Klimatické vymezení Arktidy a dopady globálních změn

Arktida je unikátním biotopem obepínajícím nejsevernější šířky naší hemisféry. Rozprostírá se na území osmi států. V posledních dekádách společně s ubývajícím ledovým příkrovem narůstá geostrategický a geopolitický význam Arktidy.

Česká republika si je vzrůstajícího významu Arktidy plně vědoma. Čeští vědci dlouhodobě zkoumají arktický ekosystém a využívají k tomu svoji vědeckou infrastrukturu na Špicberkách. Česká republika jakožto smluvní strana Smlouvy o Špicberkách (Československo k ní přistoupilo v roce 1930) může se souhlasem norských úřadů provádět na tomto souostroví vědecký výzkum. Díky spolupráci s arktickými státy, zejména Norským královstvím, Jihočeská univerzita od roku 2015 provozuje na Špicberkách vlastní arktickou výzkumnou stanici Josefa Svobody.

Na základě rozhodnutí vlády České republiky podala Česká republika v prosinci 2020 přihlášku o pozorovatelský status v Arktické radě, mezivládní organizaci sdružující osm arktických států. O přijetí nových pozorovatelských zemí nebylo na ministerském zasedání v roce 2021 rozhodnuto. V reakci na přepadení Ukrajiny Ruskem byla v roce 2022 spolupráce arktických zemí na ministerské úrovni do odvolání pozastavena.

Arktická oblast a vývoj její neživé i živé přírody jsou ukazateli rychlosti a intenzity globálních změn probíhajících na naší planetě. Proto se ekologickému výzkumu Arktidy věnuje velká pozornost. V několika posledních letech probíhal velký mezinárodní projekt, jehož cílem bylo vypracovat kompletní vědeckou zprávu o měnící se přírodě arktické oblasti v souvislosti s globálními změnami, především s oteplováním a zvyšováním UV-B záření.

Jak se globální klimatické změny projevují v arktické oblasti

Analýza ledových vrtných jader dokázala, že zvýšení koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře souvisí s růstem průměrné globální teploty. Vlivem spalování fosilních paliv a snižování ploch zeleně se koncentrace oxidu uhličitého, metanu a ostatních skleníkových plynů v atmosféře zvýšila od počátku průmyslové revoluce zhruba o 35 %. Projevilo se to nárůstem průměrné roční globální teploty o 0,6 °C.

Čtěte také: Klimatické podmínky

Přinejmenším v tomto století koncentrace skleníkových plynů v atmosféře nadále porostou a průměrné roční teploty se zvýší o 1,4 až 5,8 °C. Vlivem nárůstu teploty se změní cirkulace atmosférických a vodních mas, geografické rozložení a intenzita srážek a zvýší se hladina oceánů. Nejpostiženější budou pobřežní ekosystémy. Pro lidstvo bude krom jiného stále obtížnější nacházet nové zdroje pitné vody.

V současnosti je 80 % potřebné energie zajišťováno spalováním fosilních paliv. Ani v 21. století se to nepodaří významně změnit a pokles množství vypouštěných skleníkových plynů bude jen velmi pomalý.

Historický přehled změn v Arktidě

Význam všech změn neživé i živé arktické přírody souvisejících se změnami klimatu může být snadno zpochybněn. Vždyť přece k výkyvům klimatu dochází v arktické oblasti od nepaměti a člověk zatím nedokáže aktivně ovlivňovat globální zákonitosti. Jsme pouze schopni přihlížet a reagovat až na konkrétní změny.

Během posledního glaciálního maxima (zhruba před 10 000 lety) většinu arktických oblastí pokrýval ohromný ledový příkrov, který zasahoval až do centrálních částí Evropy, Asie a Severní Ameriky. Některá místa Arktidy však led nepokrýval, a ta se stala útočištěm pro různé organizmy. Průměrná teplota arktické oblasti byla tehdy o 10 až 13 °C nižší, než je tomu nyní. V průběhu několika dalších tisíciletí se mnohokrát oteplilo a opět ochladilo. V některých případech byla rychlost změn srovnatelná s rychlostí předpovězenou pro 21. století.

Za posledních 150 000 let zaujímá arktický ekosystém nejmenší rozlohu. Očekávané negativní důsledky klimatických změn nemají v historii celého pleistocénu obdobu, neboť současné oteplování je provázeno dalšími ekologickými změnami.

