CzechGlobe

Jedním ze způsobů, jak globální změně porozumět a jak řešit související problémy, je koncentrace výzkumného a inovačního potenciálu do jedné instituce. Vytvořit moderní a masivní infrastrukturu výzkumu a zajistit finanční podporu se s podporou strukturálních fondů EU a Akademie věd ČR podařilo formulováním projektu CzechGlobe – Centrum výzkumu globální změny.

Motivace CzechGlobe vychází ze tří základních otázek:

1) V jakém rozsahu je biosféra schopna absorbovat nárůsty koncentrace CO₂ a ostatních skleníkových plynů v atmosféře?

2) Jak zranitelnou složkou úložišť uhlíku jsou terestrické ekosystémy a jak ty poškozené ekosystémy proměnit ze zdrojů opět v úložiště?

3) Jak změnit vývoj lidské společnosti, aby byl v kontextu globální změny udržitelný?

Projekt je zaměřen na výzkum základních segmentů působení globální změny, tj. atmosféru, ekosystémy a socioekonomické systémy. Vlastní výzkum doprovází inovační a vzdělávací platforma. Unikátní charakteristikou CzechGlobe je propojení odlišných badatelských směrů a vytvoření interdisciplinárního výzkumu od fyziky atmosféry až po chování společnosti s ohledem na globální změnu.

Budovaná infrastruktura je zařazena do pěti divizí. Tyto strukturní celky jsou tvořeny badatelskými týmy, které se tvoří dle aktuálních potřeb výzkumu, získaných projektů či zakázek uživatelů.

Divize klimatických analýz a modelování:

a) Oddělení analýzy variability klimatu a jeho změn se zaměřuje na tvorbu metodik využitelných při modelování klimatických extrémů a trendů klimatických prvků s využitím charakteristik historického klimatu.

b) Oddělení klimatického modelování se zabývá vývojem, verifikací a provozováním regionálního klimatického modelu vybaveného pokročilejší generací fyzikálních parametrizací a schopného operovat ve velmi vysokém prostorovém rozlišení.

c) Oddělení dopadů klimatických změn na agrosystémy se zaměřuje na tvorbu a provozování regionální prostorové studie vlivu globální změny na výnos polních plodin s využitím růstových modelů.

Divize ekosystémových analýz:

a) Oddělení toků energie a látek se zabývá dlouhodobým sledováním toků skleníkových plynů a meteorologických prvků, převedením kvantitativních a dynamických údajů do měřítka celé ČR a modelovým odhadem jejich budoucího vývoje.

b) Letecká laboratoř dálkového průzkumu Země a procesového zobrazování vyvíjí metody synchronizace leteckého snímání obrazových dat pomocí pasivní obrazové spektroskopie a aktivního skeneru LiDAR.

c) Oddělení výzkumu biodiverzity se zabývá vlivy globálních změn klimatu na populační dynamiku hmyzích škůdců, jejich přirozených nepřátel i některých vzácných druhů, významem biokoridorů pro usnadnění migrace druhů a jejich přežití při globální změně.

d) Oddělení biogeochemických a hydrologických cyklů vyhodnocuje a modeluje změny hydrologického cyklu lesních povodí, biogeochemie dusíku v lesním ekosystému, formy a export rozpuštěného organického a anorganického uhlíku a množství bazických kationtů v lesních půdách a vodách.

e) Oddělení krajinné depozice uhlíku sleduje schopnost krajinných celků ukládat vzdušný uhlík s ohledem na způsoby hospodaření v krajině, „land-use changes“ a strategii definování ekosystémových služeb krajiny.

Divize účinkových studií a fyziologických analýz:

a) Laboratoř rostlinné fyziologie se orientuje na objasnění adaptačních a regulačních mechanismů souvisejících s dopady globální změny a na vývoj metod pro včasnou diagnostiku působení stresových faktorů.

b) Oddělení účinkových experimentů realizuje výstavbu a provoz klastru venkovní infrastruktury komor s otevřeným vrchem (Open Top Chambers) a klastru fytotronů.

c) Laboratoř metabolomiky a izotopových analýz se zabývá výzkumem funkčních spojení mezi metabolickým profilem rostlin a jejich fyziologickými/fenologickými vlastnostmi.

