Devět životů planety Země

Až dodnes k nám byla Země laskavá. Rozvoj lidstva – zemědělství, kultura, urbanizace, industrializace a zvyšování počtu obyvatelstva z přibližně jednoho milionu na dnešních sedm miliard – se uskutečňoval v posledních deseti tisíci letech v podmínkách, kdy přírodní regulační systémy udržovaly vše z hlediska přežití lidského pokolení poměrně uspokojivě. Dnes se sice lidstvo domnívá, že má nad svou „kosmickou lodí zvanou Země“ a její budoucností naprostou kontrolu, ale nemýlí se?

O problému změny klimatu se už hovoří relativně dlouho, do jaké míry nás však trápí jiné ekologické otázky? V roce 2009 proto ředitel Stockholmského ekologického institutu, Johan Rockstrom, svolal odborníky z oblasti výzkumu, vědy a ekologie, aby hledali společně odpověď. Výsledkem jednání bylo konstatování, že pro udržení života na Zemi je významných 9 systémů, a odhad, kam až lze dojít, aniž by lidstvo svou existenci ohrozilo. Varovali, že po překročení určité hranice riskujeme náhlé a nevratné ekologické změny, které by učinily ze Země méně pohostinné místo. Stanovené hranice jsou jen hrubé, přibližné odhady jsou poznamenány velkou mírou neurčitosti a chybějícími informacemi. Jevy mezi sebou často vzájemně souvisejí složitým a dosud málo známým způsobem. Koncepce stanovení hranic je však v každém případě pokrokem ve srovnání s obvyklým přístupem environmentalistů, jejichž cílem je jen minimalizace dopadů činnosti lidí na planetu.

Kyselost oceánů

• Hranice: globální průměrná „saturační míra“ CaCO3 není nižší než 2,75 : 1.


• Předindustriální úroveň: 3,44 : 1.


• Současná úroveň: 2,90 : 1.


• Diagnóza: hranice je zatím bezpečná, ale některé oceány ji překročí do poloviny 21.století.

Jde o záležitost, o níž se začalo diskutovat až před deseti lety. Více oxidu uhličitého (CO₂) v atmosféře znamená, že je ho více pohlcováno oceány, kde vzniká kyselina uhličitá. Od průmyslové revoluce kleslo pH na povrchu oceánů z 8,16 na 8,05, což znamená růst koncentrace iontů vodíku o 30 %. Samotné okyselení nepředstavuje problém samo o sobě, ale má výrazné vedlejší účinky na chemii oceánů.Nejdůležitější je to, že se snižuje množství uhličitanu vápenatého CaCO3 rozpuštěného v povrchových vodách. Dnes to zatím příliš nevadí, kritický bod ale nastane, pokud bude voda obsahovat příliš málo CaCO3. Pod určitou úrovní se pak aragonitové lastury a korály ve vodě rozpouštějí (aragonit je krystalická forma CaCO3, vedle obvyklého vápence). Od předindustriálního období klesla průměrná saturační míra CaCO3 z 3,41 : 1 na 2,9 : 1. V některých částech Arktického a Jižního oceánu by mohlo být dosaženo saturační hodnoty CaCO3 1 : 1 již do roku 2050. Některé druhy by mohly v důsledku kyselé vody zahynout, mohl by to být i konec korálů, které jsou již dnes ohroženy znečištěním. Oceány by pak byly schopny absorbovat méně CO₂, což by mohlo vést ke zvýšení globální teploty. Doporučuje se proto, aby průměrná saturační míra CaCO3 byla větší než 2,75 : 1 a obsah CO₂ v atmosféře byl udržen na úrovni 430 ppm, tj. na nižší úrovni než je 450 ppm, kterou doporučují vědci jako horní limit pro omezení globálního oteplování.

Ubývání ozónové vrstvy

• Hranice: průměrná koncentrace stratosférického ozónu by neměla být nižší než 276 Dobsonových jednotek (D.j.).


• Současná úroveň: 283 D.j.


• Diagnóza: bezpečná, zlepšující se hranice.

