Ισοζύγιο άνθρακα και διατήρηση της αποθήκης άνθρακα

① Υγρότοποι, οι μεγάλοι σύμμαχοι στη δέσμευση άνθρακα 

Οι υγρότοποι, μαζί με τα υπόλοιπα υδάτινα οικοσυστήματα, αποτελούν τις μεγαλύτερες αποθήκες άνθρακα του πλανήτη. Αν και έχουν σημαντικά μικρότερη έκταση σε σχέση με τα θαλάσσια οικοσυστήματα, παρόλα αυτά αποτελούν ενεργά στοιχεία του κύκλου του άνθρακα στη λεκάνη απορροής, συμμετέχοντας όχι μόνο στην παθητική μεταφορά του άνθρακα από τα ανάντη στα κατάντη αλλά και στην αποθήκευση άνθρακα και στην έκλυσή του με τη μορφή των αερίων του θερμοκηπίου πίσω στην ατμόσφαιρα. 

Σημαντικό ρόλο στη δέσμευση του CO2 διαδραματίζουν τόσο οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί των υγροτόπων όπως είναι οι φυτοπλαγκτικοί οργανισμοί και η υδρόβια βλάστηση εντός και πέριξ της λίμνης, όσο και οι αναερόβιες συνθήκες που επικρατούν στα κατακλυσμένα από νερό εδάφη των υγροτόπων και οι οποίες επιτρέπουν τη μακροχρόνια συγκράτηση του άνθρακα στο ίζημα.

Ταυτόχρονα, η πλούσια βιολογική δραστηριότητα στους υγροτόπους συμβάλλει στην έκλυση αερίων του θερμοκηπίου, όπως το CO2 αλλά και το CH4. Γίνεται κατανοητό, επομένως, ότι η παραγωγή και η απορρόφηση των αερίων του θερμοκηπίου και η αποθήκευση του άνθρακα στους υγροτόπους αποτελούν ‘σκιές’ ευρύτερων οικολογικών δραστηριοτήτων, κι επομένως, αποτελούν δείκτες για την οικολογική κατάσταση του οικοσυστήματος. 

Η ισορροπία μεταξύ των λειτουργιών της φωτοσύνθεσης και της αναπνοής των οργανισμών και αποσύνθεσης της νεκρής οργανικής ύλης στους υγροτόπους (εφεξής ισοζύγιο άνθρακα) κρίνει το αποτέλεσμα της διατήρησης της αποθήκευσης του άνθρακα στη βλάστηση και στο ίζημα των υγροτόπων. Αυτό το σύστημα των διεργασιών αποτελεί μία ρυθμιστική υπηρεσία που παρέχουν τα υγροτοπικά οικοσυστήματα, και η οποία είναι αόρατη στην ανθρώπινη αντίληψη, παρότι αποτελεί ένα σημαντικό κρίκο στον κύκλο του άνθρακα εντός της λεκάνης απορροής και συνιστά ένδειξη της οικολογικής κατάστασης του οικοσυστήματος. 

Ωστόσο, οι υγρότοποι μεταβάλλονται στο χώρο και το χρόνο και οι συνθήκες που διαμορφώνονται μπορεί να επηρεάσουν την απορρόφηση και έκλυση του άνθρακα και συνεπώς τη διατήρηση αυτής της ισορροπίας. Για παράδειγμα, πέρα από τη φυσική εποχική μεταβλητότητα στην οποία υπόκεινται οι υγρότοποι, πολλοί από αυτούς υπόκεινται επίσης και σε ανθρωπογενείς μεταβολές της υδρομορφολογίας τους, π.χ. άρδευση το καλοκαίρι, της κατάστασης των ενδιαιτημάτων τους, π.χ. βόσκηση υγρολίβαδων και καλαμώνων, της ποιότητας του νερού τους, π.χ. εκπλύσεις των φυτοφαρμάκων και λιπασμάτων στη λεκάνη απορροής. Αποτέλεσμα αυτών των διαχειριστικών δράσεων ή επιπτώσεων της ανθρώπινης δραστηριότητας είναι να επηρεάζεται η δομή και η λειτουργία των υγροτόπων. 