Čtěte také: Změny v jet streamu v důsledku klimatu

Organismy Arktidy a jejich schopnost reagovat na klimatické změny

Rostlinná diverzita Arktidy je nízká a snižuje se od hranice lesa směrem k polární poušti. Žijí tu jen asi 3 % druhů nacházejících se na naší planetě (vyjma sinice a řasy), některé formy jsou zde však velmi hojné (např. mechorosty a lišejníky). Ačkoliv všeobecně je množství druhů v Arktidě nízké, vybrané skupiny rostlin zde mají vyšší diverzitu než v mírném pásu.

Gradient četnosti rostlinných druhů podle zeměpisné šířky působí v Arktidě daleko výrazněji a na kratší vzdálenosti než kdekoli jinde. To naznačuje, že diverzita arktických rostlin je citlivá na změny klimatu.

Arktické rostliny nemají žádná zvláštní přizpůsobení. První schopnost, kterou musí mít, je odolnost k mrazu, a tu má asi 75 % všech cévnatých rostlin světa. Krátká vegetační doba a ostrý úhel dopadu slunečního záření jsou výhodnější pro dlouhý životní cyklus, v němž pomalý růst často zabezpečují živiny a energie uložené v těle. Některé rostlinné druhy umějí maximálně využít teplotu svého vnitřního prostředí, která je mnohdy vyšší než teplota okolí. Nízká teplota půdy snižuje mikrobiální aktivitu i dostupnost minerálních látek. Rostliny se snaží tyto nevýhody zmírnit - ukládají minerální živiny v tkáních, využívají živiny z odumřelých tkání, zvyšují rychlost příjmu za nízkých teplot atd.

Arktické druhy rostlin mají podobnou genetickou různorodost jako druhy mírného pásma - variabilita kolísá od vysoké až po velmi nízkou. Například u rozšířeného rodu ostřice není stupeň genetické rozmanitosti ovlivněn klimatem, ale je do značné míry spojen s glaciální historií lokality, z níž daný druh pochází. Populace z míst odledněných před 10 000 lety mají významně nižší genetickou variabilitu než populace z oblastí odledněných před 60 000 lety. Druhy s velkou genetickou variabilitou mají obvykle větší areál rozšíření. Obojí společně s velkou fenotypovou plasticitou přispívá k odolnosti vůči změnám prostředí na úrovni populací i na úrovni druhů.

Diverzita arktických živočichů nad hranicí lesa je asi dvakrát vyšší než diverzita cévnatých rostlin a mechorostů. Pokles počtu živočišných druhů se zeměpisnou šířkou je mnohem pomalejší (asi dvaapůlkrát) než u rostlin a je provázen zvýšenou dominancí některých druhů. Živočichové jsou životu v Arktidě rozmanitě přizpůsobeni. Savci a ptáci jsou vybaveni mohutnou izolační vrstvou srsti či peří (která se navíc sezonně obměňuje) a před zimním obdobím si ukládají zásobu podkožního tuku. Před chladem je chrání i třes svaloviny, snížení evaporace, řízení periferního krevního oběhu, tepenná výměna tepla, zužování a rozšiřování cév ad.

Čtěte také: Luboše Motla o klimatické změně

Bezobratlí se chrání před nízkými teplotami tak, že kombinují rychlý růst s výhodným zbarvením a ochlupením. Krátká vegetační doba s nestálými klimatickými podmínkami většinu zvířat nutí, aby dokončila životní cyklus velmi rychle. Biotické prostředí je však relativně jednoduché a tlak predátorů či potravních konkurentů je mnohem slabší než v teplejších oblastech. Proto také arktičtí živočichové v ochraně před predátory nevynikají a hůře odolávají nemocem a parazitům. Důležitým předpokladem přežití je víceletý životní cyklus. Řada zvířat přečkává zimu v hibernaci nebo migruje na dlouhé vzdálenosti.

Genetická různorodost suchozemských živočichů je ovlivněna přítomností migračních bariér. Pro zvířata s omezenou pohyblivostí (např. lumíky) může i široká řeka tvořit hranici mezi poddruhy. Naopak zvířata mobilní (např. lišky) mají genetickou variabilitu velmi malou. Prozatím víme jen málo o schopnosti zvířat přizpůsobit se klimatickým změnám. Také znalosti o rozšíření druhů a hranicích jejich výskytu jsou nedostatečné. Většina hmyzích populací žije jižně od hranice lesa. S posunem hranice se posouvá i území obývané hmyzem. Studie zabývající se vybranými druhy ptáků a motýlů naznačují, že druhy žijící v současné době jižněji jsou připraveny migrovat na sever.

