Vattencykeln på jorden drivs av solenergi (som förångar vatten från hav och landytor) och gravitation (som för vatten ned som regn och låter det flöda mot havet). I denna cykel spelar träd rollen som en aktiv pump: de absorberar markvatten genom sina rötter och släpper ut det i atmosfären genom lövens transpiration, vilket enormt förstärker landets hydrologiska cykel jämfört med vad som skulle hända med bara bar sten och jord. Utan träd skulle jordens hydrologiska cykel se helt annorlunda ut: många inlandsregioner på kontinenterna skulle vara mycket torrare än de är idag.

Trädet som hydraulisk pump: siffrorna

Ett medelstor fullvuxet träd (bok, ek, alm: höjd 20-25 m, krondiameter 10-15 m) transpierar: på sommaren (juli-augusti): 150-400 liter vatten per dag. På våren och hösten: 50-150 liter vatten per dag. På vintern (löven fallit): nästan noll. Till jämförelse: människans vattenförbrukning är cirka 2 liter vatten per dag. Ett enda träd transpierar lika mycket som 75-200 människor dricker. En skog med 100 träd per hektar transpierar 15 000-40 000 liter vatten per dag per hektar = 15-40 mm vatten per hektar på en sommardag. Hela Amazonas regnskogs (5,5 miljoner km²) transpierar cirka 20 miljarder ton vatten per dag: mer än vad Amazonasfloden släpper ut i havet. Detta är "biotiska pumpen" i tropiska skogar: vattenånga stiger upp, kondenseras på cirka 5-8 km höjd och faller igen som regn på kontinentens inlandsregioner. Den fysiska mekanismen för transpiration: vatten stiger från rötter till krona genom träets ved via xylemet genom negativ kapillär spänning: löven transpierar (förångar vatten från stomaterna), vilket skapar negativt tryck i mesofyllen som "drar" vatten från närliggande celler, som i sin tur drar vatten från lövnerven, från nerven, från grenen, från stammen, ner till rötterna. En kedja av hydraulisk spänning som sträcker sig tiotals meter från jord till löv. De tryck som genereras av spänningen i vattenpelaren i xylemet når -20-30 bar (långt under atmosfäriskt tryck): ett hydrauliskt system under negativt tryck som fungerar utan mekaniska pumpar.

Träd och lokal nederbörd: regn som skapar sig själv

Trädens inverkan på lokal nederbörd är mer direkt än vad de flesta föreställer sig. Vattenånga som transpieras från träd bidrar direkt till molnbildning och lokal nederbörd. Amazonas "flygande floder": konceptet "atmosfärisk flod" som genereras av tropiska skogar utvecklades av brasilianska fysiker Antonio Nobre och Jose Marengo. Vattenånga som transpieras från Amazonasskogen (20 miljarder ton/dag) stiger i höjden, bildar moln och transporteras av vindar mot väster och söder, vilket för nederbörd till jordbruksregioner i Brasilien, Paraguay och Argentina. Denna vattenångaström har kallats en "flygande flod" (rio voador) och är grundläggande för jordbruksnederbörden i centrum-söder av den sydamerikanska kontinenten. Avskogning av Amazonas (redan 20-25% av den ursprungliga skogen har förstörts) minskar denna flygande flod och ökar torkan i de jordbruksregioner som är mest beroende av den. Avskogningens hydrologiska ärr: avskogade områden visar minskningar i lokal nederbörd på 5-30% under decennierna efter avskogning. I Europa visar studier av historiska meteorologiska data att områden med större skogtäcke har nederbörd i genomsnitt rikligare än områden med glest täcke. Träd i städer och urbant regn: urbana skogar ökar lokal (mikroskala) nederbörd på ett mätbart sätt. En studie av Bounoua et al. (2018) visade att urbana områden med större trädtäcke får mer frekvent sommarregn på grund av ökad evapotranspiration.

Trädens effekt på grundvatten och bäckar

Närvaron eller frånvaron av träd påverkar djupt mängden och kvaliteten på vatten i grundvattenmagasin och vattendrag. Grundvattenåterbildning: skogsjord (med sin porösa struktur och humuslager) gynnar grundvattenåterbildningen mycket jämfört med bar eller otätt jord. Regnvatten infiltrerar snarare än att rinna av på ytan. Källor och bäckar i skogsbäckslän är mer stabila (mindre säsongsvariation) jämfört med de i avskogade bäckslän. Vattenkvalitet: vatten som flödar genom skoglitter och humusrik jord filtreras fysiskt och biologiskt (jordens mikrobiella samhälle bryter ned många organiska föroreningar och binder vissa tungmetaller). Vatten i skogsbäckar är vanligtvis renare, med lägre sediment-, näring- och föroreningshalter jämfört med bäckar i jordbruks- eller urbana bäckslän. Riparian skog (trädremsan längs vattendrag): i Italien var vattendrag traditionellt kantade av remsor av popplar, vide, al och ask (riparian skog). Borttagningen av dessa skogar för att få jordbruksmark eller för stela hydrauliska system har: ökat bankrosion, försämrat vattenkvaliteten (sediment, näringsämnen från närliggande agroekosystem), eliminerat väsentliga livsmiljöer för fisk, amfibier, vattenfåglar och insekter. Återställning av riparian skogar är en av de mest effektiva rewilding-åtgärderna för att förbättra den ekologiska kvaliteten på italienska vattendrag.

Träd och klimatförändringar: evapotranspirationsparadoxen

Förhållandet mellan träd och klimatförändringar är mer komplext än bara CO₂-bindning. Trädens evapotranspiration har både kylande effekter (redan diskuterade) och potentiellt värmande effekter under vissa förhållanden. Tajgaparadoxen: i boreala barrskogszoner (tajga: skogen som sträcker sig från Sibirien till Kanada) absorberar mörka träd mycket mer värme än den vita snön som skulle täcka marken utan dem. I vissa tajgazoner överskrider denna värmebindning (albedobeffekten) den kylning som produceras av evapotranspiration och CO₂-bindning. Nettobalansen: boreal skog kan faktiskt ha en värmande lokal effekt (!) trots CO₂-bindning. Denna paradox kallas "albedo-kol-avvägningen" och är fortfarande föremål för vetenskaplig debatt. Tropisk regnskog: ingen paradox. Tropiska skogar har mycket större kylande effekter än boreala skogar på grund av deras intensiva evapotranspiration (i regioner där solljuset alltid är starkt). CO₂-bindning, evapotranspiration och albedoreducering konvergerar alla mot kylning. Att skydda tropiska skogar är den mest brådskande klimatåtgärden. Tempererade skogar (Europa, Italien): balansen är generellt positiv för klimatet (nettokylning), med vissa osäkerheter om mer nordliga alpina skogar. Att plantera träd i tempererade zoner (särskilt i förödda eller övergivna områden) bidrar till klimatåtgärder. Riskerna med massiv återplantering i torra zoner: i halvtorra zoner kan massiv återplantering paradoxalt minska lokala nederbörd (träd använder allt tillgängligt vatten genom att öka evapotranspirationen utan att öka lokala regn tillräckligt för att kompensera). Kina har erfarenhet av både framgångar och misslyckanden i sina återplanterings­program i Lösplatån: vissa återplanterings­ansträngningar har ökat lokal torka. Att välja rätt arter, rätt tätheter och rätta platser är kritiskt.