A Föld – jelenlegi tudásunk szerint – egyedülálló bolygó, ugyanis bioszférával rendelkezik. A bioszféra fogalmát a 19. század végén egy ausztrál geológus, Eduard Suess vezette be. Ez egyszerűen fogalmazva a Földnek az a vékony rétege, ahol van élet, ahol biológiai folyamatok zajlanak, egy olyan rendszer, amely magába foglalja az élőlényeket, azok mindenféle kapcsolatát egymással és az élettelen környezettel. Ha a bolygónkat a világűrből látjuk, akkor leginkább a kék és a fehér szín dominál, ami a napsugárzás különféle módokon (Rayleigh-, Mie-szórás) történő szóródásának az eredménye. Tipikus szín még a zöld, ami a növényzet színe, ezt a klorofill nevű festékanyag okozza, ami a fotoszintézis alapja.
A trópusokon a legváltozatosabb a növény és az állatvilág, ennek a hivatalos megnevezése, hogy a legnagyobb a biodiverzitás. Itt ugyanis nem volt jégkorszak, ami megsemmisíthette volna az ott élő és fejlődő fajokat, legyen az növény, állat, gomba vagy baktérium. Korábban már volt szó az Amazonasról, és az erdőtüzekkel kapcsolatos ellentmondásos hírekről. Azzal, hogy az ember fokozatosan átvette az uralmat a bioszféra felett, megbontotta az egyensúlyt, ami láthatóan természeti katasztrófákhoz vezet.
James Lovelock brit biológus fogalmazta meg a Gaia-elméletet, amely szerint a Föld minden élő és élettelen része összefügg, rendszert alkot, az élővilágnak is van éghajlat alakító hatása. Például az ózon (O3) oxigénből van, az ózon megvédi a bioszférát, így van lehetősége a növényeknek fotoszintetizálni, ami oxigénhez vezet, amiből pedig ózon keletkezik. Ha arra vagyunk kíváncsiak, hogy a tyúk volt-e előbb vagy a tojás, akkor a tojás: a fotoszintézis eszerint az óceánokban kezdődött.
Tehát a bioszféra nemcsak alkalmazkodik a klimatikus viszonyokhoz, hanem alakítja is azt.
Azzal viszont, hogy az ember, aki tulajdonképpen a bioszféra része, belenyúlt a természetbe, felgyorsíthatja ezt a változást, ezzel csökkentve az esélyt, hogy a biológiai szervezetek tudják követni a változást, ugyanis az evolúció egy még lassabb folyamat. Úgy kell ezt elképzelni, mint ha az éghajlat egy egyenes vonal lenne (kék), az evolúció pedig ezen vonal köré csavarodik (zöld), így tartva vele lépést. Viszont, ha a vonal húzása sokkal gyorsabb (kék), mint a csigavonal rajzolása (zöld), akkor nem tudnak az élőlények a klímaváltozással lépést tartani.
Az élethez energia kell.
Ezt az energiát különböző élőlények különböző módon veszik magukhoz. Én például egy ilyen őszi reggelen almás-fahéjas zabkása formájában, valaki egy szelet mézes pirítósként, más pedig tükörtojásként. A nem vén, de annál inkább öreg arany retrieverünk pedig kitartóan várja az utolsó sajt darabkát vagy kifli csücsköt, ami megmarad a reggeliből.
Kétféle élőlény van, a felépítő és a lebontó szervezetek. A felépítők szerves anyagot állítanak elő, amelyet a lebontók nevüknek megfelelően felszámolnak, így nyerve tápanyagot, energiát az élethez. Mi mindannyian heterotrófok vagyunk, lebontó vagy fogyasztó szervezetek. Az autotróf élőlények képesek egyszerű szervetlen vegyületekből, szén-dioxidból, vízből és ásványi sókból külső energiaforrás felhasználásával megtermelni azt a szerves anyagot, ami az életfolyamatok ellátásához szükséges. A kemoszintetizálók kémiai energiát használnak, a fotoszintetizálók pedig fényenergiát, a Napot. A heterotróf szervezetek az autotrófok által előállított szerves anyagokkal táplálkoznak (tehát tulajdonképpen fényenergiával).
A földi élet szempontjából az egyik, de lehet, hogy a legfontosabb folyamat a fotoszintézis. Egyrészt az előállított szerves anyag, másrészt a „mellékterméke” az oxigén, illetve tulajdonképpen az ózonréteg is, hiszen az oxigénből az UV sugárzás hatására képződik az ózon a sztratoszférában, ami egy egyensúlyi állapot, vagyis az ózon mennyisége időben nem változik. Fény hatására van csak ózon képződés és bomlás, ha nincsen fény, akkor az ózonkoncentráció állandó marad, ugyanis nincsen fogyasztó és termelő mechanizmus. A fentebb említett folyamatok mind elengedhetetlenek a Föld felszínén élő szervezetek számára az élethez.
Nagyon egyszerűen a fotoszintézis során vízből és szén-dioxidból a fényenergia segítségével szőlőcukor és oxigén lesz. Két egymással párhuzamosan zajló szakaszra osztható: fény- és sötétszakaszra. A fényszakaszban történik a fényreakció, amikor a fentebb már emlegetett zöld színű klorofill (valamint a sárga karotin és a xantofill) által elnyelt fényenergia megkötődik és kémiai energiává alakul. A sötét szakasz nem sötétben történik, csupán nem igényel fényt, ekkor történik a szén-dioxid megkötése és szénhidráttá alakítása, amelyet aztán a növény felhasznál. A fényszakasz „mellékterméke” az oxigén.