Mikrobiální diverzita je těžko odhadnutelná. Arktická půda obsahuje velké zásoby mikrobiální biomasy, ačkoliv její diverzita je nižší než v mírné či tropické oblasti a se zeměpisnou šířkou rychle klesá. Řada druhů bakterií a hub běžných v mírném pásu se v tundře nevyskytuje. Arktické mikroorganizmy jsou odolné vůči vymrzání a některé z nich metabolizují dokonce při teplotách až -39 °C. V zimním období je metabolická aktivita bakterií odpovědná asi za 50 % emisí CO2. Chladová odolnost je spojená s odolností vůči vysoušení. Mikroorganizmy jsou vysoce adaptivní. Tolerují většinu extrémních podmínek a díky rychlému životnímu cyklu se snadno přizpůsobují podmínkám novým.

Asi jedno procento přírodních bakteriálních kmenů izolovaných v Arktidě vykazuje mutagenní změny. Vysoká rychlost mutací umožňuje vznik různých patogenních mikrobiálních typů, které mohou vyvolat epidemii. Předpokládá se, že v Arktidě budou mikroorganizmy rychle mutovat především kvůli zvyšujícím se dávkám UV-B záření a kvůli toxickým látkám, které se do Arktidy dostávají z mírné oblasti.

Struktura a ekologické vazby arktického ekosystému

Změny klimatu pravděpodobně ovlivní tři významné prvky současných ekosystémů Arktidy: strukturu vegetace, potravní vztahy a bio-diverzitu. Vertikální struktura rostlinných společenstev a pokryvnost se mění od lesotundry, která se nachází na jižním okraji arktické oblasti a dosahuje výšky necelých 2 m, až po tundru s výškou do 5 cm a s pokryvností menší než 5 %. Dál na sever přechází tundra v polární poušť.

Rostlinná společenstva konkrétních lokalit se postupně stěhují do severnějších oblastí. Přidáme-li do půdy minerální živiny, zvýší se produktivita, výška i struktura arktických společenstev a zrychlí se koloběh organické hmoty. Vyprodukované biomasy může být více nebo méně - záleží na dávce hnojiva. V příští stovce let předpokládáme oteplení tundry o 2-4 °C. To bude mít na vegetaci menší vliv než zavlažování a hnojení. Účinek živin, teploty a závlahy se stupňuje se zeměpisnou šířkou - v nízké Arktidě je nejnižší, ve vysoké se projevuje výrazně. Na druhé straně desetiletý experiment v subarktické oblasti ukázal, že mechorosty a lišejníky svoji produkci naopak snižují.

Ve vysoké Arktidě reaguje na zvýšení teploty velmi pozitivně především mikrofauna na povrchu půdy. Méně zřetelná je reakce mikrofauny pod povrchem půdy a ještě nezřetelnější u mikrofauny subarktické. Střídavé zamrzání a tání v jarním období zvyšují úmrtnost řady druhů. Arktičtí bezobratlí budou reagovat na oteplení velmi rychle a pozitivně. Dlouhodobé letní zahřívání o 2-4 °C oproti tomu nezpůsobilo významné změny ve složení mikrobiálních společenstev ani v mikrobiální produkci a v zásobě minerálních živin. Z toho vyplývá, že pouhé zvyšování teploty významně neovlivňuje obsah mikrobiálního uhlíku ani uvolňování živin v půdě. Také vyšší intenzita UV-B záření a vyšší koncentrace CO2 nezmění složení rostlinných společenstev.

Trofické vztahy v tundře a v subarktické leso-tundře jsou velmi jednoduché, protože býložravých hlodavců je jen několik málo druhů. Někteří z nich se pravidelně přemnožují a ovlivňují vývoj vegetace, její strukturu a diverzitu. Po přemnožení zpravidla následuje i zvýšení četnosti predátorů a parazitů. Naopak nedostatek drobných hlodavců v letním období vede k větší rostlinné produkci. Takto provázané trofické vztahy jsou velmi citlivé na klimatické změny. Například ledová zimní krusta brání lumíkům v přístupu k vegetaci, příliš hluboký sníh z nich pro změnu dělá snadnější kořist.