Με αυτό το γνώμονα, είναι σημαντικό όχι μόνο να κατανοηθεί πως λειτουργεί ο κύκλος του άνθρακα εντός των υγροτοπικών οικοσυστημάτων αλλά και πως οι διαχειριστικές παρεμβάσεις/αποφάσεις επηρεάζουν αυτή τη λειτουργία. Με απώτερο σκοπό, όχι να εισάγουμε μία ‘λογιστική’ λογική του άνθρακα, αλλά να τεκμηριωθεί ότι η διαχείριση των υγροτοπικών πόρων δεν υποβαθμίζει την οικολογική τους κατάσταση.

② Η πιλοτική περιοχή στη λίμνη Κερκίνη 

Στο πλαίσιο του διακρατικού έργου INTERREG Euro-MED Wetland4Change με τίτλο «Λύσεις βασισμένες στους υγρότοπους για την προσαρμογή, την πρόληψη κινδύνων και τον μετριασμό της κλιματικής αλλαγής, επιχειρήθηκε για πρώτη φορά στην Ελλάδα να αποτυπωθεί η λειτουργία της διατήρησης του ισοζυγίου άνθρακα σε εσωτερικό υγροτοπικό οικοσύστημα, εφαρμόζοντας την οικοσυστημική προσέγγιση.

Σκοπός της έρευνας είναι η κατανόηση της χωρικής και εποχικής ετερογένειας του ισοζυγίου του άνθρακα που σχετίζεται τόσο με τις διαφορετικές περιβαλλοντικές παραμέτρους και τη διαφοροποίηση στο χώρο και το χρόνο, όσο και τα διαφορετικά ενδιαιτήματα.

Ως πιλοτική περιοχή μελέτης επιλέχθηκε η λίμνη Κερκίνη, μία τεχνητή λίμνη η οποία δημιουργήθηκε τη δεκαετία του 1930, και η οποία αναγνωρίζεται ως υγρότοπος Διεθνούς Σημασίας σύμφωνα με τη Σύμβαση Ραμσάρ, ως περιοχή του Ευρωπαϊκού Δικτύου Natura 2000 και έχει θεσμοθετηθεί ως Εθνικό Πάρκο. Η ποικιλότητα των ενδιαιτημάτων και η χρονική μεταβολή των συνθηκών στη λίμνη Κερκίνη δημιουργεί έντονο μωσαϊκό που επιτρέπει την βαθύτερη κατανόηση της λειτουργίας της ανταλλαγής αερίων του θερμοκηπίου. 

③ Η σπονδυλωτή προσέγγιση της αξιολόγησης του ισοζυγίου του άνθρακα

Η προσέγγιση του Wetland4Change στην αξιολόγηση της οικοσυστημικής υπηρεσίας της δέσμευσης του άνθρακα είναι σπονδυλωτή, καλύπτοντας τρία επίπεδα, ανάλογα με τη διαθεσιμότητα λεπτομερών δεδομένων για τον υγρότοπο.

• Στο πρώτο επίπεδο, εφαρμόζεται αδρομερής αξιολόγηση της ικανότητας των υγροτόπων ως προς τη δέσμευση του άνθρακα. Πρόκειται για ποιοτική προτεραιοποίηση των υγροτόπων ως προς την ικανότητα για αποθήκευση άνθρακα με βάση την τυπολογία Ραμσάρ όπως: υδάτινα σώματα, εκβολικά ύδατα, λιμνία, εποχικά έλη, κλπ. Η προσέγγιση αυτή βασίζεται στη μορφολογία των διαφορετικών τύπων υγροτόπων όσον αφορά στη βλάστηση, στην εποχικότητα της παρουσίας νερού, στην αλατότητα κ.άλ. Ως υγρότοποι με υψηλή ικανότητα αποθήκευσης άνθρακα χαρακτηρίστηκαν το εκβολικό σύστημα του ποταμού Στρυμόνα, κυρίως λόγω της παρουσίας των παράκτιων ελών τα οποία λειτουργούν ως αποθήκες άνθρακα και της υψηλής αλατότητας η οποία μετριάζει τις εκπομπές μεθανίου. Επίσης, τα μόνιμα έλη της λεκάνης απορροής του Στρυμόνα χαρακτηρίστηκαν με υψηλή ικανότητα αποθήκευσης άνθρακα, λόγω της μόνιμης παρουσίας νερού, η οποία διατηρεί την αποθήκη του άνθρακα στο ίζημα του υγρότοπου. Το πρώτο επίπεδο εφαρμόστηκε για την αδρομερή αξιολόγηση της ικανότητας δέσμευσης άνθρακα των υγροτόπων της λεκάνης απορροής του Στρυμόνα.

