Η ξηρασία καθιστά τη ζέστη επικίνδυνη για τα δέντρα
Τα δέντρα μπορούν να αντέξουν τη ζέστη, αλλά η ξηρασία τα σπρώχνει πέρα από τα όριά τους.
Ένα θερμότερο μέλλον ακούγεται σαν άσχημα νέα για τα δάση, και πιθανότατα είναι. Αλλά ένα νέο πείραμα υποδηλώνει ότι ο πραγματικός κίνδυνος για πολλά δέντρα δεν είναι η θερμοκρασία από μόνη της. Είναι η θερμότητα σε συνδυασμό με το ξηρό έδαφος.
Η μελέτη, με επικεφαλής το Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Έρευνας Δασών, Χιονιού και Τοπίου ( WSL ) και το EPFL , προέρχεται από μια σπάνια μακροχρόνια εγκατάσταση στο Birmensdorf, κοντά στη Ζυρίχη.
Για περισσότερα από πέντε χρόνια, νεαρές οξιές και βελανιδιές αναπτύσσονται μέσα σε κλιματικούς θαλάμους όπου οι ερευνητές μπορούν να αυξήσουν τη θερμότητα, να μειώσουν το νερό ή να κάνουν και τα δύο ταυτόχρονα.
Η ιδέα ήταν απλή: να προσομοιωθεί το είδος των καλοκαιριών που θα μπορούσε να αντιμετωπίσει η κεντρική Ευρώπη εάν η θέρμανση φτάσει τους +5°C (9°F περίπου) και να δούμε τι συμβαίνει στην πραγματικότητα με τα φύλλα.
Αυτό που ανακάλυψαν οι επιστήμονες είναι λίγο αντιφατικό: τα φύλλα μπορούν να αντέξουν εκπληκτικά υψηλή θερμότητα όταν υπάρχει διαθέσιμο νερό, αλλά μπορούν να υποστούν μόνιμη ζημιά όταν η ίδια θερμότητα φτάσει κατά τη διάρκεια της ξηρασίας.
Μέσα σε ένα μίνι τεστ δάσους
Στους χώρους του WSL, η ομάδα κατασκεύασε ανοιχτούς θαλάμους - σκεφτείτε τους ως μικρά υπαίθρια «οικοσυστήματα-μοντέλα». Στο εσωτερικό, τα δενδρύλλια αναπτύσσονται υπό προσεκτικά ελεγχόμενους συνδυασμούς θερμοκρασίας αέρα και υγρασίας του εδάφους .
Μερικά δέντρα ζούσαν με κανονικό νερό και κανονικές θερμοκρασίες. Άλλα αναπτύσσονταν σε θερμότερο αέρα, περίπου 5°C (9°F) θερμότερο από τον έξω κόσμο, για να μιμηθούν ένα μελλοντικό κλίμα.
Μια τρίτη ομάδα υποβλήθηκε σε συνθήκες ξηρασίας. Και η πιο σκληρή μεταχείριση συνδύαζε ταυτόχρονα θερμότερο αέρα και ξηρό έδαφος.
Η μελέτη επικεντρώθηκε σε δύο είδη με μεγάλα διακυβεύματα στην κεντρική Ευρώπη. Η οξιά είναι ευρέως διαδεδομένη και οικονομικά σημαντική, αλλά είναι γνωστό ότι δυσκολεύεται κατά τη διάρκεια της ξηρασίας - ειδικά όταν είναι νεαρή.
Η περονόσπορος είναι διαφορετική. Είναι πιο συνηθισμένη σε μεσογειακά κλίματα, αλλά φύεται και στην Ελβετία, επομένως συχνά θεωρείται ως ένα πιθανό δέντρο «αντικατάστασης» για θερμότερες συνθήκες.
«Θέλαμε να συγκρίνουμε τη στρατηγική χρήσης νερού που ακολουθεί με αυτή της οξιάς, ενός δέντρου πιο ευαίσθητου στις ξηρασίες, ειδικά στο στάδιο του δενδρυλλίου», δήλωσε η Alyssa Therese Kullberg, οικοφυσιολόγος φυτών στο EPFL και το WSL, η οποία ηγήθηκε της εργασίας.
Πώς τα δέντρα ρυθμίζουν τη θερμότητα
Τα φύλλα υπερθερμαίνονται πιο γρήγορα από ό,τι νομίζουν πολλοί. Σε άμεσο ηλιακό φως, η θερμοκρασία των επιφανειών των φύλλων μπορεί εύκολα να φτάσει τους 40 έως 45°C (104 έως 113°F), ακόμα κι αν ο αέρας είναι πιο δροσερός.
Τα δέντρα συνήθως αμύνονται με ένα κόλπο που ουσιαστικά είναι η εφίδρωση των φυτών: η διαπνοή. Τα φύλλα απελευθερώνουν υδρατμούς μέσω μικροσκοπικών πόρων, οι οποίοι ψύχουν την επιφάνεια του φύλλου καθώς το νερό εξατμίζεται.
