Oxid uhličitý a klima na Zemi

Transkript

1 Oxid uhličitý a klima na Zemi JANA ALBRECHTOVÁ (c) Jana Albrechtová Jana Albrechtová, Katedra experimentální biologie rostlin, PřF UK v Praze 2013

2 Oxid uhličitý a klima na Zemi Složení atmosféry Skleníkový efekt, Skleníkové plyny Oxid uhličitý v atmosféře v historii Země, původ CO 2 v atmosféře Metan Koloběh uhlíku pevninská a oceánská část koloběhu Význam rostlin v koloběhu uhlíku Sinky atmosférického uhlíku Rostliny jako klimatotvorný činitel Rostliny ve zvyšující se koncentraci CO2 Jak studujeme toky uhlíku na pevninách? IPCC Zprávy o stavu planety, Projevy globální klimatické změny (c) Jana Albrechtová

3 Složení atmosféry L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015

4 Troposféra: 7 až 17 km km Půda: 0,0003 až 0,01 km L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015

5 Atmosféra : definice, funkce Zemská atmosféra je vrstva plynů obklopující planetu Zemi, udržovaná na místě zemskou gravitací. Atmosféra chrání pozemský život před nebezpečnou sluneční a kosmickou radiací a svou tepelnou setrvačností snižuje teplotní rozdíly mezi dnem a nocí. Složení atmosféry podmiňuje existenci života v určitých formách. Atmosféra nemá jednoznačnou vrchní hranici místo toho plynule řídne a přechází do vesmíru. L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015

6 Atmosféra : vrstvy L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015

7 Oxid uhličitý a klima na Zemi Složení atmosféry Skleníkový efekt Skleníkové plyny Oxid uhličitý v atmosféře v historii Země, původ CO 2 v atmosféře Metan Koloběh uhlíku pevninská a oceánská část koloběhu Význam rostlin v koloběhu uhlíku Sinky atmosférického uhlíku Rostliny jako klimatotvorný činitel Rostliny ve zvyšující se koncentraci CO2 Jak studujeme toky uhlíku na pevninách? IPCC Zprávy o stavu planety, Projevy globální klimatické změny (c) Jana Albrechtová

8 Skleníkový efekt

9 Elektromagnetické spektrum slunečního záření 1 nm = 10-9 m Sluneční záření (300 to 3000 nm) (1) Ultrafialové UV (<400 nm): A, B, C (2) Fotosnyteticky aktivní záření - viditelné (PAR, 400 až 700 nm) (3) Infračervené IR (>700 nm) L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015 Připomenutí.

10 Elektromagnetické spektrum záření L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, Připomenutí.

11 Skleníkový efekt Paradox mezi absorpcí záření a stálou teplotou na Zemi L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015

12 Skleníkový efekt: fyzikální odvození teploty Země V celoročním průměru dopadá na vnější okraj atmosféry sluneční záření, jehož hodnota odpovídá 1373 W m -2. Toto množství se označuje jako solární konstanta (S), i když v průběhu času mírně kolísá. Na povrch celé Země tak dopadá množství záření odpovídající součinu plochy průmětu naší zeměkoule (π R 2 ), kde R je poloměr zeměkoule, 6370 km) a solární konstanty (S), tedy π R 2. S = 1, W. Z tohoto záření se asi 30 procent odráží zpět do vesmíru, takže Země pohlcuje zbývajících 70 % neboli 1, W. Prakticky veškeré toto záření je pohlceno povrchem Země a mění se v teplo. Vzhledem k relativně stálé teplotě na povrchu Země je zřejmé, že uvedené pohlcené záření je zase odvedeno, a to vyzářením. Toto záření emitované povrchem Země leží v dlouhovlnné infračervené oblasti (viz Wienův zákon posuvu) a jeho suma odpovídá množství slunečního pohlceného záření. Podle Stefanova-Boltzmannova zákona každé těleso teplejší než tzv. absolutní nula (-273 o C neboli 0 kelvinu) emituje záření v množství (Q) určeném vztahem: Q = σ. T 4, Kde σ je Stefanova-Boltzmannova konstanta (5, Wm -2 K -4 ) a T je teplota vyjádřená v kelvinech. Celý povrch Země tedy bude vyzařovat celkové množství energie určené výrazem σ. T 4. 4 π R 2 a toto množství se musí rovnat množství pohlceného slunečního záření, neboli σ. T 4. 4 π R 2 = π R 2. S Z toho lze vypočítat odpovídající teplotu (T), která pro výše uvedené hodnoty činí 18 o C

