Ekosystémy súše môžu aktívnou reguláciou tokov vody výrazne ovplyvňovať v predchádzajúcej časti spomínanú distribúciu slnečnej energie do dvoch hlavných zložiek, ktorými sú citeľné a latentné teplo. Prichádzajúce slnečné žiarenie sa od vegetačného porastu čiastočne odráža, čiastočne transformuje (disipuje) prostredníctvom výparu vody, čiastočne sa mení na citeľné teplo, čiastočne je odvedené ako teplo do pôdy a čiastočne je akumulované v biomase fotosyntézou. Množstvo posledne spomínanej energie akumulovanej v biomase je pomerne nízke.
Súčasne s prijímaním a fotosyntetickou fixáciou oxidu uhličitého je do rastúcich tkanív viazaná voda. Rastúca biomasa obsahuje až 80-90% vody. Popri vode na stavbu tkanív vegetácia spotrebúva vodu na evapotranspiráciu. Hodnoty evapotranspirácie sa menia podľa zemepisnej šírky, nadmorskej výšky a ďalších okolností. V podmienkach mierneho pásma (Slovensko) dosahuje evapotranspirácia za slnečného dňa pri dostatku vody zhruba 3 litre vody na m2 za deň, čo predstavuje skupenské teplo 2,1 kWh (7,5 MJ). Evapotranspirácia je dynamický proces, ktorý závisí primárne na príkone energie a dostupnosti vody.
Rastliny sa vo svojej schopnosti vyparovať/transpirovať vodu výrazne líšia. V miernom pásme je transpirácia ihličnanov vo všeobecnosti nižšia než transpirácia listnatých stromov. Najvyššiu schopnosť transpirácie majú mokradné rastliny. Niektoré rastliny, pokiaľ majú dostatok vody, dokážu vypariť behom slnečného dňa i viac než 20 litrov vody z jedného metra štvorcového.[1] V kultúrnej krajine je evapotranspirácia za slnečných dní väčšinou obmedzovaná nedostatkom vody, takže aktuálne hodnoty transpirácie sú výrazne nižšie než potenciálna transpirácia.
Transpirujúce rastliny, najmä stromy, sú jedinečnými klimatizačnými systémami Zeme. Predstavme si väčší, samostatne stojaci strom o priemere koruny 10m. Na priemet koruny stromu s plochou 80 m2 dopadne za deň napríklad 450 kWh slnečnej energie (4-6 kWh/m2). Časť slnečnej energie sa odrazí, časť sa spotrebuje na ohrev pôdy, časť sa premení na teplo. Pokiaľ je taký strom dobre zásobený vodou, vyparí (transpiruje) za deň napríklad 400 litrov vody. Na premenu vody z kvapalného skupenstva na vodnú paru sa spotrebuje 280 kWh slnečnej energie. Toto množstvo spotrebovanej energie predstavuje rozdiel medzi tieňom stromu a tieňom slnečníka o rovnakom priemere. V priebehu slnečného dňa taký strom chladí výkonom 20 - 30 kW, čo je výkon porovnateľný s 5 klimatizačnými jednotkami.
Strom je pritom na rozdiel od ľuďmi vymyslených klimatizačných zariadení „poháňaný" len slnečnou energiou, je z prírodných materiálov, vyžaduje minimálnu údržbu, výdaj vodnej pary regulujú milióny prieduchov, ktoré reagujú na teplotu a vlhkosť v okolí. Podstatné je, že slnečná energia viazaná vo vodnej pare sa prenáša ďalej a uvoľňuje sa až pri jej kondenzácii na chladných miestach. Vyrovnávajú sa tak teploty v čase a v priestore - na rozdiel od chladničky alebo klimatizačného zariadenia, ktoré uvoľňujú teplo do svojho najbližšieho okolia. Strom na rozdiel od chladničky alebo klimatizačného zariadenia tiež pracuje úplne nehlučne, naopak pohlcuje hluk, prach.
Väčšina ľudí má skúsenosť s príjemným chládkom v hustom lese, ktorý sa udrží i počas horúceho letného dňa. Teplotná inverzia (vyššia teplota v korunách ako pri zemi) počas dňa udržuje takmer 100-percentnú vlhkosť vzduchu nad povrchom pôdy. Vyrovnanosť vlhkosti a teplôt pod korunami stromov je priamo úmerná hustote a výške porastu.[2] To je tiež dôvod, prečo je zdravý hustý les menej zraniteľný požiarom. Hospodárenie lesa s vodou pod korunami stromov je také účinné, že si zo svojich korún môžu dovoliť vysoký výpar, ktorým ochladzujú vzduch nad nimi. Zalesnené územia sa na infračervených satelitných snímkach počas slnečného dňa vzhľadom na ich nezalesnené okolie javí ako chladnejšie.