• Στο δεύτερο επίπεδο, χαρτογραφούνται επιμέρους ενότητες (ζώνες) του υγροτοπικού οικοσυστήματος με βάση κυρίως την εποχικότητα κατάκλυσης και την παρουσία βλάστησης, χρησιμοποιώντας τεχνολογίες τηλεπισκόπησης (δείκτες NDVI, water and wetness) και στοιχεία πεδίου. Στο επίπεδο αυτό, η διαθεσιμότητα δεδομένων όπως η βαθυμετρία της λίμνης, η οικολογική κατάσταση του υδάτινου συστήματος, χαρτογράφηση των τύπων οικοτόπων συνεισφέρουν στη διάκριση των επιμέρους ενοτήτων. Οι ζώνες του υγροτοπικού συστήματος συνδέονται με τις αντίστοιχες παραμέτρους ανταλλαγής αερίων του θερμοκηπίου, οι οποίες ανάλογα με τη διαθεσιμότητα των δεδομένων, μπορεί να προκύπτουν από τη βιβλιογραφία ή από μετρήσεις στο πεδίο. Στη συγκεκριμένη εργασία, οι παράμετροι της κάθε ζώνης του υγροτόπου συνδέθηκε με τις μετρήσεις ροών ανταλλαγής αερίων που πραγματοποιήθηκαν για το τρίτο επίπεδο. Η προσέγγιση αυτή ακολουθήθηκε για την προβολή (χαρτογραφική απεικόνιση) των σημειακών μετρήσεων ισοζυγίου του άνθρακα σε επίπεδο υγροτόπου, για την πιλοτική περιοχή της λίμνης Κερκίνης και του υγροτοπικού παραλίμνιου οικοσύστηματος.

• Στο τρίτο και πιο λεπτομερές επίπεδο, πραγματοποιείται δειγματοληψία στο πεδίο έτσι ώστε να εκτιμηθούν in vivo οι παράμετροι της ανταλλαγής αερίων στο υγροτοπικό οικοσύστημα καλύπτοντας τη χωρική και χρονική ετερογένεια του κύκλου του άνθρακα. Η προσέγγιση αυτή εμβαθύνει στην αποτύπωση των οικοσυστημικών λειτουργιών και εφαρμόστηκε για την πιλοτική περιοχή της λίμνης Κερκίνης και του υγροτοπικού παραλίμνιου οικοσύστηματος.

④ Πλαίσιο παρακολούθησης του ισοζυγίου άνθρακα στη λίμνη Κερκίνη

Βασικό στάδιο της έρευνάς ήταν ο σχεδιασμός ενός συστηματικού πλαισίου παρακολούθησης 20 συνολικά σταθμών δειγματοληψίας εντός του υδάτινου οικοσυστήματος της λίμνης και στις παραλίμνιες υγροτοπικές εκτάσεις. 