13 Skleníkový efekt J = σ. T 4 Aplikace Záření sluneční infračervené Skleníkový efekt

14 Skleníkový efekt IR Země do Vesmíru je emitováno z výšek s teplotou cca -19 C. Proto jsou IR emise z povrchu Země (15 C) vyšší část je pohlcena a emitována i zpět skleníkovými plyny. IR reemitovaná skleníkovými plyny zpět na povrch Země pochází hlavně z troposféry. L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015

15 (c) Jana Albrechtová Katedra Experimentální biologie rostlin, Univerzita Karlova v Praze, Přírodovědecká fakulta

16 Oxid uhličitý a klima na Zemi Složení atmosféry Skleníkový efekt Skleníkové plyny Oxid uhličitý v atmosféře v historii Země, původ CO 2 v atmosféře Metan Koloběh uhlíku pevninská a oceánská část koloběhu Význam rostlin v koloběhu uhlíku Sinky atmosférického uhlíku Rostliny jako klimatotvorný činitel Rostliny ve zvyšující se koncentraci CO2 Jak studujeme toky uhlíku na pevninách? IPCC Zprávy o stavu planety, Projevy globální klimatické změny (c) Jana Albrechtová

17 Skleníkové plyny L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015

18 Skleníkové plyny: (1)Vodní pára nejsilnější, ale dočasně v atmosféře, kondenzující (2)Oxid uhličitý (CO 2 ) (3)Metan (CH 4 ) (4)Oxid dusný (N 2 O) (5)Ozón (O 3 ) (6)Freony (chlorofluorovodíky) L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015

19 Jana Albrechtová, Katedra experimentální biologie rostlin, PřF UK v Praze 2010 Skleníkové plyny: Podíl radiačně aktivních plynů na zesílení skleníkového efektu (IPCC, 1999) CFC 10% N 2 O 6% CH 4 19% ostat ní 5% CO 2 60 %

20 Oxid uhličitý a klima na Zemi Složení atmosféry Skleníkový efekt Skleníkové plyny Oxid uhličitý v atmosféře v historii Země, původ CO 2 v atmosféře Metan Koloběh uhlíku pevninská a oceánská část koloběhu Význam rostlin v koloběhu uhlíku Sinky atmosférického uhlíku Rostliny jako klimatotvorný činitel Rostliny ve zvyšující se koncentraci CO2 Jak studujeme toky uhlíku na pevninách? IPCC Zprávy o stavu planety, Projevy globální klimatické změny (c) Jana Albrechtová

21 CO 2 L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015

22 Atmosféra : plynné složení podmiňuje formy a existenci života na Zemi (cyanobacteria) L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015 Lawlor, 1993 Katedra experimentální biologie rostlin, UK PřF, prof. Albrechtová

23 Záznamy CO 2 a teploty z analýzy ledových vrtů v Antarktickém ledu L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015

24 Methan a rostliny Záznamy CO 2 a teploty z analýzy ledových vrtů v Antarktickém ledu L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015 Jana Albrechtová, Department of Plant Physiology, Charles University in Prague, Czech Republic Oct. 2007

25 Oxid uhličitý a teplota Země ppm L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015

26 Week beginning on November 29, 2015: ppm Weekly value from 1 year ago: ppm Weekly value from 10 years ago: ppm J. Albrechtová, PřF UK, Praha,

27 CO2 a rostliny Mauna Loa Observatory, Hawaii, Dr. Charles D. Keeling L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015 Jana Albrechtová, Katedra experimentální biologie rostlin, PřF UK v Praze 2010

28 CO2 a rostliny Mauna Loa měsíční záznamy koncentrace oxidu uhličitého: Keelingův záznam Data jsou k dispozici: The data URL for getting monthly Mauna Loa data is: Zdroj: C.D. Keeling and T.P. Whorf L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015 Jana Albrechtová, Katedra experimentální biologie rostlin, PřF UK v Praze 2010

29 Antropogenní ovlivnění cyklu C L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha,

30 Oxid uhličitý a klima na Zemi Složení atmosféry Skleníkový efekt Skleníkové plyny Oxid uhličitý v atmosféře v historii Země, původ CO 2 v atmosféře Metan Koloběh uhlíku pevninská a oceánská část koloběhu Význam rostlin v koloběhu uhlíku Sinky atmosférického uhlíku Rostliny jako klimatotvorný činitel Rostliny ve zvyšující se koncentraci CO2 Jak studujeme toky uhlíku na pevninách? IPCC Zprávy o stavu planety, Projevy globální klimatické změny (c) Jana Albrechtová