Αλλά αυτό λειτουργεί μόνο εάν υπάρχει αρκετό νερό διαθέσιμο στο έδαφος. Όταν χτυπάει η ξηρασία, τα δέντρα αντιμετωπίζουν μια άσχημη επιλογή.
Μπορούν να διατηρήσουν τους πόρους ανοιχτούς για να ψύχουν τα φύλλα, αλλά αυτό ενέχει τον κίνδυνο να μείνει το νερό και να προκληθεί ζημιά σε ολόκληρο το φυτό. Ή μπορούν να κλείσουν τους πόρους για να εξοικονομήσουν νερό, αλλά στη συνέχεια η ψύξη σταματά και τα φύλλα ζεσταίνονται πολύ.
Σε αυτό το πείραμα, οι ερευνητές παρακολούθησαν τη θερμοκρασία των φύλλων και εξέτασαν για ορατές ζημιές, συμπεριλαμβανομένων των αλλαγών στο χρώμα. Όταν τα δέντρα είχαν αρκετό νερό, ακόμη και η ακραία ζέστη δεν ήταν η καταστροφή που θα περίμενε κανείς.
«Μπορεί να δούμε ένα μικρό ηλιακό έγκαυμα στα φύλλα με μικρή ζημιά στο σύστημα φωτοσύνθεσης, αλλά αυτή η ζημιά είναι συνήθως προσωρινή», είπε ο Κούλμπεργκ.
Έτσι, η θερμότητα από μόνη της, ακόμα και όταν τα φύλλα εισέβαλαν σε άβολα εδάφη, συχνά προκαλούσε μόνο βραχυπρόθεσμο στρες. Το πραγματικό πρόβλημα ξεκίνησε όταν έφτασε η ξηρασία.
Η ξηρασία καθιστά τη ζέστη επικίνδυνη για τα δέντρα
Υπό συνθήκες ξηρού εδάφους, τα φύλλα δεν μπορούν να συνεχίσουν να εξατμίζουν το νερό χωρίς να θέσουν σε κίνδυνο το δέντρο. Έτσι, οι πόροι κλείνουν, η διαπνοή επιβραδύνεται ή σταματά και η θερμοκρασία των φύλλων αυξάνεται περαιτέρω.
Τότε είναι που εμφανίζεται το «καψάλισμα»: καφέ κηλίδες νεκρού ή μόνιμα κατεστραμμένου ιστού.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η υπέρβαση του «περιθωρίου θερμικής ασφάλειας» ενός φύλλου, ενός κρίσιμου ορίου θερμοκρασίας, συνδεόταν με μόνιμες βλάβες, ειδικά κατά τη διάρκεια της ξηρασίας.
Η ομάδα χρησιμοποίησε επίσης ελεγχόμενα πειραματικά δεδομένα για να δείξει ότι η υπέρβαση των ορίων θερμικής ασφάλειας μπορεί να προκαλέσει μόνιμο κάψιμο, ειδικά όταν το νερό είναι σπάνιο.
«Γι' αυτό είμαστε πραγματικά ενθουσιασμένοι με το εύρημα», είπε ο Κούλμπεργκ.
Η βελανιδιά ξεπερνά την οξιά στην ξηρασία
Η οξιά υπέφερε ορατά. Στα δενδρύλλια οξιάς, η ζέστη και η ξηρασία συχνά οδήγησαν σε καμένα φύλλα, με αυτές τις καφέ κηλίδες να εξαπλώνονται σε όλη την επιφάνεια.
Η πεπονοειδής βελανιδιά δεν συμπεριφέρθηκε με τον ίδιο τρόπο. Εδώ είναι που η μελέτη αποκτά ιδιαίτερο ενδιαφέρον.
«Δεν είδαμε πολλά καψίματα στα φύλλα βελανιδιάς, παρόλο που τα περιθώρια θερμικής ασφάλειάς τους ξεπεράστηκαν σχεδόν με την ίδια συχνότητα με αυτά των φύλλων οξιάς», δήλωσε ο Κούλμπεργκ.
«Με άλλα λόγια, και τα δύο είδη έφτασαν σε κρίσιμες θερμοκρασίες εξίσου συχνά, αλλά η βελανιδιά φάνηκε να αντέχει καλύτερα σε αυτές τις συνθήκες. Αυτό αποτέλεσε έκπληξη και δεν μπορεί να εξηγηθεί πλήρως από τους μηχανισμούς που μετρήσαμε στη μελέτη μας».
Με απλά λόγια, η δρυς και η οξιά έφτασαν σε «πολύ υψηλές» θερμοκρασίες με παρόμοιους ρυθμούς, αλλά τα φύλλα οξιάς πλήρωσαν πολύ μεγαλύτερο τίμημα. Τα φύλλα βελανιδιάς κατά κάποιον τρόπο το αντιμετώπισαν καλύτερα.