Επιλέχθηκαν σημεία αντιπροσωπευτικά των κύριων ενοτήτων του λιμναίου και υγροτοπικού παραλίμνιου οικοσυστήματος της Κερκίνης (Εικόνα 1), όπως: ζώνες της λίμνης διαφορετικού βάθους (βαθιές, ρηχές ζώνες και παραλίμνια ζώνη δίχως σχηματισμό στήλης νερού), μόνιμες και εποχικές μικρές υδατοσυλλογές-λιμνία (ponds), υγρολίβαδα (wet meadows), καλαμώνες (reeds), ιλυώδεις εκτάσεις (mudflats). Σκοπός ήταν η δειγματοληψία να καλύψει την ετερογένεια του οικοσυστήματος, καθώς και να περιληφθούν περιοχές που μπορεί να συσσωρεύεται οργανική ύλη όπως το εσωτερικό δέλτα του Στρυμόνα και η εκβολή του ποταμού Κερκινίτη, που επηρεάζονται από την εισροή νερού του ποταμού Στρυμόνα αλλά και περιοχές που βρίσκονται κοντά στο φράγμα.

Η δειγματοληψία πραγματοποιήθηκε στις τέσσερις εποχές του χρόνου (Καλοκαίρι 2025-Καλοκαίρι 2026), με σκοπό να καλύψει περιβαλλοντικές παραμέτρους που επηρεάζουν τον κύκλο του άνθρακα και διαφοροποιούνται στο χρόνο, όπως η θερμοκρασία και η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας, αλλά και παραμέτρους που ελέγχονται ανθρωπογενώς, όπως η στάθμη του νερού η οποία ρυθμίζεται εποχικά με σκοπό την αντιπλημμυρική προστασία, την άρδευση, την προστασία του περιβάλλοντος, τον οικοτουρισμό και την παραγωγή ενέργειας (κατά σειρά προτεραιότητας). 

Οι μετρήσεις στο πεδίο (in vivo) αφορούν στη συγκέντρωση των αερίων του θερμοκηπίου (διοξείδιο του άνθρακα, μεθάνιο), μέσω αντίστοιχων αισθητήρων οι οποίοι είναι ενσωματωμένοι σε επιπλέοντες ή στατικούς θαλάμους, ανάλογα με τον τύπο της θέσης δειγματοληψίας (νερό ή έδαφος). Παράλληλα με τις μετρήσεις των αερίων του θερμοκηπίου, ελήφθησαν μετρήσεις παραμέτρων της ποιότητας του νερού (διαφάνεια του νερού, βάθος, θερμοκρασία νερού και αέρα, pH, αγωγιμότητα, αλκαλικότητα, ολικά διαλυμένα στερεά, αλατότητα, συγκέντρωση οξυγόνου, συγκέντρωση ολικού φωσφόρου, συγκέντρωση χλωροφύλλης, αλκαλικότητα). Η ολοκληρωμένη προσέγγιση στη λήψη των δειγματοληπτικών μετρήσεων πολλαπλών παραμέτρων επέτρεψε μία πιο εμπεριστατωμένη και ολιστική αξιολόγηση των αποτελεσμάτων.

Εικόνα 1. Κατανομή των 18 θέσεων δειγματοληψίας στη λίμνη Κερκίνη και στο παραλίμνιο οικοσύστημα - με σκούρο πράσινο οι περιοχές που διατηρούν βάθος >2.5μ τις περισσότερες εποχές του χρόνου, με ανοιχτό πράσινο οι περιοχές που διατηρούν βάθος <2.5μ και >0.5μ τις περισσότερες εποχές του χρόνου, με ροζ οι περιοχές που υπόκεινται σε εποχική κατάκλυση και με έντονο ροζ οι παραλίμνιες περιοχές. 

⑤ Γενικά ευρήματα για τους παράγοντες που επηρεάζουν το ισοζύγιο του άνθρακα στη λίμνη Κερκίνη 

Η πιλοτική μελέτη των ροών ανταλλαγής αερίων του θερμοκηπίου αποκαλύπτει ένα μωσαϊκό από αποθήκες και πηγές άνθρακα κατανεμημένες στο χώρο, οι οποίες παρουσιάζουν εποχική διαφοροποίηση.

Τα ευρήματα από την έρευνα πεδίου, η οποία περιλαμβάνει συνολικά 6 δειγματοληψίες σε 18 θέσεις και αριθμεί συνολικά 80 μετρήσεις συγκέντρωσης αερίων CO2 και CH4, συνοψίζονται ως εξής:

• Παρατηρείται σαφή εποχική μεταβολή στο ισοζύγιο άνθρακα.

