Vyplatí se hnojit moře?

Budil: Lidstvo už pochopilo, jak velký význam má světový oceán a to, co v něm někdy považujeme za naprosto nevýznamné, například řasy.

Prášil: Mořské mikroskopické řasy, tzv. fytoplankton, mají pro život na celé naší planetě ohromný význam, možná větší, než si uvědomujeme. Snad jen připomenu, že nejstarší dochované stopy života tvoří pravděpodobní předchůdci dnešních mořských řas, nebo že to byly právě mořské řasy, které dokázaly postupně změnit charakter naší atmosféry. Ale i dnes mořské řasy významně ovlivňují náš každodenní život. Například stojí na počátku potravní pyramidy v oceánech, která živí část lidstva, ale koneckonců i zásoby ropy tvoří organické pozůstatky mikroskopických řas, které kdysi dávno sedimentovaly na mořském dně.

Budil: Často se hovoří o tom, že oceán má nesmírný význam i pro proměny klimatu. A svou roli tu budou mít asi i řasy?

Prášil: Víme, že existuje spojitost mezi koncentrací kysličníku uhličitého a globálním oteplováním. A mořské řasy mohou koncentraci oxidu uhličitého ovlivňovat, neboť mají ústřední postavení v tzv. globálním koloběhu uhlíku. Mikroskopické řasy v procesu fotosyntézy každoročně spotřebují asi 50 miliard tun uhlíku z atmosféry, což je přibližně polovina fotosyntetické produkce celé planety. Díky tomu, že celý koloběh uhlíku je v jakési rovnováze, tak se všechen fotosyntézou zachycený uhlík zase na konci koloběhu do atmosféry vrátí. Tím se udržuje koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře konstantní a příliš se nemění. Pokud by se ale z nějakého důvodu fotosyntéza mořských řas globálně změnila, změní se i koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře, a to může způsobit i změnu klimatu. V dlouhodobém měřítku tak mořské řasy mohou ovlivnit střídání dob ledových a podobně. V současné době ale lidstvo svou činností, a to především spalováním fosilních paliv a odlesňováním, přidává každý rok do atmosféry navíc asi 7 miliard tun oxidu uhličitého. Tak velké množství oceány a celý biologický koloběh uhlíku už nestačí pojmout. Množství oxidu uhličitého v atmosféře se každý rok zvyšuje asi o 3 miliardy tun. Protože neznáme žádné jednoduché řešení tohoto problému, hledají se různé, často i krkolomné způsoby, jak nárůst koncentrace oxidu uhličitého snížit. A tady se dostáváme opět k mořským řasám. Hledají se způsoby, jak by bylo možné zvýšit fotosyntézu a taky množství oxidu uhličitého, které je z atmosféry spotřebováváno.

Budil: Jak tedy povzbudit řasy, aby se činily k našemu prospěchu?

Prášil: Stejně jako suchozemské rostliny, tak i mořské řasy potřebují k růstu celou řadu živin, hlavně dusík a fosfor. V rozsáhlých oblastech oceánů je přísun dusíku a fosforu omezený. Množství řas je tam proto malé a tyto oblasti oceánů se podobají pouštím. Teoreticky bychom tedy fotosyntézu mohli zvýšit přidáním dusíku a fosforu, ale to by vyžadovalo tak velké množství dusíkatých hnojiv, že by to bylo neúnosně nákladné, a nikdo o tom ani reálně neuvažuje. Existují ale i jiné oblasti oceánů, které na první pohled také vypadají jako oceánské pouště bez života. Ale liší se tím, že dusíku a fosforu je v nich dostatek. Tyto oblasti tvoří více než jednu třetinu celkové plochy oceánů.

Budil: A kde se v mořích před námi skrývají tyto podvodní pouště, které by pouštěmi být neměly?

Prášil: Nejvýznamnější jsou rozsáhlé oblasti v rovníkovém Tichém oceánu, pak celý severovýchodní Pacifik, a především tzv. jižní oceán, což je pás oceánu okolo celé Antarktidy.

Budil: Proč jsou tyto "nepouště" vlastně pouštěmi?

Prášil: Dlouho zůstávalo záhadou, proč je v těchto oblastech tak málo řas, když tam jsou pro fotosyntézu zdánlivě všechny potřebné podmínky. Až asi před patnácti lety vyslovil americký oceánograf John Martin hypotézu, že hlavní příčinou vzniku těchto oceánských pouští je nedostatek železa. To se nám na první pohled může zdát nepochopitelné, protože železo je přece jeden z nejběžnějších prvků v zemské kůře. To je sice pravda, ale rozpuštěného a pro řasy dostupného železa je v mořské vodě jen velmi malé množství. A přitom řasy železo nezbytně potřebují. Když fotosyntéza v oceánech někdy před třemi a půl miliardami let vznikala, nebyl v atmosféře ještě žádný kyslík a ve vodě bylo rozpuštěného železa asi desetmilionkrát více než dnes. Přítomností kyslíku se ale železo zoxidovalo, a proto je dnes množství železa ve vodě tak malé. Dnes je hlavním zdrojem pro řasy využitelného železa atmosférický prach, který do oceánů zanáší větrné bouře z pevniny. Pokud je v některých oblastech přísun prachu nedostatečný, růst řas se tam zastaví. John Martin vyslovil památnou větu: "Dejte mi tanker plný železa a vytvořím vám dobu ledovou."