V subarktickém lese žije několik druhů hmyzu, které se podobně jako drobní hlodavci cyklicky přemnožují. V důsledku velmi pomalého rozkladu se v arktickém ekosystému hromadí organické látky a minerální živiny. Tyto živiny, především dusík a fosfor, často limitují rozvoj arktického ekosystému. Proto v současné době probíhá řada experimentů (teplotní manipulace, závlaha a manipulace se sněhovou pokrývkou), které mají odhadnout, do jaké míry klimatické změny ovlivní vztah mezi fixací uhlíku a omezením minerálními živinami. Jakékoli narušení ekosystému pravděpodobně zároveň zrychlí tok uhlíku a ostatních látek. Obnova po narušení je pak velmi pomalá.

Jednotlivé rostlinné druhy mají vliv na tok látek ekosystémem, ale rychlost toku vzhledem ke klimatu a zdrojům je zatím neznámá, stejně jako vliv zvýšené koncentrace CO2 a UV záření na ekosystém.

Nejdůležitější plyny v Arktidě jsou oxid uhličitý a metan. Jejich výměnu mezi ekosystémem a atmosférou zajišťují z poloviny rostliny a z poloviny půdní mikroorganizmy. Podmáčená tundra je důležitým dodavatelem CH4 do atmosféry, ale metan je aerobními procesy v půdě také spotřebováván. Za normálních okolností jsou produkce a spotřeba v rovnováze. Uvolňování metanu je ovlivněno složením vegetace a teplotou půdy. Silná sněhová pokrývka na začátku zimy, kdy ještě nepromrzla půda, vede k silné emisi metanu. Kromě metanu se v zimním období uvolňuje také N2O.

V Arktidě panují největší sezonní rozdíly v toku energie, neboť se mění albedo (množství odražené sluneční energie). V zimním období sníh většinu dopadající energie odráží, v létě naopak ekosystém většinu energie absorbuje. Výměnu vody a energie významně ovlivňuje vegetace. Cévnaté rostliny jsou odpovědné za většinu toku CO2, kdežto mechy se největší měrou podílejí na výparu vody. Velikost albeda v zimním období od tundry přes lesotundru k opadavému a jehličnatému lesu klesá. Keře a stromy zvyšují sněhovou pokrývku, která zase zvyšuje zimní teplotu půdy.

Fyzikální a biologické procesy v Arktidě jsou provázané s procesy na celé planetě. Se změnou klimatu nejúže souvisí albedo, uvolňování nebo poutání skleníkových plynů a urychlování koloběhu vody. Nejrychlejší změny v souvislosti s globálním oteplováním probíhají dnes v Arktidě. Během příštích sto let se zde dramaticky změní přírodní, sociální i ekonomické poměry. Probíhající a předpokládané změny můžeme shrnout do několika bodů:

• Odledněná terestrická území Arktidy jsou mladá.
• Jen nepatrný zlomek organizmů - tzv. endemiti - přežil zalednění na vrcholcích (nunatacích) jinak zaledněných pohoří.
• Ostatní druhy se stěhují za stále ustupujícím zaledněním.
• Odledněná území jsou však velmi specifická a organizmy se jim musí přizpůsobovat.
• Flóra arktické oblasti (kryoflóra) se většinou rekrutuje z rostlinných čeledí mírného pásma, především z vysokohorské květeny.
• Nadzemní i podzemní části rostlin tvoří tenkou vrstvu, která využívá příznivější mikroklima terénních nerovností.
• V aktivní vrstvě půdy probíhají mineralizační procesy jen velmi omezeně.
• Nedostatek minerálních živin (N, P, K, Ca ad.) je častý.
• Vodní eroze v době tání sněhu narušuje povrch půdy a poškozuje rostliny.
• Uvedeným stresovým faktorům lépe odolávají kryptogamy (mechorosty, lišejníky, řasy a sinice), které jsou do značné míry ekologickými oportunisty.
• V arktické oblasti jsou nejhojnější vytrvalé jednoděložné cévnaté rostliny (traviny a nízké keře), které tvoří květní pupeny v předešlé vegetační sezoně, jsou větrosnubné nebo se samy opylují, mají zvýšený počet chromozomů (polyplodii), vegetativně se rozmnožují a jsou viviparní (schopné klíčit již na mateřské rostlině).

Na konci třetihor žilo v travnaté tundře mnoho velkých savců a ptáků, kteří však během rozsáhlého zalednění na konci čtvrtohor vyhynuli. Současná fauna se rozšířila do arktické oblasti až po tomto zalednění a její vývoj ovlivnila řada chladnějších period.

