Róbert Kvak, Meteoinfo.sk / 21.02.2015 17:39
Dendrochronológia a jej metódy používané v klimatológií pri rekonštrukciách nedávnych alebo stovky rokov vzdialených klimatických podmienok si postupom času získavajú vo vedeckej spoločnosti čím ďalej väčšiu priazeň. Citlivosť rastlín na prostredie v ktorom stabilne rastú počas celého svojho života, nám ponúka možnosť pozorovať reakcie jednotlivých druhov na vonkajšie vplyvy. Tie sa u drevín zapíšu do ich stavby natrvalo. Pestrosť rozšírenia vegetácie na Zemi je úzko spojená s podnebím, pri ktorom zohráva dominantnú úlohu dostupnosť vody (živín), teplota vzduchu a teplota pôdy. Prenos vody z oceánov na pevninu prostredníctvom zrážkovej činnosti nasleduje povrchový odtok, výpar alebo vsakovanie, po ktorom môže voda dopĺňať podzemné zásoby, kým sa opäť nedostane k svojmu zdroju. V oblastiach, kde dochádza počas roka k sezónnej premene tekutého skupenstva zrážok na pevné, je týmto procesom zasiahnutý nielen kolobeh vody, ale aj celkový tok energie. Uplatneniu dendroklimatológie sa dostáva najmä v miernych zemepisných šírkach, kde stromy tvoria jeden letokruh ročne a jeho štruktúra a vzhľad sú do značnej miery ovplyvnené počasím počas celého roka. Tvorba, distribúcia, množstvo a trvanie snehovej pokrývky má vďaka svojej schopnosti meniť klimatické podmienky nesmierny dopad na rast stromov. Jej analýza preto predstavuje významný hodnotiaci faktor zmien klímy a dopadov na biosféru.
Energetické vlastnosti snehovej pokrývky dokážu meniť teplotné a cirkulačné pomery v rozsahu celých pevnín. Pri dendroklimatologických analýzach sú však podstatné interakcie v rámci menších priestorových rozmerov, ktoré zahŕňajú stanovištia odoberaných vzoriek drevnej hmoty. Je preto veľmi dôležité zohľadniť štruktúru ekosystému, v ktorom sa záujmové druhy nachádzajú. Vplyv snehovej pokrývky na mikroklímu je popisovaný v stovkách klimatologických prác. Sneh ako súčasť dendroklimatológie až do posledných približne dvadsiatich rokov zostáva na okraji teplotných a zrážkových štúdií. Najmä v poslednom období si získava veľkú popularitu, kedy sa prichádza na fakt nesmiernej dôležitosti snehu pri zadržiavaní vody v krajine. Stromy ako organizmy, ktoré sú v priamom kontakte so snehom reagujú na jeho dynamiku počas celého roka, nezávisle od charakteristiky biómu. Vegetácia reaguje na sneh svojsky podľa geografickej polohy, ktorou rozlišujeme postavenie v rámci pevniny, blízkosť oceánu, vodného toku, nadmorskú výšku, tvar reliéfu a expozíciu svahu, na ktorom rastie (Helama et al. 2013).
Presné teplotné a zrážkové pomery v jednotlivých ročných obdobiach je dôležité spájať s vplyvmi snehu, ktoré sa prejavia na raste stromov. Nie každý druh je rovnako citlivý, preto pri výbere miesta a jedincov treba túto skutočnosť zohľadniť. Vzorky na analýzu snehovej pokrývky sú odoberané zväčša okolo hornej hranice lesa, ktorá sa považuje za najcitlivejšiu v rámci zmien klímy. V oblastiach, v ktorých prevažujú snehové zrážky nad dažďovými sa zameriava na vzťah sneh-voda-rast letokruhov. V chronológií môžu byť využívané aj stabilné izotopy, ako to bolo v prípade práce Xiaohong et al. 2011, s rozborom stabilného izotopu uhlíka δ13C z celulózy. Kombinované rekonštrukcie teplôt, zrážok a snehu prinášajú objektívnejšie hodnotenia signálov na meteorologické prvky s lepšou aplikáciou do rozsiahlejším oblastí ako len samotných študovaných miest. Tento stav sa uplatňuje hlavne v situáciách, kedy nie je v rozsiahlych oblastiach dostatok pozorovacích staníc a historických záznamov. Potreba rekonštrukcie snehovej pokrývky sa presadí hlavne v krajine, kde sú požiadavky spoločnosti na vodný zdroj najväčšie a spájajú sa s vysokohorských prostredím. Taktiež prípadná zmena lesných a vysokohorských ekosystémov je úzko spätá s výskytom snehu.