31 L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015

32 Metan je hlavní složkou (1)zemního plynu, který se stále větší měrou podílí na zajištění energie pro stále rostoucí potřeby stále rostoucí lidské populace na stále stejně velké planetě. Kromě toho byl, je a bude velmi důležitý pro všechno živé na Zemi, protože jako (2)skleníkový plyn spoluvytváří trvalý skleníkový efekt, a tím i na udržování teploty příznivé pro naše formy života. A jeho význam pro stávající lidské společnosti dále narůstá proto, že se podílí na zesilování skleníkového efektu, L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015

33 Metan - výskyt Methan se přirozeně vyskytuje na Zemi: v atmosféře, kam se dostává zejména jako produkt rozkladu látek biogenního původu (bioplyn), nebo jako produkt metabolismu velkých přežvýkavců, také z termitišť a z rýžovišť. v podzemí: jako hlavní složka zemního plynu jako součást důlního plynu v dolech rozpuštěný v ropě rozpuštěný ve vodě některých jezer, zvláště v Africe (např. jezero Kivu mezi Rwandou a Kongem) tvoří bublinky pod ledem rozmrzajícího permafrostu, například na Sibiři Původ na Zemi L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015

34 Metan zdroje Přírodní zdroje emisí methanu: všechny druhy mokřadů (50% přírodních emisí), výměna plynů mezi atmosférou a oceány (10-20 mil. tun methanu ročně), termiti (10-20 mil. Tun methanu ročně). Antropogenní zdroje methanu: chov domácích zvířat (především skotu, mil. tun ročně) emise z těžby a zpracování fosilních paliv ( mil. tun ročně) spalování biomasy ( mil. tun ročně) skládky odpadů (bioplyn mil. tun ročně). pěstování rýže (170 mil. tun ročně) výroba látek jako acetylen, vodík, kyanidy a methan koksárenství L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015 čistírny odpadních vod s anaerobní stabilizací kalu

35 Metan L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015

36 Metan L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, hp

37 K zapamatování Obsah skleníkových plynů v atmosféře Země stoupá V současné době se to děje především v důsledku antropogenní činnosti (c) Jana Albrechtová

38 Oxid uhličitý a klima na Zemi Složení atmosféry Skleníkový efekt Skleníkové plyny Oxid uhličitý v atmosféře v historii Země, původ CO 2 v atmosféře Metan Koloběh uhlíku pevninská a oceánská část koloběhu Význam rostlin v koloběhu uhlíku Sinky atmosférického uhlíku Rostliny jako klimatotvorný činitel Rostliny ve zvyšující se koncentraci CO2 Jak studujeme toky uhlíku na pevninách? IPCC Zprávy o stavu planety, Projevy globální klimatické změny (c) Jana Albrechtová

39 Biogeochemické cykly Globální koloběhy, cykly látek a energie Biogeochemický cyklus (též koloběh látek) je cyklus určitého chemického prvku či molekuly (voda), který probíhá živým (biosféra) i neživým prostředím (atmosféra, litosféra, hydrosféra). Koloběh vody Hydrologický cyklus Koloběh kyslíku Koloběh dusíku Koloběh uhlíku Koloběh síry Koloběh fosforu Koloběh vodíku 1. Tok energie a koloběhy látek v ekosystému jsou vzájemně propojené 2. Prostředí ovlivňuje organismy a naopak organismy ovlivňují prostředí, ve kterém žijí (zpětnovazebný efekt) (c) Jana Albrechtová Rostliny významnou součástí všech cyklů wikipedia

40 Biogeochemické cykly Globální koloběhy, cykly látek a energie Rostliny jsou vstupem látek a energie do biosféry jsou primární producenti Rostliny významnou součástí (c) Jana Albrechtová všech cyklů wikipedia

41 Biogeochemické cykly: hydrologický cyklus malý vodní cyklus uzavřený koloběh vody nad pevninou - srážky spadnou lokálně, téměř tam,kde se vypaří velký vodní cyklus mezi pevninou a oceány...nad krajinou obieha voda súčasne v množstve malých vodných cyklov, ktoré sú dotované vodou z veľkého vodného cyklu... Lesy jsou významnou součástí hydrologického cyklu Kravčík a kol (c) Jana Albrechtová

