„Gazeta Uniwersytecka” | badania naukowe
Dr Łukasz Pawlik z Katedry Klimatologii na Wydziale Nauk o Ziemi UŚ bada wpływ cyklonów na systemy biogeomorfologiczne i glebowe
Coraz częściej komunikatom meteorologicznym towarzyszą ostrzeżenia o nadchodzących huraganach, orkanach, tajfunach czy cyklonach. Rozróżnienie tych potężnych wirów powietrza uzależnione jest od miejsca ich występowania. Huragany atakują Atlantyk i wschodni Ocean Spokojny, tajfuny – Pacyfik między 180. i 100. południkiem, a orkany (cyklony tropikalne) formują się w rejonach Oceanu Indyjskiego. Orkanami nazywane są również powszechnie huraganowe wiatry (prędkość powyżej 33 m/s), nawiedzające coraz częściej Europę Zachodnią i Środkową.
Cyryl, Fryderyk, Aleksandra, Ksawery… – nazwy te nadaje europejskim orkanom Instytut Meteorologiczny w Berlinie. Owo imienne rozróżnienie jest zdaniem specjalistów znacznie czytelniejsze niż numerowanie bądź oznaczanie datą. Czym są te potężne zjawiska atmosferyczne? Tworzą je głębokie niże baryczne, które formują się nad północnym obszarem Atlantyku i rozwijając się, wędrują przez Europę Zachodnią bądź Skandynawię. Coraz częściej pojawiają się nad naszym kontynentem, także nad Polską. Niektóre z ekstratropikalnych cyklonów powodują bardzo duże zniszczenia.
Dr. Łukasza Pawlika, geografa i geomorfologa z Katedry Klimatologii Wydziału Nauk o Ziemi UŚ, od początku kariery naukowej nurtowały zagadnienia związane z ekstremalnymi zjawiskami meteorologicznymi. W 2011 roku (był wówczas pracownikiem Instytutu Geografii i Rozwoju Regionalnego na Uniwersytecie Wrocławskim) prowadził badania w Sudetach, gdzie sporządził analizę zniszczeń dokonanych przez cyklon Cyryl, który siał spustoszenie w styczniu 2007 roku.
– Był to bardzo potężny orkan, jeden z największych epizodów tak silnego wiatru w Europie – wspomina adiunkt. – W różnych miejscach Polski spowodował on śmierć 6 osób. Na podstawie zgromadzonych wówczas informacji i materiałów badawczych przeprowadziłem analizę zniszczeń w drzewostanach sudeckich spowodowanych przez wiatr genezy cyklonalnej. Obszar badań obejmował 16 nadleśnictw w obrębie polskiej części Sudetów. Największe straty zanotowano wtedy w Sudetach Środkowych, w nadleśnictwach Kamienna Góra, Wałbrzych i Jugów. Tego typu zjawiska stanowią stałe zagrożenie dla lasów umiarkowanej strefy klimatycznej i niestety nie są wyjątkowe – stwierdza badacz.
Zwiększeniu skali szkód sprzyja osłabienie drzewostanu. W przypadku Sudetów ogromne straty były następstwem wylesienia i wielu błędnych decyzji dotyczących hodowli lasu poczynionych w XIX i na początku XX wieku. Cyryl został uznany za zdarzenie o zasięgu europejskim – spowodował zniszczenia w drzewostanach w 11 krajach Europy, oprócz Polski w Niemczech, Szwecji, Czechach, Słowacji, Austrii, Litwie, Łotwie, Belgii, Francji, Holandii i Rumunii.
Do zespołu badawczego, którym kierował dr Łukasz Pawlik, dzięki wsparciu promotora prof. dr. hab. Piotra Migonia, przyjął zaproszenie prof. dr hab. Ireneusz Malik z Katedry Rekonstrukcji Środowiska Geograficznego WNoZ UŚ. To był, jak się wkrótce okazało, początek drogi do Uniwersytetu Śląskiego.
