Sular Azaldıkça Ormanlar Karbon Emme Yeteneğini Kaybediyor

Ormanların kuraklık dönemlerinde su kıtlığı ile karşılaştığında fotosentezi durdurarak karbondioksiti (CO₂) emme kapasitelerini kaybettikleri, dolayısıyla bir noktada ortama yakaladıklarından daha fazla CO₂ yaydıkları bilimsel araştırmalarla ortaya konuyor. Ağaçlar hayatta kalmak için suyu en çok tüketen bu süreci durdururken, iklim değişikliğinin kuraklıkları sıklaştırması ve ormanların karbon azaltım politikalarında kritik rol oynaması bu tabloyu endişe verici kılıyor. Dünya ormanlarının insan faaliyetleri sonucunda atmosfere salınan CO₂’nin yaklaşık dörtte birini emdiği tahmin ediliyor; ancak su kaynakları aşırı derecede azaldığında bu devasa yeşil alanlar karbon deposu olmaktan çıkıp kaynağa dönebiliyor.

Su, Karbon İşleminin Para Birimi

Ağaç yaprakları, CO₂’nin orman ekosistemine girdiği başlıca nokta. Bu yapraklar güneş enerjisini yakalayıp havadaki CO₂’yi şekerlere dönüştüren gerçek kimyasal fabrikalar işlevi görüyor; üretilen şekerler bitkinin enerji ihtiyaçlarını karşılıyor ve ağacın büyümesini sağlayarak daha fazla karbon depolamasını sağlıyor. Yaprakların yüzeyinin bir kısmı, açıp kapanan küçük gözeneklerle—stomalarla—kaplı. CO₂ tam olarak bu gözeneklerden ağaca giriyor.

Bu giriş enerji gerektirmiyor; CO₂ doğal olarak daha yoğun olduğu ortamdan (atmosferden) daha seyrek olduğu yere, yani yaprağın içine doğru hareket ediyor. Ancak stomaların açılması yalnızca CO₂’nin girmesini değil, aynı zamanda su kaybını da getiriyor. Çünkü yaprağın hücreleri, en nemli bölgelerde bile atmosferden çok daha fazla su buharı içeriyor ve buradan buharlaşma gerçekleşiyor; buna ağaçların terlemesi deniliyor.

“Ortalama olarak stomalar tarafından emilen her bir CO₂ molekülü başına, aynı anda yaklaşık 400 su molekülü kaçıyor.”

Araştırmacılar

Terleme, bitkilerin büyümesi ve metabolizması için hayati önem taşıyor. Yetişme döneminde ağacın boyutuna bağlı olarak günde birkaç yüz litre suya—birkaç küvet değerinde—eşlik edebilirken, bir hektar orman için bu miktar günde birkaç on bin litreye ulaşabiliyor. Bu büyük miktardaki su, ağacın kökleri tarafından topraktan çekiliyor.

Suyun Yer Çekimine Karşı Yükselişi

Suyu kökten yaprağa taşımak için bitkilerin verimli bir hidrik sistemeye ihtiyacı var. Bu yerçekimine karşı çalışan taşıma ağındaki itici güç, stomalardaki suyun buharlaşması. Oluşan bu gerilim, su molekülleri arasındaki güçlü bağlanma sayesinde su sütunlarını devasa bir pıhtı gibi yukarı doğru çekiyor.

Bu ilke, 19. yüzyılın sonunda İrlandalı botanikçi Henry Horatio Dixon tarafından ortaya konduğu için “gerilim-bağlanma” olarak adlandırıldı. Terlemenin ağaçtan hiçbir enerji harcamadan işleyen pasif bir mekanizma olduğunu açıklıyor.

Ancak suyu ağacın tepesine çıkarmak için gereken kuvvet kocaman. Sanki birkaç on metre uzunluğunda bir pıhtıdan su çekiliyormuş gibi düşünün, ancak bu pıhtının içinde duvarlar ve hücreler gibi engeller var. Sonuç? Suyu ağacın tepesine çıkarmak için gereken kuvvet, birkaç yüz metre derinliğindeki bir kuyudan su pompalamaya yeterli olan kuvvete eşit.

Bu aşırı koşullarda su, basınca daha fazla artması halinde aniden gaza dönebileceği bilinen özel bir halde bulunuyor; buna kavitation deniyor. Kavitation gerçekleştiğinde, ağacın hidrik sistemi içinde hava kabarcıkları oluşuyor ve gaz embolizmleri suyun akışını engelleyerek bu sistemin çökmesine yol açıyor.

“Kavitation, aşırı kuraklıklar sırasında ortaya çıkan geri döndürülemez bir olgu. Böyle durumlarda ağacın yaprakları ve diğer dokuları yavaş yavaş susuzlaşıp geri döndürülemez şekilde kuruyor.”