42 Uhlík - koloběh L. Nátr, J. albrechtová, PřF UK, Praha 2015

43 Globální cyklus uhlíku: Role rostlin spalováním fosilních paliv a v důsledku změn ve využití krajiny 6 8 Pg C (10 15 g) za rok (c) Jana Albrechtová Katedra Experimentální biologie rostlin, Univerzita Karlova v Praze, Přírodovědecká fakulta

44 Uhlík koloběh pevninská část L. Nátr, J. albrechtová, PřF UK, Praha 2015

45 Globální Cyklus Uhlíku: Role Vegetace Cyklus uhlíku : suchozemské rostliny (c) Jana Albrechtová Katedra Experimentální biologie rostlin, Univerzita Karlova v Praze, Přírodovědecká fakulta

46 Uhlík koloběh Oceánská část L. Nátr, J. albrechtová, PřF UK, Praha 2015

47 Globální Cyklus Uhlíku: Role Vegetace Cyklus uhlíku : oceán (c) Jana Albrechtová

48 Prof. Dr. Ondřej Prášil Research interests: Regulation of photosynthesis Phytoplankton ecophysiology Global change and diazotrophic cyanobacteria Development of new biophysical methods Chlorophyll variable fluorescence L. Nátr, J. albrechtová, PřF UK, Praha 2015

49 Jana Albrechtová, Katedra experimentální biologie rostlin, PřF UK v Praze 2010 (c) Jana Albrechtová Převzato od Dr. Prásila, JČU

50 (c) Jana Albrechtová Převzato od Dr. Prásila, JČU Jana Albrechtová, Katedra experimentální biologie rostlin, PřF UK v Praze 2010

51 Jana Albrechtová, Katedra experimentální biologie rostlin, PřF UK v Praze 2010 (c) Jana Albrechtová Převzato od Dr. Prásila, JČU

52 Popis globálního cyklu uhlíku Jana Albrechtová, Katedra experimentální biologie rostlin, PřF UK v Praze 2010 (c) Jana Albrechtová Převzato od Dr. Prásila, JČU

53 Antropogenní uhlík v oceánech L. Nátr, J. albrechtová, PřF UK, Praha 2015

54 Oxid uhličitý a klima na Zemi Složení atmosféry Skleníkový efekt, Skleníkové plyny Oxid uhličitý v atmosféře v historii Země, původ CO 2 v atmosféře Metan Koloběh uhlíku pevninská a oceánská část koloběhu Význam rostlin v koloběhu uhlíku Sinky atmosférického uhlíku Rostliny jako klimatotvorný činitel Rostliny ve zvyšující se koncentraci CO2 Jak studujeme toky uhlíku na pevninách? IPCC Zprávy o stavu planety, Projevy globální klimatické změny (c) Jana Albrechtová

55 Role rostlin v koloběhu uhlíku L. Nátr, J. albrechtová, PřF UK, Praha 2015

56 CO2 a rostliny Mauna Loa měsíční záznamy koncentrace oxidu uhličitého: Keelingův záznam Data jsou k dispozici: The data URL for getting monthly Mauna Loa data is: Zdroj: C.D. Keeling and T.P. Whorf L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015 Jana Albrechtová, Katedra experimentální biologie rostlin, PřF UK v Praze 2010

57 L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015

58 Čistá primární produkce (fotosyntéza): černá - fialová modrá zelená žlutá oranžová - červená L. Nátr a J. Albrechtová, PřF UK, Praha, 2015 Jana Albrechtová, Department of Plant Physiology, Charles University in Prague, Czech Republic Oct. 2007

59 Jana Albrechtová, Katedra experimentální biologie rostlin, PřF UK v Praze 2010 Biom Plocha zásoba ulhíku (Gt C) (10 6 km 2 ) vegetace půda celkem poměrně (Gt/10 6 km 2 ) Tropické lesy Temperátní lesy Boreální lesy Tropické savany Temperátní pastviny Pouště/polopouště Tundra Mokřady Zemědělské ekosystémy CELKEM (c) Jana Albrechtová Source: I.P.C.C.