Badania naukowe stały się pasją młodego geografa. Po obronie doktoratu (Saltacja wykrotowa jako element składowy dynamiki stoku zalesionego na przykładzie polskiej części Sudetów, 2013) na macierzystej uczelni, czyli Uniwersytecie Wrocławskim, dr Łukasz Pawlik na trzy lata związał się z Uniwersytetem Pedagogicznym im. Komisji Edukacji Narodowej w Krakowie. Tam też po uzyskaniu w 2015 roku grantu z Narodowego Centrum Nauki rozpoczął realizację kolejnego projektu badawczego, tym razem tematem było Wietrzenie biomechaniczne i efekty bioturbacyjne wywołane wzrostem i obumieraniem drzew oraz ich systemów korzeniowych w domenie geomorfologicznej stoku zalesionego – implikacje morfogenetyczne, pedogenetyczne i paleogeograficzne. Realizację projektu zakończył już na Uniwersytecie Śląskim, na Wydziale Nauk o Ziemi.
Wkrótce powrócił temat zapoczątkowany w pracy doktorskiej. Doświadczony w bojach konkursowych dr Łukasz Pawlik podjął wyzwanie, jakim jest przygotowanie wniosku do konkursu ERC Starting Grants. Jak trudno znaleźć się w gronie laureatów, najlepiej świadczy fakt, że w 2018 roku dokonało tego zaledwie czworo polskich naukowców. Aby więc perfekcyjnie (a co najważniejsze – przekonująco) przygotować wniosek o dofinansowanie badań naukowych do agendy europejskiej, geograf uzyskał grant z NCN (Uwertura) na sześciomiesięczny staż na Uniwersytecie Reading w Wielkiej Brytanii, gdzie pod okiem znakomitej specjalistki prof. Sandy P. Harrison będzie dopracowywał szczegóły projektu i organizował współpracujące z nim zespoły badawcze. Geograf nie ukrywa, że chciałby przekonać profesor Harrison, jeżeli oczywiście pozwolą jej na to rozliczne obowiązki, do uczestnictwa w pracach badawczych.
– Chciałem rozwinąć badania rozpoczęte w trakcie doktoratu, ale kontynuować je przy użyciu nowych metod badawczych, m.in. dendrochronologii umożliwiającej wydatowanie tych epizodów wiatrowału, które nie znajdują odzwierciedlenia ani w danych meteorologicznych, ani historycznych, a miały miejsce przed pierwszymi obserwacjami meteorologicznymi, czyli przed kilkuset laty – wyjaśnia geograf.
Głównym założeniem projektu jest zbadanie, w jaki sposób ekstremalne cyklony w warunkach zmieniającego się klimatu przekształcają lasy europejskie i jaki jest ich długoterminowy wpływ na systemy biogeomorfologiczne i glebowe.
– Badanie związków zachodzących między organizmami żywymi a rzeźbą terenu i glebami, czyli biogeomorfologia, to nowa, rozwijająca się dopiero gałąź polskiej geomorfologii – wyjaśnia dr Łukasz Pawlik. – Najważniejszym obiektem tej części badań byłyby więc drzewa, ponieważ to one zakorzeniają się w glebie i one są najbardziej niszczone podczas cyklonów, huraganów. Literatura na ten temat jest jeszcze bardzo uboga.
Terenem eksploracji byłyby wiatrowały (wykroty), czyli miejsca, w których znajdują się drzewa z naderwanymi korzeniami bądź powalone w wyniku działania wiatru. Planowane badania będą dotyczyć trzech aspektów: dynamiki drzewostanów pod wpływem zaburzeń natury meteorologicznej, zmiany w rzeźbie terenu (geomorfologia) i gleboznawstwa, czyli zmian zachodzących w obrębie profili glebowych. Przewracające się pod wpływem silnego wiatru drzewa powodują wyrzucenie wraz z systemem korzeniowym pewnej części pokrywy glebowej, jest to więc mechaniczne przekształcanie gleb pod wpływem czynnika meteorologicznego. Realizacja tych aspektów wymusza powołanie oddzielnych zespołów, które zajmować się będą badaniami: klimatycznymi, dendrochronologicznymi i gleboznawczymi.
