Stromy jsou dokonalá klimatizace

Stromy nám nabízejí mnohem více než jen stín. Díky procesu odpařování vody z členitého povrchu svých listů dokáže jeden jediný strom chladit okolní vzduch s takovou efektivitou, že se její výkon vyrovná s výkonem 100 domácích ledniček.

Distribuce slunečního záření na zemském povrchu

Sluneční záření, které dopadne na zemský povrch, je částečně odraženo, částečně ohřívá povrch a následně i vzduch (zjevné teplo). Část energie se využije na výpar vody a část proniká do země, přičemž další část se vyzařuje jako dlouhovlnné záření. Energie spotřebovaná na fotosyntézu činí pouze 1 % z dopadající sluneční energie na rostliny.

Sluneční energie na zemském povrchu má odlišný osud v oblastech, kde je bohatá a hydratovaná vegetace, ve srovnání s oblastmi s nedostatečným vegetačním pokryvem jako např. ve městech nebo parkovištích. Za jasného nebe dopadá na zemský povrch až 1000 W.m-2 slunečního záření, zatímco při zatažené obloze jsou to pouze desítky W.m-2. Během slunečného letního dne může tedy na plochu 1 km² dopadat až 1000 MW energie, což na ploše 2 km² odpovídá výkonu jaderné elektrárny Temelín.

Dopadající sluneční paprsky ohřívají povrch, teplý a lehký vzduch stoupá vzhůru, čímž se zrychluje i proudění vzduchu. V krajině, která je bohatá na vodu a pokrytá vegetací, se však významná část slunečního záření (až 80 %) využívá na výpar vody. Rozdíl v rozdělení sluneční energie mezi suchou plochou a dobře zavodněnou vegetací může během slunečného dne dosahovat několika set W.m-2 v závislosti na charakteristikách vegetace a míře zásobení vodou.

Odpařování a kondenzace vody: fyzikální základy v biologii rostlin.

Roli vegetace v distribuci slunečního záření a koloběhu vody v krajině nazýváme také "klimatizačním efektem" vegetace. Pro pochopení tohoto jevu je třeba využít základní fyzikální principy – přenos tepelné energie spojený se změnou skupenství vody z kapalného na plynné a naopak. Skupenské výparné teplo vody udává množství energie potřebné k vypaření 1 litru vody. Při běžné teplotě 20 °C je skupenské výparné teplo vody 2,45 MJ/l, což odpovídá přibližně 0,68 kWh sluneční energie. Při vypaření 1 litru vody je tedy ve vodní páře uloženo přibližně 0,68 kWh sluneční energie. Když teplota klesne, vodní pára kondenzuje zpět na vodu, čímž se uvolňuje energie, která ohřívá povrchy, na nichž se vodní pára sráží.

Strom jako dokonalé klimatizační zařízení

Jak jsme si řekli dříve, na výpar 1 litru vody při 20 °C se spotřebuje přibližně 0,68 kWh sluneční energie. Dobře zavodněný vzrostlý strom s průměrem koruny 4 metry (rozloha listového povrchu může činit až 1 600 m2) může za jasného dne odpařit okolo 20 l/hod, a spotřebovat tak 136 kWh sluneční energie. Průměrně tak v průběhu 10h vyprodukuje jediný strom výkon téměř 14 kW. Pro srovnání, klimatizace v luxusních hotelech dosahují výkonu přibližně 2 kW, ledničky o více než řád nižší. Výkon stromu je tak srovnatelný s výkonem 6 - 7 klimatizačních zařízení. Oproti klimatizacím a ledničkám, které uvolňují energii ve formě zjevného tepla přibližně ve stejném množství, kterým chladí uvnitř místnosti, stromy využijí sluneční energii k tvorbě vodní páry. Odpařená vodní pára ochlazuje okolí a pomáhá také vyrovnávat teplotní rozdíly mezi dnem a nocí. Z toho důvodu bývá v lese příjemný chládek a trávník má povrchovou teplotu o více než 10 °C nižší než dlažba, střechy nebo asfaltové povrchy.

Stromy fungují jako přírodní klimatizační systémy, které mohou pomáhat tlumit globální změny klimatu. Různé druhy stromů, od smrků, dubů a bříz, přes jabloně, blahovičníky, baobaby, až po sekvoje a stromy tropických deštných lesů, mají schopnost příznivě ovlivňovat globální klima bez nákladů. Pokud je například plocha 400 m² pokryta vegetací a dostatečně zavodněna, může významná část sluneční energie (přibližně 250 W.m²) být transformována do vodní páry, a tak třeba takto velká zahrada s různými rostlinami funguje jako chladicí systém s výkonem kolem 100 kW. Tento proces probíhá tiše, nenápadně, doprovázen zpěvem ptáků, vůní květin a zráním plodů, zatímco náklady na provoz technicky srovnatelného chladicího zařízení by činily 3000-6000 Kč denně!