Tehát a fény elengedhetetlen a növények számára, befolyásolja a növekedést és a reprodukciót is. A fényreakció görbe a nettó fotoszintézist ábrázolja a besugárzás függvényében. Ez a görbe megmutatja, hogy milyen hatása van a fénynek a fotoszintézisre, azaz a növényre. A fotoszintézist gyakran a szén-dioxid megkötésével szokták jellemezni. Amikor nincsen fény, nincs szén-dioxid megkötés sem, sőt a növények az emberhez hasonlóan lélegeznek, szén-dioxidot bocsátanak ki. A fénykompenzációs pont felett növekszik a fotoszintézis intenzitása is egy bizonyos telítési pontig, eddig a növény fény-függő, fény limitált. Ezután a növény már „elegendő” fényhez jut, nem szűkölködik, más tényező jön a képbe, ami a szén-dioxid beépítését meghatározza, limitálja. Ez a fénykompenzációs pont egyébként fejlődéstől és fajtól függően is változik.
Amikor a kis kertünkbe ültetünk, akkor mire figyelünk még? Azon kívül, hogy fény- vagy árnyékkedvelő a növényünk, a hőmérsékletre is tekintettel kell lennünk, hiszen nem hagyhatom kint télen a leandert, le kell vinni a pincébe! A különböző fajok különböző hőmérsékleti tartományban érzik jól magukat, ez is meglátszik a fotoszintézisükön.
A biokémiai folyamatokat a hőmérséklet is befolyásolja. Az (A) ábrán 380 ppm a légköri szén-dioxid koncentráció mértéke, amely sajnos már a mai mennyiségnél kevesebb, hiszen az utóbbi években meghaladta a 400 ppm-et. A (B) ábra 6-700 ppm-et mutat. A C3-as növények alacsonyabb fényintenzitás mellett érik el a fotoszintézis fénytelítését, tehát „jobban érzik magukat” árnyékban, ellentétben a C4-es növényekkel. Rövidebb távon tehát az emelkedő szén-dioxid koncentráció növeli a fotoszintézis intenzitását abban az esetben, ha megfelelő a vízellátottság és egyéb tápanyag ellátottság is és nincsen szárazság, ami ugye nem egyértelmű a jövőre vonatkozóan. Arról sem szabad megfeledkeznünk, hogy a szén-dioxid koncentráció többlet, amitől bajban vagyunk, emberi forrásból ered, hiszen annak nincsen meg a természetes nyelője. Ez a többlet pedig az évmilliók alatt elraktározott növényi- és állati maradványokból származik (fosszilis energiahordozók).
Tehát attól még, hogy több a kukorica mezőnk, érdemben nem tudjuk csökkenteni a szén-dioxid légköri mennyiségét, hiszen a kukorica csak rövid ideig raktározza el a szén-dioxidot, pláne hogyha a moziban popcorn formájában megesszük, a belőle nyert energiát pedig felhasználjuk, a szén-dioxidot pedig kilélegezzük. Viszont jusson eszünkbe, hogy tulajdonképpen ilyenkor is a Napnak az energiáját hasznosítjuk, hiszen ezt az energiát kötötte meg a kukorica.
A bioszféra és a légkör egymás között cseréli a vizet, a szenet és az energiát, az ilyen cserélődési folyamatok fontos alakítói az éghajlatnak a Földön. Ezeket a kicserélődési folyamatokat mérve térben kiterjesztve tapasztalati modelleket készíthetünk, így lehet közelíteni a kulcsfontosságú változókat a bioszférában. Egy ilyen modellfuttatás eredményére példa az alábbi ábrán látható:
Az ábrán korreláció értékek láthatók, azaz, hogy a GPP és a TER értékei adott földrajzi helyen hogyan függenek össze a hőmérséklettel (piros szín) és a csapadékkal (kék szín).
De mit is jelentenek ezek a mozaik szavak? GPP a bruttó primér produkció, a növényzet által a légkörből felvett szén-dioxid mennyisége, mely folyamat eredményeképpen a fotoszintézis során a szén-dioxid szénhidráttá redukálódik. A megkötött szén egy részét a növény a légzésre fordítja, a megmaradt, növényállományban megkötött szén az NPP, azaz a nettó primér produkció, ami a növényi biomassza növekmény. A földi ökoszisztéma légzésének az aktivitása a TER, amely az autotróf és a heterotróf élőlények légzésének aktivitását is magába foglalja. Az ökoszisztéma nettó szénmérlege a TER-GPP mennyiség.
És akkor mit is ábrázolnak a fenti térképek? A szubtrópusi régiókban a csapadék évközi változásaihoz szorosabban kapcsolódnak a GPP és a TER évenkénti eltérései, ezt a sötétkék színből látni. A sötétpiros területek, amik hűvös, hideg és nedves régiókat jelölnek összességében a hőmérséklet-változásnak jobban ki vannak téve. A trópusokon a sötétkék és sötétpiros színek is dominálnak, ennek oka abban keresendő, hogy a talaj légzését sokkal inkább limitálja a nedvességtartalom, mint a hőmérséklet.
Azt, hogy a jövőben történő éghajlatváltozásra (csapadék, hőmérséklet) milyen módon fognak adaptálódni a növények, kevéssé ismert, aktívan kutatott téma. Mindenesetre nem támaszkodhatunk arra, hogy az esőerdők megoldják a helyzetünket, hiszen ők a megtermelt oxigén nagy részét fel is használják. Viszont az éghajlatalakító hatásuk, szerepük a Föld hő- és vízháztartásában, amely az éghajlat rendszerének oszlopos tagja vitathatatlan és hihetetlenül nagy!