V dlouhodobě teplotně stabilním prostředí polárních oceánů, moří a některých sladkovodních jezer měly organizmy dostatek času přizpůsobit se nízkým teplotám - nazýváme je stenotermní nebo psychrofilní. Metabolická aktivita mnoha z nich je nejvyšší při teplotách -2 až +3 °C, avšak výkyvy teplot přes 10 °C jsou pro ně většinou smrtelné. Naopak v terestrickém prostředí organizmy neměly dost času, aby si vytvořily speciální adaptace na nízkou teplotu (zalednění oblasti více-méně přerušilo evoluci). Proto tu žijí druhy s širokou teplotní tolerancí (eurytermní nebo mesofilní). Nízké teploty pro ně nejsou optimální a nejvyšší metabolické aktivity dosahují obvykle při teplotách přes 20 °C.

Často jedinými producenty organické hmoty v extrémně chladných podmínkách jsou sinice a řasy.

Geopolitický význam Arktidy

Globální oteplování, které v Arktidě probíhá mnohem rychleji, než je celosvětový průměr, s sebou přináší nepopiratelné negativní aspekty jako uvolňování kysličníku uhličitého a metanu z tajícího permafrostu do atmosféry, radikální změny počasí - sucho, přívalové deště, povodně -, nárůst lesních požárů vedoucí k odumírání severoamerických boreálních lesů a evropské a sibiřské tajgy, rychlejší tání mořského ledu a grónského ledovcového příkrovu vedoucí k nebezpečnému zvýšení hladiny světových moří a mnoho dalších nepříznivých jevů, a to i v rovině živé přírody.

Klimatická změna však zároveň znamená lepší možnosti využívání nerostných surovin (zejména energetických zdrojů - ropy a zemního plynu), nárůst objemu rybolovu a vytváření nových přepravních tras, které propojí Atlantský, Severní ledový a Tichý oceán a výrazně zkrátí spojení mezi Evropou, Amerikou a Asií (Severozápadní průjezd, Severní mořská cesta, Transpolární mořská cesta).

Tento „arktický paradox“ naráží na stávající právní regulaci v Arktidě v režii tzv. „arktické pětky“ (země, jejichž pobřeží přímo zasahuje do Severního ledového oceánu, tj. Kanada, USA, Norsko, Dánsko/Grónsko a Rusko) či „arktické osmičky“ (arktické státy, které jsou zakládajícími členy Arktické rady, tj. Kanada, USA, Norsko, Dánsko, Rusko, Švédsko, Finsko a Island), která byla zcela vyhovující před několika desetiletími, ale v současnosti naráží na specifické zájmy dalších aktérů z řad tzv. „nearktických“ zemí v čele s novou globální mocností Čínou.

Arktický režim nepředstavuje úplný a ucelený systém (institucionální rámec), který by pokrýval celou škálu politických agend tohoto regionu. Organicky se vyvinul v mozaiku konkrétních „tvrdých“ a „měkkých“ právních prostředků a často vzájemně provázaných formálních a neformálních opatření na státní, regionální, subregionální a místní úrovni.

Relativně velký prostor je věnovaný novým možnostem arktické námořní dopravy, otázce svobody moří (Úmluvě OSN o mořském právu UNCLOS), strategické spolupráci Ruska s Čínou při budování Severní mořské cesty (z čínského pohledu Polární hedvábné stezky) či budoucím transpolárním tranzitům, opět v souvislosti se změnou klimatu.

Pozornost několika autorů si vysloužila vojenská dominance Ruska v arktické oblasti, která vznikla zneužitím arktické výjimečnosti (excepcionalismu) mírového soužití a v době zostřených geopolitických vztahů by mohla opustit narativ nutné obrany a vyústit v agresi vůči sousedním zemím.

Jakkoli ruská agresivní válka proti Ukrajině nezasáhla přímo Arktidu, dramaticky ovlivnila bezpečnostní situaci v regionu. V reakci na to se tradičně neutrální státy Finsko a Švédsko staly členy NATO. Spolu se sílícím velmocenským soupeřením mezi Spojenými státy a Čínou je jen málo vyhlídek na to, aby Arktida byla i nadále považována za výjimečnou zónu míru.

tags: #klimatické #vymezení #Arktidy

Oblíbené příspěvky:

• Environmentální výchova v RVP
• Více o oměji šalamounku, nejjedovatější rostlině ČR
• Ekologický význam Dne Země
• Diplomová Práce: Ekosystém Vzor
• Šumava: Historie a současnost ochrany přírody