Jak rostliny přispívají k navracení vody do ekosystému

Z jednoho litru vody se vypaří neskutečných 1200 litrů vodní páry, která stoupá vzhůru, kde se v chladnějším prostředí kondenzuje. Vzrostlý strom může vypařit až 20 litrů vody za hodinu, tedy vyprodukovat až 24 000 litrů vodní páry/hod. Vodní pára během dne ochlazuje okolí a v noci vyrovnává teplotní a tlakové rozdíly a zmírňuje rychlost proudění vzduchu.

Sluneční energie uložená ve vodní páře jako skupenské teplo se uvolňuje při kondenzaci, když vodní pára přechází zpět na kapalnou vodu, zejména v chladnějších oblastech atmosféry, v noci nebo ráno. Kondenzovaná vodní pára se transformuje na kapičky vody, které tvoří oblačnost, z níž následně padají mírné srážky. Zvýšený výpar způsobený vegetačním pokryvem tak podporuje tvorbu oblačnosti a srážek v oblasti, což napomáhá vracení vody zpět do krajiny. Nejrychlejší formou návratu vody z atmosféry do krajiny je tvorba horizontálních srážek, jako jsou rosa a jinovatka. Navíc mlha a oblačnost efektivně snižují průnik slunečního záření na zemský povrch, což si lze jednoduše ověřit měřením intenzity slunečního záření během jasného a oblačného dne. Naopak v oblastech bez vegetace se většina sluneční energie mění na teplo, což způsobuje, že suchý teplý vzduch rychle stoupá vzhůru od ohřátého suchého povrchu, urychlující vzestupné proudění vzduchu, které krajinu dále vysušuje. Tento ohřátý vzduch může pojmout podstatně více vody než chladnější vzduch, což znamená, že vodní pára je unášena vzhůru do vyšších vrstev atmosféry a nevrací se zpět ve formě mlhy nebo drobného deště.

Jednoduše řečeno, hlavní příčinou vysychání je odvádění vody z krajiny v podobě kácení lesů a snižování zelených ploch. Tímto způsobem přeměňujeme krajinu na vyschlé stepy a pouště, které se přehřívají, přičemž nás pak překvapuje, že se krajina chová právě takto a často to připisujeme oxidu uhličitému. Faktem však je, že přibližně 10% koncentrace CO2 v atmosféře je důsledkem lidské činnosti, přičemž Evropa má na tomto podílu asi 1%. Hlavní příčinou oteplování však není CO2, ale spíše odstraňování vody a vegetace z krajiny.

Jak to bylo se suchem v minulosti

Mnohé pokročilé civilizace vyhynuly jenom proto, že nedokázaly efektivně spravovat zdroje vody. Lidé proměňovali krajiny tím, že odlesňovali a odstraňovali vegetaci, aby mohli pěstovat obilniny (pšenice, žito, ječmen) a nakonec se ocitli v situaci, kdy nemohli přežít v krajinách, které se staly příliš suchými. Historicky tak zanikla Mezopotámie, civilizace v severní Africe a na územích střední Asie. V moderní době podobně trpí Kalifornie suchem, stejně jako subsaharská Afrika a Jižní Amerika od poloviny 20. století, v Austrálii se zvyšuje počet letních požárů a v letošním roce zaznamenala Sibiř, kde probíhá intenzivní těžba dřeva, mimořádně suché léto. U nás v České republice bylo odvodněno více než 10 000 km² zemědělské půdy, což má za následek ohřev vzduchu každý den ve výši srovnatelné s produkcí tisíce bloků jaderné elektrárny Temelín. Tímto způsobem si současná civilizace podřezává větev a následujeme osud těch, které již zanikly kvůli suchu.

Efektivním způsobem, jak čelit suchu a zvyšování teplot, je sázení stromů a keřů v krajině a ochrana existujících lesů. Stromy fungují jako přirozené klimatizační jednotky, které rozptylují sluneční energii a odpařují vodu, čímž vytvářejí chladné a vlhké mikroklima vedoucí k častějším srážkám. Když se krajina odlesní, teplotní rozdíly se zvětšují a oblast vysychá. Vegetace a voda jsou klíčové pro udržení stabilního klimatu a prevenci extrémních teplotních výkyvů.

Klimatické změny způsobené lidskou činností jsou především důsledkem odlesňování a špatného hospodaření s vodními zdroji. Abychom zmírnili dopady těchto změn, musíme se zaměřit na obnovu vegetace a udržení vody v krajině. Tímto způsobem můžeme stabilizovat klima a zlepšit podmínky pro život na Zemi.