Ecosystem-scale methane fluxes in terrestrial uplands diverge from soil-sink expectations
تتحدى هذه الدراسة الافتراض التقليدي بأن التربة البرية في المرتفعات هي بالضرورة بالوعات ثابتة للميثان الجوي، وذلك من خلال إثباتها، عبر قياسات على مستوى النظام البيئي في جميع أنحاء أمريكا الشمالية، أن معظم مواقع المرتفعات تعمل في الواقع كمصادر صافية للميثان، مما يكشف عن خطأ حرج في استنتاج النطاق في تقديرات ميزانية الميثان العالمية الحالية.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
يعد الميثان غازًا دفيئًا قويًا، حيث يحبس الحرارة في الغلاف الجوي بفعالية أكبر بكثير من ثاني أكسيد الكربون على مدار قرن من الزمان. ولعقود من الزمن، تتبع العلماء مصدر هذا الغاز وأين يختفي. نحن نعلم أن الأراضي الرطبة والأنشطة البشرية مثل الزراعة تطلق كميات هائلة منه. ولإحداث توازن في السجل العالمي، اعتمد الباحثون لفترة طويلة على افتراض محدد وهادئ بشأن الأراضي الجافة: وهو أن تربة الغابات والمراعي والأحراش تعمل كمكنسة ثابتة، تمتص الميثان من الهواء وتدمره من خلال عمليات بكتيرية طبيعية. وقد عُومل "بالوعة التربة" هذه كحقيقة ثابتة وموثوقة في نماذج المناخ، حيث قُدرت بقدرتها على إزالة كمية ضخمة من الميثان سنويًا. ومع ذلك، إذا كان هذا الافتراض خاطئًا، فإن فهمنا الكامل لكيفية تنظيم كوكبنا لدرجة حرارته قد يختل توازنُه.
تتحدى دراسة جديدة هذا المنظور الذي ساد لفترة طويلة من خلال النظر إلى الأرض ليس عبر عينات صغيرة ومعزولة، بل من خلال عيون النظام البيئي بأكره. فقد قام باحثون بقيادة سباركل مالون من جامعة ييل، بالعمل مع بيانات من ستة وأربعين برجًا للمراقبة عبر أمريكا الشمالية، بقياس التبادل الفعلي للميثان بين الأرض والسماء على مدار عدة سنوات. وبدلاً من العثور على فريق تنظيف صامت ومستقر كما توقعوا، اكتشفوا أن معظم هذه المناظر الطبيعية المرتفعة تسرب الميثان في الواقع، وإن كان ذلك ببطء. وتشير الدراسة إلى أن النظرة التقليدية للأرض الجافة كبالوعة صافية هي خطأ ناتج عن النظر من المقياس الخاطئ، وأن قدرة الأرض الطبيعية على امتصاص الميثان قد تكون أضعف بكثير مما كان يُعتقد سابقًا.
لسنوات، بُني الاعتقاد بأن التربة الجافة تستهلك الميثان على قياسات أُخذت باستخدام غرف صغيرة وُضعت مباشرة على الأرض. تغطي هذه الأجهزة بقعة صغيرة من التراب، وتغلقها لقياس كمية الغاز التي تأكلها بكتيريا التربة. هذه الطريقة كانت هي المعيار لعقود، حيث قدمت صورة واضحة ومتسقة لبيولوجيا التربة. لكن الغرفة لا ترى إلا ما يحدث عند قدميها مباشرة؛ فهي لا تستطيع رؤية ما يحدث في جذور الأشجار، أو الخشب الميت، أو جيوب المياه الصغيرة المخفية داخل التربة والتي قد تنتج الغاز. كما أنها تغفل حركة الهواء عبر مظلة الغابة أو التحولات الطفيفة في الرطوبة التي تحدث عبر حقل كامل. وقد اشتبه الباحثون في أنه من خلال التركيز فقط على سطح التربة، كان العلماء يفتقدون الصورة الأكبر لكيفية سلوك هذه الأنظمة البيئية في الواقع.
وللحصول على رؤية أكثر صدقًا، لجأ الفريق إلى الشبكة الوطنية للمراقبة الإيكولوجية، وهي منظومة من الأبراج العالية المنتشرة في جميع أنحاء الولايات المتحدة. هذه الأبراج مجهزة بمستشعرات تقيس جودة الهواء على ارتفاعات مختلفة، من أرضية الغابة وصولاً إلى مظلة الأشجار. ومن خلال مقارنة تركيز الميثان عند قمة البرج مع تركيزه في الأسفل، استطاع الباحثون حساب التدفق الإجمالي للغاز المتحرك عبر النظام البيئي بأكمله، بما في ذلك الأشجار والتربة والهواء فيما بينهما. وقد حللوا البيانات من عام 2021 إلى عام 2024، لتشمل ستة وأربعين موقعًا تمثل بيئات متنوعة، من الغابات الاستوائية في بورتوريكو إلى الأراضي الشجيرية في ألاسكا.