V 70.letech 20.století se nad Antarktidou vytvořila ozónová díra. Chemikálie poškozující ozón ve stratosféře způsobily náhlou změnu ozónové vrstvy nad Antarktidou, kde na jaře ozón zmizel. V té době nebyl znám mechanismus polárních stratosférických mraků, které účinek chemikálií narušujících ozónovou vrstvu ještě zesilují. Po objevení ozónové díry svět rychle reagoval a po zákazu používání některých chemikálií bylo největší nebezpečí částečně zažehnáno. Jedním ze souvisejících problémů je globální oteplování. Tím, že se zachytí více tepla při povrchu Země, stratosféra se ochladí. Arktická stratosféra by se mohla ochladit do té míry, že by se později nad severním kontinentem mohla ozónová díra znovu otevřít. Mimo póly se situace zdá být bezpečná, pokud se neobjeví nějaký neznámý vrtoch atmosférické chemie. Rockstrom a Crutzen z výzkumného ústavu v Postupimi, kteří získali Nobelovu cenu za chemii ozónové vrstvy, doporučují zabránit tomu, aby koncentrace stratosférického ozónu mimo polární oblasti klesla o více než 5 % nebo pod globální průměr 276 D.j.

Sladká voda

• Hranice: roční spotřeba sladké vody by neměla být větší než 4 000 km3.


• Současný stav: 2 600 km3.


• Diagnóza: hraniční hodnota se přiblíží v polovině 21.století.

Lidé dnes staví přehrady a vysušují řeky. Asi čtvrtina řek ve světě vůbec nedosáhne v některém období oceánu. Nadměrné využívání vody ohrožuje lidstvo ve třech směrech: vzniká nedostatek pitné vody, je nedostatek vody pro zavlažování, mění se klima. V posledních padesáti letech vysušily přehrady na řekách v centrální Asii Aralské moře. Celá oblast se bez jeho vlivu stává teplejší v létě, chladnější v zimě a sušší po celý rok. Stále více se odčerpávají podzemní zásoby vody, které nemohou doplňovat dešťové srážky, vysušují se bažiny, ničí lesy. Kácením  amazonských deštných pralesů se snižuje odpařování vody v tropickém pásmu v Jižní Americe a může měnit ráz počasí na severní polokouli, včetně výskytu asijských monzunů. K zajištění dostatku sladké vody pro zavlažování a výrobu potravin pro rostoucí počet obyvatel bude třeba omezit spotřebu vody pro zavlažování nepotravinářských plodin, jako jsou bavlna nebo biopaliva.

Biodiverzita

• Hranice: roční míra mizení druhů ne větší než 10 na milion a rok.


• Současný stav: minimálně 100 druhů na milion a rok.


• Diagnóza: hranice byla již překročena.

Lidé přispívají ke snižování biodiverzity tím, že zakládají pole, mění krajinný reliéf, podporují určité biologické druhy, otravují zvířata polutanty, loví je pro obživu a ničí je tím, že mění klima. Jednotlivé biologické druhy poskytují ekologické služby, jako je recyklace odpadu, čištění vody, absorbování uhlíku, udržování chemie oceánů. Zatím není známo, jak velkou biodiverzitu lze postrádat,  než nastane kolaps ekosystému, ani to, které druhy jsou v rozvoji daného ekosystému klíčovými hráči. Byla stanovena hrubá míra zániku druhů. Současným ukazatelem je více než 100 zániků druhů na milion a rok. Přirozené pozadí vymírání druhů je asi 0,3 zániků. V tomto století bude vyhynutím ohroženo až 30 % všech savců, ptáků a obojživelníků. Jestliže bezpečná míra hynutí je kolem 10 druhů na milion a rok a pokud bude současný trend pokračovat, pak se lidstvo dostává hluboko do nebezpečné zóny.

Cyklus dusíku (1) a fosforu (2)

• Hranice 1: maximálně 35 milionů tun dusíku je fixováno z atmosféry za rok.


• Současná úroveň: 121 milionů tun za rok.