Vyplatí se hnojit moře?|foto: ntnu.no

Budil: Takže budeme muset hnojit moře železem?

Prášil: On tím v nadsázce myslel to, že přidáním poměrně malého množství železa by bylo možné mnohonásobně zvýšit fotosyntézu v mořských pouštích, a tedy i snížit množství oxidu uhličitého v atmosféře, které by mohlo způsobit ochlazení naší planety. Nejprve ale bylo třeba hypotézu o nedostatku železa experimentálně dokázat.

Budil: A jsou tyto experimenty úspěšné?

Prášil: Ano, přesvědčivý důkaz této hypotézy přinesly velké experimenty, při kterých se v nádržích oceánografických lodí rozpustilo několik tun solí železa, a takto obohacený roztok se potom postupně za plavby vypouštěl do moře. Za několik dní může jedna loď železem pohnojit až několik desítek kilometrů čtverečních oceánu. Potom se výzkumná loď do této obohacené skvrny vrací a provádí řadu měření fotosyntézy, změny druhového složení řas, množství oxidu uhličitého a podobně. Měření mohou trvat i několik týdnů, dokud obohacená skvrna nezmizí. Buď se postupně rozmíchá, anebo klesne do nižších vrstev oceánu. Zatím se uskutečnilo celkem pět velkých mezinárodních expedic do různých částí oceánských pouští. Všechny experimenty zaznamenaly po přidání železa rychlý vzrůst fotosyntézy a došlo i ke změnám druhového složení fytoplanktonu. V jednom případě bylo zvýšené množství řas viditelné ze satelitu i několik měsíců. Martinova hypotéza o nedostatku železa se tedy plně potvrdila a toto lze považovat jednoznačně za velký vědecký úspěch. Ale ve stejné době, kdy probíhaly tyto experimenty, bylo v rámci kjótského protokolu navrženo, aby se obchodovalo s tzv. uhlíkovými kredity. Každý, kdo by mohl prokázat, že snížil množství oxidu uhličitého v atmosféře, by mohl toto množství prodat státům, které by z nějakého důvodu překročily již dohodnuté limity emisí oxidu uhličitého. Protože první odhady ukazovaly, že náklady na snížení koncentrace oxidu uhličitého o jednu tunu by přidáním železa byly asi jeden dolar, tedy nejméně desetkrát levnější než jiné metody, o kterých se uvažovalo, okamžitě se našla celá řada podnikavců, kteří si chtěli z hnojení oceánů udělat dobrý byznys.

Budil: Takže tedy opravdu hnojíme?

Prášil: Domnívám se, že tudy bohužel cesta k významnému a dlouhodobému snížení oxidu uhličitého v atmosféře nepovede. Pokusy s obohacováním oceánů železem totiž odhalily i celou řadu vážných omezení a problémů. Například se zjistilo, že není vůbec jisté, zda zvýšené množství pohlceného uhlíku skutečně klesne do hloubek oceánů a bude tak alespoň na čas odstraněno z atmosféry. Naměřené hodnoty exportovaného uhlíku byly asi desetkrát menší, než se očekávalo. Navíc nikdo neví, co by se s oceány stalo, kdyby se hnojení železem začalo provozovat ve velkém. Žádný z experimentů totiž netrval dostatečně dlouho, aby prokázal, že dlouhodobé hnojení zásadním způsobem nezmění celý oceánský biosystém. Změna druhového složení by mohla způsobit nepředvídatelné změny celého koloběhu uhlíku. Již se objevily důkazy o tom, že se může změnit složení mikrobů, a tak se například může zvýšit produkce kysličníku dusného, který je mnohem horším skleníkovým plynem nežli oxid uhličitý.

Budil: Takže skutečně platí to, co jsme si v Meteoru nedávno povídali, že stále toho o vývoji a proměnách podnebí Země mnoho nevíme.

Prášil: Ano. V oceánech jde o tak spletité a navzájem provázané vazby, že o nich víme jen opravdu žalostně málo a nejsme schopni zodpovědně odhadnout, jaké změny by obohacení železem mohlo dlouhodobě přinést. Pro příklad toho, jak může zásah do přirozených ekosystémů dopadnout, nemusíme chodit daleko, jeden vidíme přímo u naší laboratoře na Třeboňsku. Díky intenzívnímu hnojení rybníků kvůli zvýšení produkce ryb došlo v posledních desetiletích ke znehodnocení a ochuzení dříve druhově bohatých rybničních ekosystémů. Dnes jsou rybníky v létě plné jedovatých sinic a na celém Třeboňsku těžko najdete rybník, kde byste se mohl bez obav vykoupat.