Obrázok č. 1 Závislosť šírky letokruhov a obsahu δ13C na výške snehovej pokrývky a zlúčenie pozorovanej výšky snehovej pokrývky s rekonštruovanom od roku 1989 v Gongga Mountain na západe Číny. Xiaohong et al. 2011
Ďalší nezanedbateľný faktor predstavuje poloha stromov v rámci lesa, kde sa smerom dovnútra uplatňuje zatienenie a pri bezzrážkovom období dochádza k oneskorenému topeniu snehovej pokrývky oproti bezlesej krajine. Naopak pri zrážkach a bezveternom počasí môže byť tento stav opačný. Všeobecne, s hustotou porastu klesá výška snehovej pokrývky. Na chronológiu letokruhov ako aj stabilných izotopov je preto vhodné vybrať jedince ihličnatých stromov rastúcich na voľnom priestranstve a bez známok poškodenia. V nami vybraných prácach boli využité príkladom nasledovné druhy: Abies Fabri, Abies lasiocarpa, Juniperus tibetica, Linanthus pungens, Pinus edulis, Pinus flexilis, Pinus ponderosa, Pseudotsuga menziesii, Thuja plicata, Tsuga heterophylla.
Obrázok č. 2 V dendrochronológií sú v analýzach primárne využívané ihličnany.Tých sa týkajú aj rekonštrukcie snehovej pokrývky. Na fotografii Smrekovec subalpínsky (Larix lyallii) blízko Oval Peak v Lake Chelan Sawtooth Wilderness, WA. Pederson et al. 2011
Ako už bolo spomenuté, vlastnosti snehovej pokrývky, ktorými pôsobí na rast stromov závisia od jej tvorby, distribúcie, množstva a trvania. Zasnežený povrch má podstatne vyššie albedo ako povrch nezasnežený, čím dochádza k úniku tepla z povrchu, čo je znásobované spotrebou latentného tepla pri topení alebo sublimácií. V prízemnej vrstve, v ktorej stromy rastú, je nárast dennej teploty značne limitovaný. Ochladzovaním prízemnej vrstvy môže dochádzať v dolinách k izolácií chladnejšej vzduchovej hmoty, zatiaľ čo porast vo vyšších polohách je aj v prípade vyššej snehovej pokrývky vystavovaný vyšším teplotám. V noci sneh znásobuje dlhovlnné vyžarovanie povrchu a amplitúda teploty medzi vrcholovou výškou stromov a bezprostrednej vrstvy nad snehom môže dosiahnuť aj 20 °C. Samotné drevo môže byť poškodené mrazom. Napriek podstatne nižším teplotám za prítomnosti snehu, ľadová hmota pôsobí ako termoizolátor, zabraňuje hlbokému premŕzaniu pôdy a chráni tak korene stromov, čo je podstatné pre ich prežitie (príklad severských borovíc v práci Helama at al. 2013). Skorý nástup zimy a akumulácie snehu zapríčiňujú zvýšenú spotrebu uložených sacharidov, čo môže viesť k obmedzenému rastu v budúcom roku (Bräuning 2001).
Obrázok č. 3 Vzorky drevnej hmoty na analýzu sú odoberané vo výške pŕs. Na fotografii práve prebiehajúci vývrt zo smrekovca v Boulder Pass, Glacier National Park, MT. Pederson et al. 2011
Je známe, že nedostatok snehu v zimných mesiacoch spôsobuje predčasné žltnutie ihličia. Určité druhy stromov však môžu profitovať viac zo skorého topenia snehu ako z jeho termoizolačnej schopnosti. Severské ihličnany preukazujú zníženú kambiálnu aktivitu pri výskyte snehovej pokrývky na začiatku vegetačného obdobia. Podobne je to aj u borovíc rastúcich na brehoch, u ktorých topenie snehu v skoršom období predstavuje benefity vďaka nižšej hladine jazera alebo podzemnej vody, ktorá má negatívne dopady na rast borovíc. Je zaujímavé, že v práci Perkins a Swetnam 1996 je upozorňované na to, že výraznejší rast stromov prechádza vyššia snehová pokrývka, respektíve jej vodná hodnota a nižšie jarné teploty. Následné oteplenie v júni a júli s chladnejšími nocami prispieva k postupnému topeniu snehu a uvoľňovaniu vody pre koreňový systém. Z toho možno usúdiť, že v určitých topografických, edafických a klimatických podmienkach sneh predstavuje zásoby vody pre stromy vo vegetačnom období.