Η λίμνη Κερκίνη και το παραλίμνιο υγροτοπικό οικοσύστημα, το καλοκαίρι και νωρίς το φθινόπωρο λειτουργεί κυρίως ως αποθήκη άνθρακα (carbon sink), απορροφώντας CO₂ μέσω της φωτοσύνθεσης φυτοπλαγκτού και υδρόβιας βλάστησης. Στα τέλη του φθινοπώρου μετατρέπεται σε πηγή άνθρακα (carbon source), καθώς η μειωμένη θερμοκρασία και ένταση της ακτινοβολίας περιορίζουν τη φωτοσύνθεση και επικρατεί η αναπνοή των οργανισμών και η αποσύνθεση της οργανικής ύλης. Την άνοιξη παρατηρείται μία μεταβατική κατάσταση, με σχετική ισορροπία μεταξύ απορρόφησης και εκπομπής CO₂. 

• Η ανταλλαγή CO₂ εξαρτάται από το υδρολογικό καθεστώς.

Οι βαθύτερες περιοχές της λίμνης εμφάνισαν σταθερά μεγαλύτερη απορρόφηση CO₂ σε σχέση με τις ρηχές περιοχές. Αντίθετα, οι ρηχές ζώνες παρουσίασαν μεγαλύτερες διακυμάνσεις, καθώς επηρεάζονται περισσότερο από τις εποχικές μεταβολές και τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Αυτό δείχνει ότι το βάθος και η διάρκεια κατάκλυσης αποτελούν σημαντικούς παράγοντες ελέγχου του κύκλου του άνθρακα.

• Το υδρολογικό καθεστώς επηρεάζει τα μονοπάτια καταβολισμού του άνθρακα.

Το υδρολογικό καθεστώς καθορίζει εάν ο άνθρακας απελευθερώνεται κυρίως ως: διοξείδιο του άνθρακα (CO₂), μέσω αερόβιων διεργασιών ή/και μεθάνιο (CH₄), μέσω αναερόβιων διεργασιών. 

- Υψηλότερες εκπομπές μεθανίου παρατηρήθηκαν σε κορεσμένα ή εποχικά πλημμυρισμένα εδάφη. 

- Οι μόνιμα κατακλυζόμενες περιοχές της λίμνης εμφάνισαν χαμηλότερες εκπομπές CH₄. 

- Στις βαθύτερες περιοχές πιθανώς λαμβάνει χώρα οξείδωση του μεθανίου πριν αυτό φτάσει στην ατμόσφαιρα. 

• Αν και εκπομπές του μεθανίου καταγράφονται παντού στη λίμνη, οι υψηλές τιμές συγκεντρώνονται σε συγκεκριμένες ζώνες.

Οι εκπομπές του μεθανίου παρουσιάζουν μία σαφή διαμόρφωση στο χώρο, με διακριτές πηγές υψηλών εκπομπών σε παραλίμνιες περιοχές και εποχικά κατακλυζόμενες εκτάσεις, σύμφωνα με τα αποτελέσματα της δειγματοληψίας της άνοιξης 2025. Οι υψηλές εκπομπές παρατηρήθηκαν σε ιλυώδεις εκτάσεις και υγρολίβαδα εντός του δέλτα του Στρυμόνα, όπως και σε λιμνία (μικρές υδατοσυλλογές) τα οποία υπόκειται σε εποχική κατάκλυση. Σε αντίθεση, οι εκπομπές του μεθανίου σε ρηχές και βαθύτερες ζώνες της λίμνης ήταν συγκριτικά πολύ χαμηλότερες. 

• Η βλάστηση παίζει διαμεσολαβητικό ρόλο στην καθαρή ανταλλαγή αερίων του θερμοκηπίου.