كانت النتائج مذهلة. فعندما نظر الباحثون في التوازن السنوي للميثان لهذه المواقع، لم تكن ثلاثة وثمانون بالمائة منها تعمل كبالوعات. بدلاً من ذلك، كانت مصادر صافية، حيث تطلق ميثانًا في الغلاف الجوي أكثر مما تمتصه. كان المقدار المنطلق صغيرًا، يتراوح من جزء ضئيل من الغرام إلى ما يزيد قليلاً عن غرام واحد من الكربون لكل متر مربع سنويًا، لكن اتجاه التدفق كان عكس ما توقعته النماذج. عملت سبعة عشر بالمائة فقط من المواقع كبالوعات متوقعة، وحتى تلك المواقع كانت أضعف بكثير مما تشير إليه التقديرات العالمية. كانت أقوى بالوعة وجدوها في غابة استوائية في بورتوريكو، ولكن حتى هناك، كان مقدار الميثان المزاح أقل من نصف ما يفترضه الميزان العالمي للتربة وحدها.
وتجادل الدراسة بأن التباين ينشأ لأن غرفة التربة وبرج النظام البيئي يقيسان شيئين مختلفين. فالغرفة تقيس قدرة التربة على "أكل" الميثان، بينما يقيس البرج السلوك الفعلي للنظام البيئي. وفي العالم الحقيقي، يمكن لعوامل تغفلها الغرف — مثل نقل النباتات للغاز من أعماق الأرض، أو وجود بقع رطبة صغيرة في التربة حيث ينتج الغاز، أو حركة الغاز عبر جذوع الأشجار — أن تحول تربةً هي نظريًا بالوعة إلى نظام بيئي مصدر. ووجد الباحثون أنه حتى في المناطق المرتفعة الجافة، فإن هذه العمليات الخفية كافية لقلب الموازين.
لا يعني هذا الاكتشاف أن بكتيريا التربة قد توقفت عن أكل الميثان. تؤكد الدراسة أن بالوعة التربة موجودة، لكنها تظهر أنها ليست القصة كاملة. فالنظام البيئي ككل يقوم بشيء مختلف. وعندما حاول الباحثون رفع نتائجهم لتشمل العالم أجمع، أشارت النتائج إلى أن الأنظمة البيئية البرية المرتفعة قد تكون مصدرًا صافيًا للميثان في الغلاف الجوي، بدلاً من كونها بالوعة. واعتمادًا على كيفية حساب البيانات، يمكن للأراضي البرية أن تطلق ما بين اثنين وعشرين إلى خمسة وسبعين تيرابرام من الميثان سنويًا. وهذا تحول هائل من الميزان العالمي الحالي، الذي يفترض أن هذه الأراضي تزيل ما بين أحد عشر وأربعة وأربعين تيرابرام.
إن تداعيات هذا الأمر على علوم المناخ كبيرة. فإذا كانت الأرض لا تمتص من الميثان بقدر ما كنا نعتقد، فإن قدرة الكوكب الطبيعية على مواجهة مستويات الغازات الدفيئة المتزايدة هي أصغر مما كنا نعتقد. قد يعني هذا أن الميثان سيبقى في الغلاف الجوي لفترة أطول، مما يؤدي إلى تسخين الكوكب بشكل أسرع مما تتنبأ به النماذج الحالية. وتقترح الدراسة أن الطريقة التي نبني بها نماذج المناخ يجب أن تتغير؛ فبدلاً من افتراض أن الأرض الجافة بالوعة ثابتة، نحتاج إلى مراعاة المسارات المعقدة والخفية التي تسمح للميثان بالهروب.
ويلاحظ الباحثون بحذر أن عملهم يستند إلى مجموعة محددة من المواقع في أمريكا الشمالية، وأن هناك حاجة لمزيد من البيانات من جميع أنحاء العالم للتأكد مما إذا كان هذا النمط يسري في كل مكان. كما يشيرون إلى أن الأدوات المستخدمة لقياس هذه التدفقات الضئيلة حساسة للغاية، وأن الإشارة غالبًا ما تكون قريبة من الحد الذي يمكن اكتشافه. ومع ذلك، حتى عندما اختبروا نتائجهم مقابل افتراضات وأخطاء محتملة مختلفة، ظل الاستنتاج كما هو: الإشارة المهيمنة عبر الشبكة هي الانبعاث، وليس الامتصاص.
تعد هذه الدراسة تذكيرًا بأن الطبيعة غالبًا ما تكون أكثر تعقيدًا مما توحي به أبسط قياساتنا. فمن خلال النظر إلى الغابة بأكملها بدلاً من مجرد بقعة من التراب، كشف العلماء عن طبقة خفية من تبادل الميثان تتحدى فهمنا للمناخ العالمي. وهي تشير إلى أن قدرة الأرض على تنظيف غازاتها الدفيئة الخاصة قد تكون أكثر هشاشة مما كنا نأمل، وأن التوازن الحقيقي للغلاف الجوي يعتمد على عمليات بدأنا للتو في رؤيتها. والخطوة التالية للعلم هي بناء نماذج يمكنها استيعاب ديناميكيات النظام البيئي الكاملة، لضمان أن توقعاتنا للمستقبل مبنية على واقع النظام بأكمله، وليس فقط على جزء منه.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.