Obrázok č. 4 Grafy porovnávajúcu chronológiu rekonštrukciu vodnej hodnoty snehu - SWE (vyššie) a odtoku vodných tokov vo vrchom povodí rieky Colorado. Pederson et al. 2011
Výber vzorkovaných stromov a jedincov by mal prebiehať podľa citlivosti druhu na sneh a sezónnej biológie, ktorá je načasovaním rastu letokruhov viazaná na snehovú pokrývku. Niektoré druhy reagujú na zimné zrážky vo forme snehu a vyššie letné teploty pozitívne, zatiaľ čo iné negatívne. To ponúka možnosť skúmania a predikcie rozšírenia spoločenstiev. Nižšie hodnoty snehu v zime môžu znamenať najmä vo vyššie položených a Slnku naklonených lokalitách stresujúce letné obdobie, v ktorom prevládajú vysoké teploty alebo sucho v závislosti od rozloženia zrážok (Bryan at al. 2015). Vegetačné obdobie môže byť aj v prípade vysokých letných teplôt vplyvom snehu citeľne skrátené, čím sa nemusia priaznivé podmienky na letokruhoch vôbec prejaviť. Vysoké akumulácie snehu generálne majú za príčinu nižšie teploty a predĺžené obdobie topenia so skráteným časom pre rast. Takisto efekt enormných snehových zrážok môže pretrvať aj niekoľko rokov, čo komplikuje hodnotenia faktorov na rast. Takýmto situáciám sú vystavované horské oblasti s vlhkou zimou ako napríklad severozápad USA alebo Japonsko (Kajimoto et al. 2002), kde sú zrovna snehové zrážky limitujúcim faktorom na rozdiel od teploty s menším vplyvom. Naopak v suchším regiónoch Číny je dokázaný dominantný vplyv teploty potrebnej na udržanie snehu. V práci Peterson a Peterson 1994 sú popisované negatívne korelácie rastu stromov a akumulácie snehu vo vyšších nadmorských výškach, zatiaľ čo nižšie sú korelácie pozitívne, hlavne mimo aridnejších oblastí.
V ďalších dieloch budeme pokračovať popisom vplyvu snehovej pokrývky na rast stromov a jej rekonštrukciou.
Zdroje:
Black B.A., et al. (2015): Long-term growth-increment chronologies reveal diverse influences of climate forcing on freshwater and forest biota in the Pacific Northwest. Global Change Biology 21:10.1111/gcb.2015.21.issue-2, 594-604.
Bräuning, A. (2001): Combined view of various tree ring parameters from different forest habitats in Tibet for the reconstruction of seasonal aspects of Asian monsoon variability. The Palaeobotanist 50: 1-12.
Franklin, R.S. (2013): Growth response of the alpine shrub, Linanthus pungens, to snowpack and temperature at a rock glacier site in the eastern Sierra Nevada of California, USA. Quaternary International 310, 20-33.
Helama, S., et al. (2013): Dendroclimatic signals deduced from riparian versus upland forest interior pines in North Karelia, Finland. Ecological Research 28(6): 1019-1028.
Janak Timilsena, Thomas Piechota. (2008): Regionalization and reconstruction of snow water equivalent in the upper Colorado River basin. Journal of Hydrology 352:1-2, 94-106.
Kajimoto T., et al. (2002): Effects of snowfall fluctuation on tree growth and establishment of subalpine Abies mariesii near upper forest-limit of Mt. Yumori, Northern Japan. Arctic, Antarctic Alpine Res 34 (2):191–200.
Pederson, G. T., et al. (2011): The Unusual Nature of Recent Snowpack Declines in the North American Cordillera. Science 333:6040, 332-335.
Perkins, D.L., Swetnam, T.W. (1996): A dendroecological assessment of whitebark pine in the Sawtooth-Salmon River region, Idaho. Canadian Journal Forest Research 26: 2123-2133.
Peterson DW, Peterson DL (1994): Effects of climate on radial growth of subalpine conifers in the North Cascade Mountains. Can J For Res 24:1921–1934.
Woodhouse, C.A. (2003): A 431-Yr Reconstruction of Western Colorado Snowpack from Tree Rings, Journal of Climate, v. 16, p. 1551-1561.
Xiaohong Liu, et al. (2011): Combined tree-ring width and δ13C to reconstruct snowpack depth: a pilot study in the Gongga Mountain, west China. Theoretical and Applied Climatology 103, 133-144.
-
Najčítanejšie články
Diskusia k článku
-
Archív článkov
- 2024
- 2023
- 2022
- 2021
- 2020
- 2019
- 2018
- 2017
- 2016
- 2015
- 2014
- 2013
- 2012
Veľkú noc poznačí EXPANZIA TEPLA - hrozí 25 °C!
Z domova / 23.03.2024
Je sobota (23. 03. 2024). Sme týždeň pred Veľkou nocou - pod Veľkou nocou rozumejme Zelený...
Dva dni s mrazmi sú už nezvratné...
Z domova / 17.03.2024
Je nedeľa (17. 03. 2024). Stáva sa pravidelne, resp. takmer každoročne, že abnormálne teplé...