Οι ζώνες με βλάστηση διαδραματίζουν ένα σημαντικό ρόλο στη δυναμική της ανταλλαγής των αερίων του θερμοκηπίου, προωθώντας την καθαρή απορρόφηση του CO₂ και μετατοπίζοντας το ισοζύγιο άνθρακα προς την απορρόφηση. Περιοχές με πυκνή βλάστηση, όπως είναι οι καλαμώνες και τα υγρολίβαδα, παρουσίασαν συστηματικά υψηλότερη δέσμευση CO₂. 

⑥ Ισοζύγιο άνθρακα στην υψηλότερη και χαμηλότερη στάθμη της λίμνης Κερκίνης

Για να αποδοθεί η χωρική έκταση των ζωνών του υγροτοπικού οικοσυστήματος που λειτουργούν ως πηγές εκπομπών ή ως αποθήκες άνθρακα έγινε προβολή των αποτελεσμάτων από τις σημειακές δειγματοληψίες στο επίπεδο του υγροτόπου. 

Συγκεκριμένα, χαρτογραφήθηκαν οι ακόλουθες βυθομετρικές ζώνες της λίμνης που αντιστοιχούν στις θέσεις δειγματοληψιών:

Βαθιά ζώνη – βάθος > 2.5μ

Ρηχή ζώνη – βάθος < 2.5μ και > 0.5μ

Πολύ ρηχή ζώνη (περιοχές δίχως στήλη νερού) – βάθος < 0.5μ

Παραλίμνια ζώνη – βάθος < 0.1μ

Σε κάθε ζώνη αποδόθηκε η μέση τιμή ανταλλαγής αερίων του θερμοκηπίου των μετρήσεων στα αντιπροσωπευτικά σημεία δειγματοληψίας και αντίστοιχα με την εποχή που πραγματοποιήθηκε η δειγματοληψία (χειμώνας, άνοιξη, καλοκαίρι, φθινόπωρο).

Για το έτος 2025, μεταξύ της ανώτατης στάθμης (35.4μ – Ιούνιος) και της κατώτατης στάθμης (30.9μ – Σεπτέμβριος), το υγροτοπικό οικοσύστημα της λίμνης υπόκειται σε σημαντικές αλλαγές ως προς την έκταση των διαφορετικών ζωνών και αντίστοιχα διαμορφώνεται η ανταλλαγή αερίων του θερμοκηπίου σε αυτές, λόγω εποχικής διακύμανσης (Εικόνα 2). 

Στην ανώτατη στάθμη, κυριαρχούν σε έκταση οι βαθύτερες ζώνες της λίμνης, οι οποίες λειτουργούν ως καθαρές αποθήκες άνθρακα κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, λόγω της παρουσίας της χλωροφύλλης στο άφθονο φυτοπλακτόν και μακρόφυτα και συνεπώς λόγω της έντονης φωτοσύνθεσης. Οι ρηχές περιοχές και οι περιοχές δίχως στήλη του νερού, οι οποίες αποτελούν πηγές εκπομπών άνθρακα, περιορίζονται σημαντικά σε έκταση. 

Στην κατώτατη στάθμη, η μισή περίπου έκταση της λίμνης μετατρέπεται σε υγρολίβαδα και εποχικά λιμνία, λόγω της απόσυρσης του νερού. Χωρικά αυτή η περιοχή εντοπίζεται στο εσωτερικό δέλτα του Στρυμόνα. Τα υγρολίβαδα λειτουργούν ως ισχυρές αποθήκες άνθρακα, επηρεάζοντας το συνολικό ισοζύγιο της ανταλλαγής αερίων του θερμοκηπίου προς ισχυρότερη καθαρή δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα κατά τη διάρκεια του φθινοπώρου. Οι πολύ ρηχές ζώνες, οι οποίες αποτελούν πηγές εκπομπών άνθρακα, είναι σημαντικά περιορισμένες σε έκταση.

Γενικά, παρατηρείται ότι η διαχείριση της στάθμης του νερού επηρεάζει τη διατήρηση του ισοζυγίου άνθρακα στη λίμνη, μέσω της χωρικής διαμόρφωσης των διαφορετικών ζωνών.