60 Global Carbon Cycle: Role of Plants Jak mnoho uhlíku je uloženo v lesních ekosystémech? Lesy obsahují okolo 50% celkového uhlíku na pevninách (1 150 gt) Okolo ½ z toho: stromy Boreální lesy jsou největším zásobníkem uhlíku (c) Jana Albrechtová Jana Albrechtová, Department of Plant Physiology, Charles University in Prague, Czech Republic Oct. 2007

61 Kde všude je uhlík uložen v lese? Biomasa stromu na prodej Opad odmuřelé biomasy Půdní organická vrstva Rostliny v podrostu Stromy (včetně kořenů, mykorhizy a odumřelé biomasy Půda do hloubky 1 m (mikroorganismy, půdní biota, organická hmota) Zdroj: Will Price, Pinchot Institute for Conservation, (c) Jana Albrechtová Jana Albrechtová, Department of Plant Physiology, Charles University in Prague, Czech Republic Oct. 2007

62 Přehodnocení sinků uhlíku Oproti původním předpokladům absorbuje méně CO 2 Jižní oceán, naopak jako silnější sink CO 2 mohou být tropické deštné lesy. Baker 2007 SCIENCE VOL 316 (c) Jana Albrechtová

63 Oxid uhličitý a klima na Zemi Složení atmosféry Skleníkový efekt, Skleníkové plyny Oxid uhličitý v atmosféře v historii Země, původ CO 2 v atmosféře Metan Koloběh uhlíku pevninská a oceánská část koloběhu Význam rostlin v koloběhu uhlíku Sinky atmosférického uhlíku Rostliny jako klimatotvorný činitel Rostliny ve zvyšující se koncentraci CO2 Jak studujeme toky uhlíku na pevninách? IPCC Zprávy o stavu planety, Projevy globální klimatické změny (c) Jana Albrechtová

64 Uhlík : sinky atmosférického uhlíku L. Nátr, J. albrechtová, PřF UK, Praha 2015

65 Skleníkové plyny: L. Nátr, J. albrechtová, PřF UK, Praha

66 Fate of Anthropogenic CO 2 Emissions ( ) 1.4 PgC y PgC y -1 45% 3.0 PgC + y PgC y 29% -1 26% 2.3 PgC y -1 L. Nátr, J. albrechtová, PřF UK, Praha 2015 Le Quéré et al. 2009, Nature Geoscience; Canadell et al. 2007, PNAS, updated

67 Oxid uhličitý a klima na Zemi Složení atmosféry Skleníkový efekt, Skleníkové plyny Oxid uhličitý v atmosféře v historii Země, původ CO 2 v atmosféře Metan Koloběh uhlíku pevninská a oceánská část koloběhu Význam rostlin v koloběhu uhlíku Sinky atmosférického uhlíku Rostliny jako klimatotvorný činitel Rostliny ve zvyšující se koncentraci CO2 Jak studujeme toky uhlíku na pevninách? IPCC Zprávy o stavu planety, Projevy globální klimatické změny (c) Jana Albrechtová

68 Jak rostliny ovlivňují klima? L. Nátr, J. albrechtová, PřF UK, Praha 2015

69 Fotosyntéza CO 2 O 2 (c) Jana Albrechtová

70 Evapotranspirace lesa Evaporace (odpařování + Transpirace Výdej vodní páry skrze průduchy (c) Jana Albrechtová

71 Úloha rostlin v tvorbě klimatu aneb Jak lesy ovlivňují klima? 1. Jsou důležitým sinkem CO2 V procesu fotosyntézy spotřebovávají Co2 z atmosféry 2. Proces evapotranspirace - ochlazování Vzhůru do lesa! (c) Jana Albrechtová Katedra Experimentální biologie rostlin, Univerzita Karlova v Praze, Přírodovědecká fakulta

72 Oxid uhličitý a klima na Zemi Složení atmosféry Skleníkový efekt, Skleníkové plyny Oxid uhličitý v atmosféře v historii Země, původ CO 2 v atmosféře Metan Koloběh uhlíku pevninská a oceánská část koloběhu Význam rostlin v koloběhu uhlíku Sinky atmosférického uhlíku Rostliny jako klimatotvorný činitel Rostliny ve zvyšující se koncentraci CO2 Jak studujeme toky uhlíku na pevninách? IPCC Zprávy o stavu planety, Projevy globální klimatické změny (c) Jana Albrechtová

73 Rostliny ve zvyšující se koncentraci CO2 úroveň porostu Jana Albrechtová, 2014

74

75

76

77

78 Rostliny ovlivňují vzrůstání přízemní teploty při zvyšování CO2 skrze přivírání průduchů! Jana Albrechtová, 2014

79 Jana Albrechtová, 2014

80 Závěry: V ekologických podmínkách potvrzen vliv CO 2 na - otevřenost průduchů - pokles rychlosti transpirace - globální koloběh vody - snížení ztrát energie na pevninách (výparné teplo) - vzestup teploty v přízemní vrstvě Jana Albrechtová, 2014 Gedney at al., Nature 439: , 2006