• Diagnóza: hranice je vysoce překročena a účinky se zhoršují.


• Hranice 2: do oceánů se za rok dostává maximálně 11 milionů tun fosforu.


• Současná úroveň: 9 milionů tun za rok.


• Diagnóza: hranice nebylo dosud dosaženo

Dusík je sice podstatnou součástí všech živých organizmů, ale jen jeho malá část vyskytující se v přírodě existuje ve formě, kterou mohou organizmy využít. Z atmosféry ho zachycují bakterie obsažené v celé řadě luštěninových rostlin, jiné mikroorganismy zase denitrifikují ekosystémy a přeměňují tento prvek zpět na formu nevhodnou pro živé organizmy. S tímto cyklem dusíku mají problém zemědělci, protože nedostatek dusíku snižuje úrodnost půdy. Před sto lety došlo ke změně dusíkového cyklu, když německý chemik Fritz Haber vynalezl průmyslový proces vázání  dusíku z atmosféry pro výrobu umělých hnojiv. Dnes se každoročně pro účely hnojení získává z atmosféry na 80 milionů tun dusíku. V důsledku neefektivnosti zemědělství se však většina dusíku dostává z půdy do řek a oceánů. Velká část dusíku zachycená rostlinami se pak ve formě exkrementů objeví v městských odpadech. Přebytečný dusík zabíjí cenné druhy a saturuje ekosystémy tak, že ztrácejí schopnost recyklovat dusík zpět do atmosféry. Při posledním sčítání bylo v oceánech na ploše 250 000 km² objeveno více než 400 mrtvých zón. Čtyřnásobné snížení bezpečné hranice bude zvlášť obtížným problémem, zejména bude-li se muset současně zajistit dostatek potravin pro rostoucí počet obyvatel.

Podobný problém je s fosforem, který se také používá jako hnojivo. Dnes se ho ročně těží asi 20 milionů tun, přičemž asi polovina končí v oceánech, kde přispívá ke kvetení moří a vzniku mrtvých zón. Podle odhadu lze ročně bez vážných důsledků použít asi 11 milionů tun fosforu.

Využívání půdy

• Hranice: pro pěstování plodin lze využít maximálně 15 % bezledové půdy.


• Současná úroveň: 12 %


• Diagnóza: hranice bude dosaženo do poloviny 21.století.

Velmi rychle pokračuje rozšiřování zemědělské produkce do přírodních ekosystémů, zejména do území tropických lesů. Polovina tropických deštných pralesů zmizela a velké oblasti pastvin, které byly dříve přístupné divoké zvěři, jsou nyní oploceny pro chov dobytka. Rozšiřování zemědělství ohrožuje jak klima, tak poškozuje cyklus sladké vody. Současně se rozšiřují plochy měst v hustě obydlených oblastech východní a jižní Asie, Evropy a Severní Ameriky. Dnes se obdělává asi 16 milionů km², tj. 12 % bezledové plochy. Hraniční úrovně bude dosaženo v průběhu několika desetiletí. Aby tato hranice nebyla překročena, bude třeba nasměrovat zemědělskou výrobu v nejproduktivnějších oblastech intenzivnějším způsobem a zamezit jejímu širšímu negativnímu dopadu.

Změna klimatu

• Hranice: koncentrace CO₂ v atmosféře maximálně 350 ppm.


• Předindustriální úroveň: 280 ppm.


• Současná úroveň: 387 ppm.


• Diagnóza: hranice byla již překročena.