V riedkom lese a v otvorených (napr. trávnatých) ekosystémoch k teplotnej inverzii počas slnečného dňa nedochádza. Nočná teplotná inverzia nad korunami stromov i nad otvorenými, nelesnými ekosystémami často vedie ku kondenzácii a k tvorbe hmly. Časť z nej gravituje k zemi, pričom v uzavretých, lesných ekosystémoch sa na rozdiel od otvorených priestranstiev v podobe vlhkosti udrží aj počas dňa.[3] Mikrocyklus vody, ktorý sa v našich podmienkach prejavuje kvapôčkami rosy na tráve alebo na ihličí, je podľa nemeckého hydrológa W. Ripla najhojnejšie sa vyskytujúcim prejavom obehu vody vo vegetácii a najdôležitejším stabilizujúcim procesom na pevnine. Mimoriadne účinne disipuje slnečnú energiu bez negatívnych vedľajších účinkov, ako je napr. vysušovanie, dezertifikácia a erózia pôdy.[4]
S novou, veľmi zaujímavou interpretáciou vzťahu medzi lesom a zrážkami prišli ruskí vedci V. G. Gorškov a A. M. Makarjeva. Títo hodnotili závislosť ročných úhrnov zrážok na vzdialenosti od mora na nezalesnených územiach (savany, stepi, polopúšte) viacerých kontinentov a podobne i na územiach pokrytých prirodzenými lesmi. Došli k jednoznačnému záveru, že na nezalesnených úsekoch kontinentov úhrny zrážok so vzdialenosťou od mora prudko klesajú, kým na územiach pokrytých prirodzenými lesmi úhrny zrážok so vzdialenosťou od mora nielenže neklesajú, ale v niektorých prípadoch dokonca stúpajú a to až na niekoľko tisíc kilometrov dlhých úsekoch.[5]
Uvedení vedci sformulovali princíp tzv. biotickej pumpy, podľa ktorého z oblasti so slabším výparom vzniká horizontálny tok vlhkého vzduchu do oblasti s vyšším výparom. Lesné ekosystémy, vďaka väčšej kumulatívnej výparnej ploche listov, vo vegetačnom období dokážu vypariť až niekoľkonásobne viac vody v porovnaní s výparom z voľnej vodnej hladiny tej istej rozlohy. Lesy sa tak stávajú biotickou pumpou, ktorá zabezpečuje nasávanie vlhkého vzduchu z oceánu na pevninu. [6]
Ak sa výpar v krajine zníži v porovnaní s výparom v mori, ktoré ju obmýva, naznačený fyzikálny mechanizmus funguje opačným smerom a odčerpáva vlhkosť z krajiny. Lúky a poľnohospodárska pôda so svojim relatívne nízkym výparom na rozdiel od lesa efekt biotickej pumpy nedokážu zabezpečiť a ich vodný cyklus je kriticky závislý na vzdialenosti od mora a na náhodných fluktuáciách počasia prinášajúcich vlahu. Z Austrálie a ďalších kútov sveta prichádzajú svedectvá o javoch, ktoré danému mechanizmu zodpovedajú. Tie podkopávajú zakorenené presvedčenie, podľa ktorého úhrn zrážok nad pevninou nemá nič spoločné s kvalitou jej povrchu.
[1] Kučerová A, Pokorný J, Radoux M, Němcová M, Cadelli D, Dušek J - Evapotranspiration of small-scale constructed wetlands planted with ligneous species, 2001
[2] Makarieva, A.M., Gorshkov V.G., Li B.L., 2006: Conservation of water cycle on land via restoration of natural closed-canopy forests: implications for regional landscape planning. Ecological Research 21, pp 897-906
[3] tamže
[4] Ripl W. - Water: the bloodstream of the biosphere.2003: Philosophical Transactions of the Royal Society London B 358, pp.1921-1934
[5] Makarieva, A.M., Gorshkov, V. G., 2007: Biotic pump of atmospheric moisture as driver of the hydrological cycle on land. Hydrol. Earth Syst. Sci., 11, pp 1013-1033
[6] tamže