– Ja skupiłbym się na badaniach geomorfologicznych. Przewiduję także grupę, która stworzyłaby bazę danych i analizę w środowisku GIS. Wprawdzie nie wykluczam w zespołach obecności kolegów z zagranicy, ale przede wszystkim zamierzam powierzyć tę pracę polskim naukowcom – uzupełnia badacz.
Dodatkowym rezultatem badań prowadzonych w ramach projektu może być odtworzenie historii lasów w różnych częściach Europy, bez posiłkowania się materiałami kartograficznymi. Obszary leśne stale zmniejszają się, w Europie stanowią tylko 32 proc. powierzchni lądowej, w liczbie tej uwzględnione są także lasy nasadzone przez człowieka, lasy naturalne stanowią natomiast zaledwie 0,7 proc. Naukowców nurtuje więc pytanie, w jaki sposób ekstremalne zjawiska meteorologiczne wpływają na rzeźbę terenu w obszarze lasów antropogenicznych, zmienionych przez człowieka, a jak w obszarze lasów naturalnych. Uzyskane wyniki pozwolą także stwierdzić, czy w obszarach niezalesionych istniały w przeszłości lasy. Świadczy o nich specyficzna mikrotopografia po wykrotach drzew, którą można obserwować także w Polsce w Gorcach na Hali Długiej.
Tereny eksploracji wyznaczone zostały we Francji, Niemczech, Polsce i w Szwajcarii. Wybór nie jest przypadkowy, są to bowiem kraje, gdzie cyklony dokonały potężnych zniszczeń i właśnie w tych miejscach – zdaniem badacza – należałoby zrekonstruować zależności, jakie w przeszłości mogły kształtować się pomiędzy czynnikiem klimatycznym, geomorfologicznym i glebowym. W Polsce będą to prawdopodobnie: Sudety, Tatry i Puszcza Białowieska.
– Przewiduję trzy skale przestrzenne: europejską, w której analizowane będą dane dla kilku krajów, regionalną – obejmującą kilka wybranych masywów górskich, dla których będzie można określić częstotliwość wiatrowałów i ich intensywność, oraz skalę lokalną, czyli odnoszącą się do pojedynczych stoków. W przypadku pojedynczego stoku planowane jest bardzo dokładne kartowane form, a także pobieranie próbek mineralnych i organicznych do gleboznawczych analiz laboratoryjnych.
Nagromadzenie w bardzo krótkim okresie ekstremalnych zdarzeń meteorologicznych (clustering of event) rodzi wiele istotnych pytań. Zasadniczymi zagadnieniami, z którymi zamierzają się zmierzyć naukowcy, będzie znalezienie związku owych zdarzeń ze zmianami klimatycznymi bądź zaprzeczenie istnienia takiej zależności, i poszukiwanie odpowiedzi na pytanie, czy w najbliższym czasie tego typu zjawiska będą towarzyszyć nam coraz częściej i czy będą obejmować większe obszary Europy.
Wyniki badań dr. Łukasza Pawlika dotyczące intensywności procesu saltacji wykrotowej czy eksploracji przeprowadzonych na poligonie badawczym w Sudetach znalazły się w wielu czasopismach naukowych, m.in. w „Earth-Science Reviews”, „Earth Surface Processes and Landforms”, „Catena”, „Geomorphology”, „Bulletin of Geography”, „Physical Geography Series”, „Landform Analysis”, „Studia Geomorphologica Carpatho-Balcanica”.
Autor: Maria Sztuka
Fot. Teresa Pawlik, Łukasz Pawlik