Η ομάδα δεν μπορεί να εξηγήσει πλήρως το γιατί ακόμα, κάτι που αποτελεί σημαντική προειδοποίηση. Αλλά το αποτέλεσμα εξακολουθεί να έχει σημασία, επειδή διαχωρίζει δύο πράγματα που οι άνθρωποι συχνά συνδυάζουν: την επίτευξη μιας κρίσιμης θερμοκρασίας και την πρόκληση βλάβης από αυτήν.
Ο κρυφός ρόλος του ξηρού αέρα
Ένα άλλο κομμάτι της ιστορίας είναι ότι η ξηρασία δεν σημαίνει μόνο «λιγότερη βροχή». Ακόμα κι αν οι βροχοπτώσεις παραμείνουν ίδιες, η αύξηση της θερμοκρασίας από μόνη της μπορεί να κάνει τα εδάφη ουσιαστικά ξηρότερα.
Αυτό συμβαίνει επειδή ο ζεστός αέρας μπορεί να συγκρατήσει περισσότερη υγρασία. Καθώς οι θερμοκρασίες αυξάνονται, η ζήτηση της ατμόσφαιρας για νερό αυξάνεται - τραβάει περισσότερη υγρασία από το έδαφος και φεύγει μέσω της εξάτμισης.
Έτσι, τα δάση μπορεί να καταλήξουν να αντιμετωπίζουν υδατική πίεση νωρίτερα, ακόμη και χωρίς δραματικές αλλαγές στις βροχοπτώσεις. Αυτός είναι ένας λόγος για τον οποίο αναμένεται να αυξηθεί ο κίνδυνος ξηρασίας λόγω της κλιματικής αλλαγής.
Για παράδειγμα, στην Ελβετία, τα ζεστά, ξηρά καλοκαίρια του 2018 και του 2022 προκάλεσαν εκτεταμένο κάψιμο φύλλων οξιάς. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα σε περιοχές με ήδη ξηρά εδάφη. Το πείραμα βοηθά να εξηγηθεί γιατί συμβαίνει αυτό.
Η οξιά μπορεί να διατηρείται δροσερή όταν υπάρχει διαθέσιμο νερό. Αλλά μόλις το έδαφος στεγνώσει, πρέπει να κλείσει το σύστημα ψύξης των φύλλων της και η θερμότητα γίνεται πολύ πιο επικίνδυνη.
Δοκιμή δέντρων με την πάροδο του χρόνου
Τα δέντρα στους κλιματικούς θαλάμους θα συνεχίσουν να αναπτύσσονται υπό αυτές τις ελεγχόμενες συνθήκες για δύο ακόμη χρόνια. Αυτό δίνει στην ομάδα την ευκαιρία να θέσει ένα επόμενο ερώτημα που έχει σημασία για τα πραγματικά δάση: «μαθαίνουν» τα δέντρα από το στρες;
Με άλλα λόγια, αν ένα δέντρο έχει ήδη βιώσει λειψυδρία, προσαρμόζεται με τρόπο που το βοηθά να επιβιώσει από μελλοντική ζέστη και ξηρασία;
Με περισσότερα χρόνια δεδομένων, οι ερευνητές ίσως είναι σε θέση να ελέγξουν εάν το προηγούμενο στρες κάνει τα δέντρα πιο ανθεκτικά ή απλώς τα αφήνει πιο αδύναμα.
Για τους διαχειριστές δασών, το μήνυμα είναι ήδη σαφές. Η υπερθέρμανση του πλανήτη είναι ένα πρόβλημα, αλλά το νερό είναι το φυτίλι.
Αν τα κύματα καύσωνα και οι ξηρασίες γίνουν πιο συχνά, η επιβίωση των δέντρων θα εξαρτάται λιγότερο από το πόσο ζεστός γίνεται ο αέρας. Θα εξαρτάται περισσότερο από το αν το έδαφος έχει αρκετό νερό για να αποτρέψει την υπερθέρμανση των φύλλων.
Οι διαφορές μεταξύ ειδών, όπως η οξιά και η χνοώδης βελανιδιά, θα μπορούσαν να διαμορφώσουν την εμφάνιση των δασών του αύριο, ακόμη και σε μέρη όπου η οξιά κυριαρχεί εδώ και αιώνες.
Η μελέτη δημοσιεύεται στο περιοδικό Proceedings of the National Academy of Sciences .
Γεωδίφης με πληροφορίες από την σελίδα earth.com
περισσότερα,
Hydraulic stress limits thermal acclimation in trees under chronic drought- Alyssa T. Kullberg https://orcid.org/0000-0002-1521-439X alyssa.kullberg@gmail.com, Arianna Milano https://orcid.org/0009-0002-2424-4408, Alvaro Poretti, +10 , and Charlotte Grossiord https://orcid.org/0000-0002-9113-3671
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2531865123
https://www.earth.com/news/trees-can-handle-heat-but-drought-pushes-them-past-their-limits/#google_vignette