Fakta ukazují, že CO₂ v atmosféře je hlavní termostat planety, a že zvýšená koncentrace CO₂ ohřívá planetu. Před dvaceti lety již byla překročena hranice 350 ppm. Přesto jsme stále ještě tady. Víme toho o problému oteplování dost? Každé oteplení způsobené přímo CO₂ je totiž zesilováno vedlejšími procesy. Tání mořského ledu odhaluje temný oceán, takže planeta absorbuje více sluneční energie. Vyšší teploty zvyšují odpařování a obsah vodní páry v atmosféře, což je další potenciální skleníkový plyn. Tyto vedlejší účinky vedou k tomu, že oteplení o 1 stupeň Celsia vlivem samotného CO₂ se může zvýšit o 3 stupně Celsia. A může být ještě hůř. Někteří klimatologové uvádějí, že jsou zde ještě pomalé zpětné vazby. Oteplování může například destabilizovat přírodní zásoby CO₂ a jiný skleníkový plyn, metan, uložený v půdě a věčném ledu. Pokud se tak stane, pak oteplení o 1 stupeň Celsia by mohlo narůst až na 6 stupňů Celsia. Aby bylo možné udržet velké oblasti polárního ledu netknuté a zabránit masivnímu zatopení, bude třeba omezit oteplení maximálně do 2 stupňů Celsia. Dnešním široce přijímaným cílem je dosáhnout úroveň CO₂ 450 ppm. Pokud je ale teorie o pomalé zpětné vazbě správná, pak bude nutné k dosažení cíle snížit úrovně CO₂ na 350 ppm. Dobrou zprávou je, že bude k dispozici dost času, protože dlouhodobé zpětné vazbě bude ještě chvilku trvat, než zasáhne naplno. Možná…

Aerosolová zátěž

• Hranice: dosud nestanovena.


• Diagnóza: není známa.

Lidé znečišťují planetu. Při spalování uhlí, lesů, rostlinných odpadů atd. se do atmosféry dostávají saze, sulfáty a jiné částice. Od předindustriálního období se globální koncentrace těchto aerosolů více než zdvojnásobily. Aerosolová mlha ovlivňuje klima a je škodlivá pro lidské zdraví. Důsledky aerosolů jsou různé – některé aerosoly, například sulfáty, odrážejí sluneční záření a planetu ochlazují, jiné, například saze, absorbují záření a planetu ohřívají. Celkovou globální bilanci oteplování či ochlazování však neznáme. Aerosoly ovlivňují klima i jiným způsobem. Například permanentní hnědý opar nad jižní a východní Asií je předmětem širokého výzkumu – pravděpodobně ovlivňuje jak načasování, tak výskyt monzunů. Aerosoly rovněž snižují hektarové výnosy plodin a ucpávají plíce lidí a přispívají tak k úmrtím milionů lidí na plicní a srdeční nemoci. Škody z aerosolů mohou být veliké, ale vzhledem k jejich vysoce variabilnímu dopadu nebyl tým vědců schopen stanovit bezpečné hranice.

Chemické znečištění

• Hranice: nebyla dosud stanovena.


• Diagnóza: není dosud známa.

V milionech různých produktů se dnes ve světě používá na 100 000 různých chemikálií. Obavy z nich jsou nasnadě – nepříznivě působí jak na člověka, tak i na zvířata. Největší problémy souvisejí s toxickými těžkými kovy, jako je olovo, dále s organickými polutanty, které se akumulují v tkáních, a s radioaktivními sloučeninami. Pouze hrstka těchto chemikálií je dnes pod kontrolou (např. DDT, PCB a dioxiny). Většina negativních vlivů však zůstává neurčena. Dokonce zdánlivě neškodné chemikálie se mohou spojovat a mít toxické účinky, které jsou větší než je součet účinků individuálních.

Jak jsme tedy na tom?
Tři z devíti zkoumaných hranic již byly překročeny – změna klimatu, biodiverzita a fixace dusíku. Blížíme se k překročení hranice v případě využívání sladké vody a půdy. Okyselování oceánů se objevuje v některých částech. U dvou ze tří zbývajících bodů věda dosud neví, kde jsou únosné hranice. Dobrou zprávou je, že se podařilo zabránit zničení ozónové vrstvy a zamezit tak ozáření lidí a ekosystémů nebezpečným ultrafialovým zářením. Zotavování ozónové vrstvy dokazuje, že protiakce jsou možné a mohou být prospěšné.

Podle: Fred Pearce: Earth´s nine lives. New Scientist, 2010, č. 2749, s. 31 až 35 
Překlad: Václav Vaněk, redakčně kráceno.