81

82 Oxid uhličitý a klima na Zemi Složení atmosféry Skleníkový efekt, Skleníkové plyny Oxid uhličitý v atmosféře v historii Země, původ CO 2 v atmosféře Metan Koloběh uhlíku pevninská a oceánská část koloběhu Význam rostlin v koloběhu uhlíku Sinky atmosférického uhlíku Rostliny jako klimatotvorný činitel Rostliny ve zvyšující se koncentraci CO2 Jak studujeme toky uhlíku na pevninách? IPCC Zprávy o stavu planety, Projevy globální klimatické změny (c) Jana Albrechtová

83 Jak studujeme toky uhlíku na pevninách? L. Nátr, J. albrechtová, PřF UK, Praha 2015

84 Připomeňme si. Jana Albrechtová, 2014

85 Metoda vířivé kovariance Připomeňme si. Nad porostem se měří rychlost a směr proudění vzduchu a koncentrace CO2 a vodní páry v něm. Jana Albrechtová, 2014 Převzato od E. Ciencialy

86 Jak zkoumat rostliny ve zvýšené koncentraci CO 2? komory s otevřeným vrchem speciální skleníky s otvíratelnými okny obohacení CO 2 pod širým nebem (c) Jana Albrechtová Katedra experimentální biologie rostlin, PřF Univerzity Karlovy v Praze, konference 3V

87 Jak zkoumat rostliny ve zvýšené koncentraci CO 2? obohacení CO 2 pod širým nebem (c) Jana Albrechtová Katedra experimentální biologie rostlin, PřF Univerzity Karlovy v Praze, konference 3V

88 Co máme k dispozici u nás v ČR? Centrum výzkumu globální změny, Czech Globe (dříve Ústav systémové biologie a ekologie AV ČR), Brno Experimentální stanice prof. Lubomíra Nátra (Domanínek)

89 Co máme k dispozici u nás v ČR? Centrum výzkumu globální změny, Czech Globe (dříve Ústav systémové biologie a ekologie AV ČR), Brno Experimentální stanoviště Bílý Kříž zvýšená koncentrace CO 2 = 700 ppm kontrolní skleník atmosférická koncentrace CO 2 Jana Albrechtová, 2014

90 Jak reaguje smrk a buk na zvýšenou koncentraci CO 2? Oba druhy stromů zvyšují rychlost fotosyntézy (...tedy ukládání uhlíku). Co se děje na buněčné či ještě nižší úrovni? (struktura chloroplastů) Jana Albrechtová, 2014 Do jaké formy se uhlík přednostně ukládá? (škrob, cukry, lignin?)

91 Oxid uhličitý a klima na Zemi Složení atmosféry Skleníkový efekt, Skleníkové plyny Oxid uhličitý v atmosféře v historii Země, původ CO 2 v atmosféře Metan Koloběh uhlíku pevninská a oceánská část koloběhu Význam rostlin v koloběhu uhlíku Sinky atmosférického uhlíku Rostliny jako klimatotvorný činitel Rostliny ve zvyšující se koncentraci CO2 Jak studujeme toky uhlíku na pevninách? IPCC Zprávy o stavu planety Projevy globální klimatické změny (c) Jana Albrechtová

92 IPCC 5. Zpráva IPCC 2013

93 IPCC Mezivládní panel pro změnu klimatu Anglický ekvivalent: Intergovernmental Panel on Climate Change Mezivládní orgán zabývající se problematikou globálního oteplování způsobeného navyšováním skleníkového efektu. Založily jej dvě instituce OSN: 1. Světová meteorologická organizace (World Meteorological Organization, WMO) a 2. Program Spojených národů pro životní prostředí (United Nations Environmental Programme, UNEP) v roce První setkání Panelu se konalo v listopadu 1988 a byly na něm ustanoveny tři pracovní skupiny. Lubomír Nátr, Jana Albrechtová První skupina se zabývá vědeckými poznatky o klimatických změnách,

94 IPCC / Lubomír Nátr, Jana Albrechtová zmeny-web.pdf

95 IPCC 2007: klima se jednoznačně mění Climate is unequivocally changing

96 Oxid uhličitý a klima na Zemi Složení atmosféry Skleníkový efekt, Skleníkové plyny Oxid uhličitý v atmosféře v historii Země, původ CO 2 v atmosféře Metan Koloběh uhlíku pevninská a oceánská část koloběhu Význam rostlin v koloběhu uhlíku Sinky atmosférického uhlíku Rostliny jako klimatotvorný činitel Rostliny ve zvyšující se koncentraci CO2 Jak studujeme toky uhlíku na pevninách? IPCC Zprávy o stavu planety Projevy globální klimatické změny (c) Jana Albrechtová

