charakteru proudění. Sedimentu v jezerech přibývá pomalu a akumulované vody jsou na živiny chudé (oligotrofní). 

Dokonale vyvážený dynamický systém, jaký představují společenstva klimaxu, však nepředpokládá, že bude trvale docházet k odstraňování části energie a hmoty mimo tento systém - řekli jsme už, že čistá produkce biomasy je v něm nulová. Je svou povahou systémem uzavřeným, a jakmile je otevřen a část jeho hmoty a energie ho opouští, vyžaduje pro svou trvalou rovnováhu doplňování odpovídajícího množství jak energie, tak i hmoty, má-li být jeho čistá produkce vyšší než nulová.

   Právě tento krok však učinil před několika tisíci lety člověk, když opustil kočovný, na přírodním prostředí zcela závislý způsob života a začal zemědělsky hospodařit. Klimax by jako svou „přirozenou část" mohl uživit jen několik lidí na čtvereční kilometr. První zemědělci však vytvářejí pole, populace se zvětšuje a vznikají první sídla. Z doby před 5000 až 7000 lety pocházejí první doklady o zemědělských kulturách Středního východu, jen o něco mladší byly civilizace v údolí Indu či v severní Africe. V době, kdy na území Evropy byla původní tundra nahrazena téměř souvislým pokryvem panenských pralesů, znaly tyto starověké civilizace složité zemědělské postupy, zvládly základy šlechtění plodin a domestikace zvířat, vybudovaly rozsáhlé odvodňovací a zavlažovací systémy — a v konečném stupni právě těmito vyspělými postupy zničily samy sebe. Otevřely totiž koloběh vody a látek ve svém původně rovnovážném prostředí. K tomu, aby dohlédly důsledky svého počínání, jim pochopitelně chyběly znalosti — k některým z nich jsme se s velkým úsilím a technickými prostředky dopracovali až ve 20. století. I kdyby chtěly odvrátit stále častěji se opakující sucha a neúrodu (danou m.j. i zvyšujícím se zasolením půdy), pravděpodobně by nevěděly jak. Opustily proto území, které je už nedokázalo uživit, a zanikly, nebo splynuly s jinou, v té době úspěšnější kulturou... To, co je postihlo, byla v pravém smyslu slova ekologická katastrofa. Jak k ní vlastně došlo?

    Přeměna původních porostů na zemědělskou půdu má dva hlavní průvodní jevy — odlesnění a odvodnění. Narušení původní rovnováhy systému vede k rychlému střídání vlhka a sucha v půdě, ta se střídavě zamokřuje a provzdušňuje, a toto rychlé střídání urychluje rozklad humusu. Část uvolněných živin využívají pro svůj růst zemědělské plodiny, ale jejich poměrně značný podíl je odplavován s vodou do jezer a hlavně do moří. Tak se na mořském dně pro člověka nenávratně ukládají tuny vápníku, draslíku, hořčíku a uhličitanů, zhruba setiny z celkového množství transportovaných látek pak představují dusík a fosfor. Látky transportované vodními toky vodu eutrofizují, mění ji na svého druhu živný roztok příznivý pro nadměrný rozvoj vodních rostlin a řas. Kromě toho, že se jedná o ztráty, které je pak třeba obtížně a s velkými náklady (látek, energie — a tedy v konečném důsledku práce a peněz) doplňovat, mění se zásadním způsobem i kvalita půdy. Vymýváním uvedených kationů dochází k jejímu okyselování a kromě toho, že trvalé dodávání vody a veškerých živin do takto ochuzené půdy je dlouhodobě nemožné, uvolňují se v kyselém prostředí některé pro rostliny toxické látky, které byly předtím v půdě pevně vázány a tedy nepřístupné — těžké kovy, hliník. Mění se rovněž struktura půdy, krajina ztrácí schopnost obnovovat svůj přirozený vegetační kryt, mění se ve step a tím se jen dále narušuje uzavřený koloběh vody tak, jak jsme ho popsali u výchozích klimaxových systémů. Znovu se začínají střídat extrémní sucha a povodně.

   Na rozdíl od Sumerů či starověkých Egypťanů jsme dnes schopni toto postupné „stárnutí" krajiny popsat, měřit, pochopit jeho příčiny — a to jsou první kroky k úspěšnému odvrácení nepříznivého vývoje, který v Evropě začal kolonizacemi někdy kolem přelomu prvního a druhého tisíciletí. Stav, kterého by člověk měl dosáhnout a jemuž by postupně měl podřídit své aktivity, jsme si zvykli nazývat „trvale udržitelný rozvoj" a pro mnohé se toto slovní spojení stalo skutečným zaklínadlem. O tom, jak tohoto stavu dosáhnout, nebo se mu alespoň přiblížit, však existuje řada teorií, které nejsou vždy zcela kompatibilní. Vesměs se však shodují v tom, že krajina bude dlouhodobě funkční, pokud bude ztrácet co nejméně látek, pokud koloběh vody a živin bude opět co nejuzavřenější a tedy blízký klimaxovému stavu, a to při zachování potřebné vysoké produkce.

   Měli bychom se tedy v krajině snažit dosáhnout jistého stupně dynamické rovnováhy, vlastní přirozeným (nejlépe klimaxovým) ekosystémům: co nejvíce různých procesů, co nejlepší rozdělení sluneční energie a co nejmenší ztráty látek, jejichž množství je na Zemi více méně konečné. Tím budou dány i podmínky pro jejich žádoucí, skutečně fungující vysokou biodiverzitu (a tedy i stabilitu). Jenže co si počít s onou nulovou čistou produkcí, která je takovým stabilním formacím vlastní? Chtě nechtě totiž potřebujeme část produkce ze systému odebírat, abychom přežili. Musíme tedy přistoupit na určitou míru neustálého porušování dynamické rovnováhy — můžeme to bez následků udělat pouze tehdy, dokážeme-li odebranou produkci v systému nahradit odpovídajícím množstvím látek a energie (práce a peněz, chcete-li). To, co hledáme, tedy není dynamická rovnováha. Je to takový stupeň nerovnováhy, který si můžeme dovolit do ekosystémů tvořících naše životní prostředí opakovaně vnášet, aniž bychom — jako starověké kultury — způsobili jejich zhroucení. Skutečně úloha jako stvořená pro chytrou Horákyni.

   A jakou roli může v tom nelehkém snažení hrát voda? Jakou energie? Jak souvisí využívání krajiny například s mikroklimatem a proč? A proč vlastně biologové tak tvrdošíjně chrání každý jen trochu významný mokřad — tak tvrdošíjně, že k tomu dokonce mají i mezinárodní úmluvu?

O tom — bude-li zájem — v příštím pokračování o souvislostech pro mírně pokročilé.

Terra     

Komentáře