Araştırmacılar

Kavitation, çoğunlukla yağış eksikliği ile sıcak dalgalarının birleşimine bağlı olarak aşırı kuraklıklar sırasında meydana geliyor. Bu tür durumlarda toprak kurudukça sudan yararlanmak giderek zorlaşıyor—toprak kuraklığı olarak biliniyor—ve atmosfer ısındıkça hava kuruyup yapraklardan buharlaşma hızlanarak bitkiye binen stresi artırıyor ve topraktaki nemin tükenmesini hızlandırıyor; buna da atmosferik kuraklık deniyor.

Susuzluk ile Açlık İkilemi

Kuraklık dönemlerinde ağaçlar dolayısıyla bir ikilemle karşılaşıyor: Metabolizmaları ve büyümeleri için gerekli fotosentezi kolaylaştırmak adına stomalarını açıp açmamaları, yoksa suyu koruyup hidrik sistemlerini geri döndürüle zararlanmadan korumak için kapatıp kapatmamaları. Jeolojik zaman içinde ağaçların evrimi, bu ikilemi çözen bir davranışın ortaya çıkmasına yol açtı.

Stomalar, ışık seviyesinin düştüğü gibi fotosentez için uygun olmayan koşullarda su kaybını en aza indirmek adına dakikalar içinde dinamik olarak açıp kapanıyor. Kuraklık koşullarında ise tüm ağaçlar stomalarını kapatıyor.

Bu sırada ormanlar CO₂ yaymaya devam ediyor. Öncelikle fotosentezle üretilen ve metabolizma için gerekli şekerlerin tüketiminden kaynaklanan CO₂; ikinci olarak da kuraklık sonucu ölen ve yaşamaları boyunca depoladıkları karbonu atmosfere salan ağaçlardan çıkan CO₂. Bu iki etki, bir ormanın karbon deposu olmaktan çıkıp kaynağa dönüşmesine yol açabiliyor.

“Bu geri dönüşüm, özellikle büyük ölçekli müdahalelere dayalı ormancılık uygulamalarıyla daha da kötüleşebiliyor.”

Araştırmacılar

Türden Türüne Değişen Kuraklığa Dayanıklılık

Kuraklığa dayanıklılık, ağaçtan ağaca ve türden türe su ileten sistemin embolizme karşı hassasiyetine bağlı olarak oldukça değişkenlik gösteriyor. Stoma kapanması, türün emolizme direncini hesaba katarak mevcut sudan en iyi şekilde yararlanacak şekilde evrilmiş durumda.

Daha zayıf bir hidrik sisteme sahip meşe gibi bir ağaç, daha dayanıklı bir hidrik sisteme sahip palamut meşeye göre stomalarını daha erken kapatma eğiliminde. Aslında tüm ağaçlar emolizmin eşiğinde çalışıyor; çok kurak bölgelerde yaşayan en dirençliler bile dahil. Bu nedenle dünyanın tüm ormanları, iklim değişikliğinin yol açtığı kuraklık artışına karşı hassas.

Zaten kuraklıklar, ağaçların uyum sağladığı referans koşulları aştığında fizyolojik etkiller kritik boyuta ulaşıyor; çünkü stomalar kapandıktan sonra bile yapraklar ve gövdelerin kutikülleri üzerinden kalan su kaybı devam ediyor. Bu olgu yaprak dökülmesine, damar sistemi içinde emolizme ve tomurcukların kurumasına yol açarak sonunda ağacın ölümüne neden olabiliyor.

Su Karbon Döngüsünü Düzenliyor, Tam Tersi de Doğru

Bu nedenle ormanların karbon deposu olarak işleyebilme yeteneğini anlamak ve öngermek için suyun zaman ve mekân içinde nasıl değiştiğini anlamamız ve öngurmamız gerekiyor. Bazen iklim değişikliği ve atmosferdeki CO₂ konsantrasyonundaki artışın bitki örtüsüne gübre etkisi yapacağı iddia ediliyor; daha fazla CO₂, daha fazla fotosentez, daha büyük büyüme ve daha büyük karbon depoları anlamına geldiği varsayılan görünüşte çürütülemez bir mantığa dayanan bu yaklaşım, iklim değişikliğinin aynı zamanda daha yoğun ve sık kuraklıklar da getirdiğini görmezden geliyor.

Ayrıca ağaçların yeterli suyu olsa bile CO₂ fotosentezi artırırken stomaların açılmasını azaltıyor; havadaki CO₂ ne kadar fazlaysa, o kadar az bir stoma açılışıyla emilebiliyor. Bu bitki için suyu koruduğu sürece yararlı olsa da büyük ölçekte terlemeyi ve ormanların yağmuru geri döndürmesini azaltıyor.

“Ağaçlar tarafından terletilen su, kıtalar boyunca iklim koşullarının istikrarı için kritik önem taşıyor.”

Araştırmacılar

Bunun bir örneği olarak, Batı Amazon’daki yağışların %50’sinin Amazon havzasının doğu kısmından ağaçlar tarafından terletilen ve ticaret rüzgarlarıyla taşınan sudan geldiği tahmin ediliyor. Dolayısıyla doğudaki stomaların kapanması batıda yağışı azaltabilir ve bu yan etkiler, meşhur “yeşil akciğer” olarak bilinen bu sistemin istikrarını tehlikeye atabilir.