97 Změny klimatu Lubomír Nátr a Jana Albrechtová

98 Projevy změn globálního klimatu (1) Zvyšuje se průměrná teplota povrchu planety. (2) Dochází ke zvyšování hladiny oceánů, protože tají ledovce a zvyšující se teplota zvětšuje objem vody. (3) Tají i vysokohorské ledovce a hranice lesa se posouvá do vyšších nadmořských výšek. (4) Zvyšuje se frekvence mimořádných klimatických událostí. (5) Hromadí se doklady o reakcích živých organismů na prodlužování vegetačního období. (6) Změny klimatu mohou být v jednotlivých geografických oblastech velmi rozdílné.

99 Éra důsledků: poslední trendy ve výzkumu změny klimatu Alexander Ač Centrum výzkumu globální změny CzechGlobe, AV ČR

100 Proč existuje problém změny klimatu?

101 Jak rychle mizí arktický led? NASA photographs show the minimum Arctic sea ice concentration in 1979 at left and in 2003.Satellite passive microwave data since 1970s indicate a 3% decrease per decade in arctic sea ice extent.

102 Jak rychle mizí arktický led? Jana Albrechtová, Department of Plant Physiology, Charles University in Prague, Czech Republic Oct Source: Corell, R. W., 2004: Impacts of a warming Arctic. Arctic Climate Impact Assessment ( Cambridge University Press (

103 Od roku 2007 zmizelo téměř 50 % OBJEMU arktického ledu! denní minimum We cannot avoid dangerous climate change. We can avoid catastrophic climate change Tisíc km let Prof. Sir David King Model PIOMAS, Polar Science Center, University of Washington

104 Teplota ( C) Oteplování Grónska se zrychluje -26 Teploty v Grónsku za posledních let letý průměr p.n.l. Roky n.l. Kobashi et al. 2011

105 Rozsah arkt. ledu (mil. km 2 ) Jak rychle mizí arktický led? ,0 0,5 0,0-0,5-1,0 Odchylka teploty 8 7 Kinnard (2011) 6 5 Global warming is now a weapon of mass destruction Prof. Sir John Houghton, 2003 Poděkování: A. Ač, CzechGlobe

106 Trhliny v zimním arktickém ledu Únor 2013 Bod zlomu Arktidy byl již překroče - obyvatel Aljašky Duben 2012 Poděkování: A. Ač, CzechGlobe

107 Index povrchového tání Tání Grónska se zrychluje: ztrácí 5-násobně více ledu jak v 90. letech Rok Prof. Mario Tedesco (2012) Teploty v severním Grónsku jsou nejvyšší za posledních 2400 let (Perren et al., 2012) Poděkování: A. Ač, CzechGlobe Seasonal surface melt extent on the Greenland Ice Sheet has been observed by satellite since 1979 and shows an increasing trend. The melt zone, where summer warmth turns snow and ice around the edges of the ice sheet into slush and ponds of meltwater, has been expanding inland and to record high elevations in recent years (source: Arctic Impacts of Arctic Warming, Cambridge Press,

108 Greenland: Melting

109 Hmotnost (Gigatuny) Antarktida ztrácí každý rok 70 mld. tun ledu = 0,2 mm ročně Rok 2010 King et al. (Nature, 2012)

110 Jana Albrechtová, Department of Plant Physiology, Charles University in Prague, Czech Republic Oct. 2007

111 Extrémní teploty a globální oteplování This hot extreme, which covered much less than 1% of Earth s surface during the base period, now typically covers about 10% of the land area. It follows that we can state, with a high degree of confidence, that extreme anomalies such as those in Texas and Oklahoma in 2011 and Moscow in 2010 were a consequence of global warming because their likelihood in the absence of global warming Hansen et al., PNAS, 2012

112 Frekvence Vlny veder a změna klimatu (#1) Teplota ( C) Analýza vln veder za posledních 500 let v Evropě Barriopedro a kol., 2011

113 Vlny veder a změna klimatu (#2) Stott a kol., násobně vyšší pravděp. výskytu Rahmstorf a Coumou, násobně vyšší pravděpodobnos t výskytu Kyselý a Pecho, 2012

114 Vlny veder a změna klimatu budoucnost (#1) Frekvence výskytu dní ve vlnách veder Our results yield a robust estimate of the regions that might be most seriously affected. Given the high consistency of the detected geographical patterns across different models and health indices, Fischer a Schär 2010)

