ارتفاع درجات الحرارة وجفاف التربة يؤديان إلى فقدان المزيد من الكربون

كشفت دراسة جديدة أن ارتفاع درجة حرارة وجفاف تربة الغابات الاستوائية قد يؤدي إلى زيادة تعرض الكربون في التربة للخطر، تلعب الغابات الاستوائية دوراً حاسماً في دورة الكربون العالمية، حيث تمثل أكثر من نصف مخزون الكربون الأرضي في العالم، ومع ذلك، يشكل تغير المناخ تهديداً كبيراً لتوازن الكربون داخل هذه النظم البيئية.
ويرجع هذا في المقام الأول إلى التدهور المتزايد لمخازن الكربون القديمة وأجرى البحث علماء من مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL)، بالتعاون مع باحثين من جامعة ولاية كولورادو ومعهد سميثسونيان للأبحاث الاستوائية.
تخزين الكربون في الغابات الاستوائية
وقال كاريس ماكفارلين، الباحث الرئيسي في الدراسة، وهو عالم في مختبر لورانس ليفرمور الوطني: "تشير هذه النتائج إلى أن كل من الانحباس الحراري والجفاف، من خلال تسريع فقدان الكربون القديم في التربة أو تقليل دمج مدخلات الكربون الجديدة، سوف يؤدي إلى تكثيف خسائر الكربون في التربة والتأثير سلبًا على تخزين الكربون في الغابات الاستوائية في ظل تغير المناخ".
وأضاف: "الغابات الاستوائية تتبادل كميات من ثاني أكسيد الكربون مع الغلاف الجوي أكثر من أي منطقة حيوية أرضية أخرى، كما أنها تحتوي على ما يقرب من ثلث مخزونات الكربون في التربة على مستوى العالم وتتميز هذه النظم البيئية بقصر فترة بقاء الكربون، والتي تتراوح عادة بين 6 إلى 15 عاماً".
وتابع: "هذه المدة القصيرة تعني أن التغيرات في مدخلات أو مخرجات الكربون، بما في ذلك انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من التربة، يمكن أن يكون لها تأثيرات كبيرة وسريعة نسبيا على توازن الكربون في النظم البيئية الاستوائية، مما قد يؤدي إلى تفاقم حلقات ردود الفعل بين الكربون والمناخ".
ارتفاع حرارة التربة وانخفاض الأمطار
تشير التوقعات الخاصة بالمناطق الاستوائية إلى مستقبل يتميز بدرجات حرارة أكثر دفئًا وانخفاض هطول الأمطار، ما يؤدي إلى فترات جفاف أطول وأكثر شدة، وخاصة في المناطق الاستوائية الجديدة، التي تمتد من جنوب المكسيك عبر أمريكا الوسطى وحتى شمال أمريكا الجنوبية، بما في ذلك غابات الأمازون المطيرة.
وأظهرت الأبحاث، التي شملت تجارب التلاعب بالمناخ في الغابات الاستوائية في بنما، أن ارتفاع درجة حرارة التربة بنحو 4 درجات مئوية – وانخفاض هطول الأمطار – بنسبة 50% – أدى إلى زيادة عمر الكربون المنطلق من التربة بنحو 2 إلى 3 سنوات، وهو ما ينعكس في ارتفاع مستويات الكربون 14 في ثاني أكسيد الكربون المنبعث.
التأثيرات المختلفة للتدفئة والتجفيف
و أنه من المثير للاهتمام أن العمليات التي أدت إلى هذا التحول في الكربون اختلفت بين الاحترار والجفاف، فقد أدى ارتفاع درجة حرارة التربة إلى تسريع تحلل الكربون القديم من خلال زيادة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، مع استنفاد الكربون الجديد بسرعة، وعلى النقيض من ذلك، أدى التجفيف إلى تقليل تحلل مدخلات الكربون الطازجة، ما أدى إلى انخفاض إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من التربة ولكن إلى زيادة مساهمة الكربون الأقدم في ثاني أكسيد الكربون المنبعث.
وأوضح ماكفارلين أن "التجارب الميدانية والمعملية تشير إلى أن الاحتباس الحراري من شأنه أن يحفز خسارة صافية للكربون الموجود في التربة العالمية في الغلاف الجوي، ولكن كيفية تفاعل الاحتباس الحراري والجفاف للتأثير على توازن الكربون في الغابات والنظم البيئية الأخرى أقل وضوحا".
وركزت الدراسات السابقة في الغابات الاستوائية بشكل أساسي على الكمية الإجمالية لثاني أكسيد الكربون المنبعث، وهو أمر مهم لفهم التوازن الكربوني الإجمالي، ولكنه لا ينجح في تفسير الآليات الأساسية.
عمر الكربون الذي تطلقه التربة
ومن خلال تحليل قيم الكربون 14، تمكنت هذه الدراسة من تحديد عمر الكربون الذي يتم استقلابه وانبعاثه على شكل ثاني أكسيد الكربون، مما يوفر رؤى ثاقبة حول هذه العمليات.
في هذا السياق، يشير مصطلح "الكربون الجديد" أو "الصغير" إلى الكربون الذي تم تثبيته من الغلاف الجوي في السنوات الأخيرة، في حين يحتوي الكربون "الذي يبلغ عمره عقدًا من الزمان" على مستويات أعلى من الكربون-14 مقارنة بالغلاف الجوي الحالي. وحتى الكربون الأقدم، من قرون إلى آلاف السنين، يستنفد من الكربون-14.
قام الفريق بدراسة تأثير الاحترار والتجفيف على كمية وعمر الكربون المنبعث في صورة ثاني أكسيد الكربون في التربة في منطقتين مختلفتين من الغابات الاستوائية المنخفضة في بنما، حيث تم إجراء تجارب على تدفئة وتجفيف التربة، قاموا بقياس نظائر الكربون 14 والكربون 13 من ثاني أكسيد الكربون المنبعث من التربة.
ارتفاع حرارة التربة وإطلاق الكربون القديم
وباستخدام مركز مطياف الكتلة المعجل في مختبر لورانس ليفرمور الوطني، وجد الفريق أن ارتفاع درجة حرارة التربة أدى إلى زيادة الكربون 14 في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون خلال موسم الأمطار، مما يشير إلى إطلاق أكبر للكربون الأقدم، بما في ذلك الكربون "القنبلة" الناجم عن التجارب النووية في عام 1963، في ظل الظروف الدافئة والرطبة.
وقد أدى الاحتباس الحراري إلى تسريع تحلل الكربون القديم حيث تحولت المجتمعات الميكروبية إلى استخدام الكربون القديم بعد استنفاد المواد العضوية الطازجة.
جفاف التربة يحد من الوصول إلى الكربون الطازج
من ناحية أخرى، أدى التجفيف إلى تقليل إجمالي إطلاق ثاني أكسيد الكربون من التربة، ولكنه أدى أيضًا إلى زيادة الكربون 14 في الانبعاثات المتبقية من خلال الحد من توفر الكربون الطازج من مصادر مثل أوراق الشجر المتساقطة والجذور.
وقال ماكفارلين إن هذا التقييد الذي يحد من وصول الميكروبات إلى الكربون الطازج يفسر التحول نحو زيادة مساهمات الكربون الأقدم في إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في التربة مع الاحترار والجفاف.
وأضاف: "تشير نتائجنا إلى أن تغير المناخ سيزيد من ضعف الكربون المخزن سابقًا في التربة في الغابات الاستوائية من خلال تحفيز تحلل وفقدان الكربون القديم".