Divize inovačních, adaptačních technik a technologií:

a) Oddělení humánní dimenze globální změny směřuje k vypracování analýz souvislostí dopadů změny na socioekonomické systémy, rozšíření intervalů hlavních integrovaných ekonomických a environmentálních indikátorů.

b) Laboratoř fyziologie a biotechnologie řas zkoumá potenciál autotrofních mikroorganismů pro zachycování CO₂ ze vzduchu nebo ze spalovacích plynů spojeného s výrobou vyšší generace biopaliv či jiných cenných látek.

c) Laboratoř rychle rostoucích energetických dřevin se zabývá analýzou rizik pěstování rychle rostoucích dřevin na orné půdě. Edukační a PR platforma – je systém výukových programů (středoškolské, graduální a doktorské) zaměřených na problematiku globální změny. Realizace vědeckého marketingu směřujícího k povzbuzení společenské poptávky po výsledcích vědecké a inovační činnosti centra.

Výzkum v centru CzechGlobe přináší řadu významných výsledků sloužících k hlubšímu poznání fenoménu globální změny. Velmi významnou součástí je podrobné studium některých složek globálního cyklu uhlíku, jenž je zásadním koloběhem látek naší biosféry, protože:

a) je křižovatkou abiotického a biotického světa. Fotosyntetická asimilace začleňuje „anorganický“ uhlík z atmosféry do uhlíkového skeletu organických látek,

b) globální cyklus uhlíku je bezprostředně spojen s klimatem planety Země jejím vodním cyklem a fotosyntetickou fixací uhlíku,

c) plné pochopení globálního cyklu uhlíku je zásadní pro pochopení klimatické historie Země. Proto je velká pozornost výzkumu věnována snaze o pochopení „osudu“ skleníkových plynů, jejich pohybu v atmosféře.

Pro tento účel bude využíván národní bod výškového monitoringu skleníkových plynů.

Aktivity zaměřené na poznání fyziologické odezvy ekosystémů na možné důsledky změn v globálním cyklu uhlíku mají již tradici 20 let výzkumu. Základem jsou podrobné analýzy na úrovni ekofyziologie rostlin, se snahou o určení klíčových prvků fyziologické odezvy s následným rozšířením o hlubší analýzu metabolitů rostlin, které reflektují působení vnějšího prostředí.

V současné době CzechGlobe jako jediné pracoviště v Evropě a jedno z mála ve světě uskutečňuje experiment s dlouhodobým působením navýšené atmosférické koncentrace CO₂ na produkční charakteristiku lesních dřevin. Je obecně známé, že zvyšující se koncentrace CO₂ způsobuje zvyšující se rychlost fotosyntetické asimilace uhlíku, a tím i zvýšenou produkci biomasy. Tento trend však není trvalého rázu. Fotosyntetická asimilace po delším stimulačním efektu navýšené koncentrace CO₂ začne klesat, což je důsledek zpětnovazebních regulací fotosyntetického procesu v široké škále regulací na úrovni syntézy enzymů asimilace, limitace živinami až po limitaci transportu asimilátů. To v konečném projevu vede k poklesu rychlosti asimilace CO₂. Tento velmi závažný projev tedy omezuje optimistický předpoklad, že navýšená atmosférická koncentrace CO₂ zvýší primární produkci.

Velmi zajímavý objev je nález prostorové distribuce projevu stimulace či deprese fotosyntetické asimilace v měřítku korun stromů. Stimulace zvýšenou koncentrací CO₂ je výraznější a dlouhodobější u stinných listů. Aklimační deprese je pozorována u slunných listů a starších ročníků jehlic. Naproti tomu u stinných listů a jednoletých výhonů pozorována nebyla. To podporuje představu o tom, že navýšená koncentrace CO₂ jistým způsobem kompenzuje nedostatek světla.

Dalším zaměřením výzkumu je analýza schopnosti současných typů ekosystémů ČR poutat a ukládat ve své biomase a půdě atmosférický uhlík. Na základě dlouhodobých měření lze např. konstatovat, že nejvýznamnějšími ekosystémy jsou horské smrčiny ve fázi intenzivního růstu. Naproti tomu ukládání uhlíku je nejslabší v ekosystému horského travního porostu (tab. I).

Studium globálního cyklu uhlíku, a tedy odezvy ekosystémů na globální změnu probíhá na více úrovních. Velmi slibné je zapojení metod dálkového průzkumu a s ním spojeného procesového zobrazování. To umožňuje realizovat analýzu informací o tocích energie a látek v měřítku celých porostů, regionu a při zapojení satelitního snímání i kontinentů celé Země.

Uvedené příklady ukazují šíři metod a postupů analýz toků energie a látek ekosystému. Je nasnadě, že právě moderní metody a zapojení interdisciplinárního týmu mohou vést k hlubokému poznání toho, jak významným či naopak bezvýznamným fenoménem ovlivňující bioty planety Země a lidskou společnost globální změna opravdu je.