115 Vlny veder a změna klimatu budoucnost (#2) Although accurate decadal scale climate prediction represents a significant challenge, the intensification of hot extremes reported here suggests that constraining global warming to 2 C above preindustrial conditions may not be sufficient to avoid dangerous Diffenbaugh a kol., GLR, 2010

116 Extrémní srážky a změna klimatu (#1) Nárůst v extrémních srážkách nad 2/3 sledovaných lokalit Changes in extreme precipitation projected by models, and thus the impacts of future changes in extreme precipitation, may be underestimated because models seem to underestimate the observed increase in heavy precipitation with warming. Min a kol., Nature, 2011

117 Extrémní srážky a změna klimatu (#2) Madsen T, Willcox N, 2012 Čím extrémnejší srážky, tým větší nárůst

118 Energie hurikánu (PDI) (1#) Výskyt silných bouří - budoucnost 10 8 Business-as-usual 6 Pozorování Rekonstrukce Nížší emisní -4 scénář

119 Rok 2010

120 Jul-Aug 2010 India Srážky podle satelitu

121 Aug 2010 Pakistan Rusko Čína

122 Rusko Srpen 2010 Pakistan Jul 31, 2010 Řeka Indus Aug 19, 2010 dym Podle NASA

123 Rok 2011

124 Texas Mississippi leté 500-ročné záplavy na na rieke řece Mississippi v rokoch letech 1993, 2000, 2008 a % průměru srážek za 30 dn

125 Brazílie, Jan 2011 Queensland, Jan 2011 Teploty oceánů v prosinci 2010 v okolí Brazílie byly 2. nejvyšší od roku 1900

126 Rok 2012

127 2 C Nárůst warming hladin is a oceánů prescription za posledních for a disaster let Prof. James Hansen 6-krát za posledních let dosáhl nárůst hladin oceánů rychlosti 1,2 metrů za 100 let (12 metrů za 1000 let). Tento nárůst souvisí s klimatem v oblasti Antarktidy a Grónska. Rapid coupling between ice volume and polar temperature over the past 150,000 years, Grant et al., Nature, 2012

128 Rozsiahle povodne a zosuvy pôdy JV Brazília; rozsiahle požiare S a J Cile; vlna chladného počasia najhoršia za posledných 25 rokov; 4. najteplejšia zima v USA; rekordné záplavy v JZ Queensland a Nový Južný Wales; devastujúce sucho v Saheli; rekordne teplá jar v USA, jedna z najhorších sezón lesných požiarov v USA; rozsiahle záplavy v Rwande; najhoršie sucho za 50 rokov v SV Brazília; prívalové zrážky v Číne; rozsiahly búrkový systém Derecho od Chicaga po Washington; sucho postihlo viac ako 64 % územia kontinentálneho USA; index klimatických extrémov v USA je na rekorde; najhoršie záplavy v Pekingu za posledných 60 rokov; 50 % územia Manily pod vodou; rozsiahle záplavy na Filipínach; séria tajfúnov zasiahla Čínu; bleskové záplavy a zosuvy pôdy v Bangladéši; najhorší výskyt vírusu West-Nile v USA; sucho, lesné požiare a vysoké teploty v Španielsku, rozsiahle lesné požiare a sucho v Srbsku, bleskové povodne v Španielsku, rozsiahle požiare v Bulharsku a Grécku; požiare v Queenslande; vlna horúčav v strednej Európe; najhoršie záplavy v Myanmare za posledných 54 rokov; jedno z najdaždivejších období leta vo Veľkej Británii, V Čínu postihli tri tajfúny v priebehu týždňa; v Rusku zhorelo viac ako 74 miliónov akrov lesa; Frankenstorm ohrozuje východné pobrežie USA; rozloha plávajúceho arktického ladu dosiahla historického minima...

129 Závěry Rostliny mají důležitou úlohu v klimatické změně přibývá vědeckých důkazů, že extrémy počasí související s hydrologickým cyklem (tj. vlny veder a sucha na straně jedně, a záplavy na strane druhé) jsou stále častejší a rozsáhlejší v případe některých klimatických anomálií možno s vysokou jistotou konstatovat, že by k nim (v takovém rozsahu) v minulosti nedošlo cíl udržet globální oteplování na hranici približně 2 C se zdá být stále měně a měně bezpečnější hranicí, jako se jevilo ještě před několika lety.

130

131 Jana Albrechtova (c) Jana Albrechtová