The future fate of groundwater-dependent wetlands globally driven by groundwater dynamics and land cover change
تتوقع هذه الدراسة أن الأراضي الرطبة العالمية المعتمدة على المياه الجوفية ستتراجع بحلول منتصف القرن في ظل جميع سيناريوهات المناخ واستخدام الأراضي، مع تباين حجم ومحركات الفقدان الأساسية (ديناميكيات المياه الجوفية مقابل تحويل الأراضي) بشكل كبير عبر المسارات الاجتماعية والاقتصادية المختلفة.
المؤلفون الأصليون:Nicole Gyakowah Otoo, Edwin H. Sutanudjaja, Michelle van Vliet, Aafke Schipper, Marc Bierkens
تُعد الأراضي الرطبة من بين أكثر النظم البيئية حيوية على وجه الأرض، فهي تعمل كإسفنجات طبيعية تعمل على تنقية المياه، وتخزين الكربون، وتوفير موطن لأنواع لا حصر لها من الكائنات. وبينما يعتقد الكثيرون أن الأراضي الرطبة هي أماكن تُعرف بالمياه السطحية — مثل المستنقعات والمستنقعات الملحية والسهول الفيضية المرئية للعين — فإن جزءًا كبيرًا من هذه النظم البيئية يعتمد على شيء خفي: المياه الجوفية. هذه هي الأراضي الرطبة المعتمدة على المياه الجوفية، وهي مناطق تظل فيها التربة مشبعة لأن مستوى المياه الجوفية، وهو طبقة المياه تحت الأرض، يقع تحت السطح مباشرة. وإذا انخفض مستوى المياه الجوفية هذا كثيرًا، تجف الأراضي الرమైన، حتى لو بدا هطول الأمطار فوقها طبيعيًا. ومع ارتفاع حرارة الكوكب ونمو الطلب البشري على المياه، يزداد قلق العلماء بشكل متزايد بشأن كيفية تغير هذه الاحتياطيات المائية غير المرئية وما يعنيه ذلك للأراضي الرطبة التي تعتمد عليها.
تتناول دراسة جديدة بقيادة باحثين من جامعة أوتريخت وجامعة رادبود في هولندا نظرة شاملة لمستقبل هذه الأراضي الرطبة الخفية. وباستخدام نموذج حاسوبي متطور يحاكي حركة المياه الجوفية عبر العالم بأكمله، توقع الفريق كيف ستكون أوضاع هذه النظم البيئية من أواخر القرن العشرين حتى منتصف هذا القرن. وقد أجروا عمليات المحاكاة الخاصة بهم تحت ثلاثة سيناريوهات مستقبلية مختلفة، يمثل كل منها مسارًا مختلفًا قد تسلكه البشرية فيما يتعلق بالتنمية الاقتصادية، والنمو السكاني، وانبعاثات الغازات الدفيئة. ولم يكن الهدف مجرد معرفة ما إذا كانت الأراضي الرطبة ستختفي، بل فهم السبب بدقة: هل هو بسبب تغيير المناخ للدورة المائية، أم بسبب تحويل البشر لأراضي الأراضي الرطبة إلى مزارع ومدن؟
بدأ الباحثون بوضع خط أساس، حيث قدروا أنه بين عامي 2005 و2014، احتوى العالم على ما يقرب من 3.43 مليون كيلومتر مربع من الأراضي الرطبة المعتمدة على المياه الجوفية. وتنتشر هذه المساحة الشاسعة عبر جميع المناطق الرئيسية من الكوكب. وعندما نظروا إلى المستقبل في الفترة ما بين 2041 و2050، أظهرت عمليات المحاكاة اتجاهًا ثابتًا: ففي ظل السيناريوهات المستقبلية الثلاثة، من المتوقع أن تتقلص المساحة الإجمالية العالمية لهذه الأراضي الرطبة. ومع ذلك، فإن هذا التراجع ليس موحدًا، والأسباب وراء هذا الفقد تتغير اعتمادًا على المسار الذي تختاره البشرية. ففي السيناريو الذي يصبح فيه العالم مجزأً، مع وجود منافسة شديدة بين المناطق وتوسع زراعي واسع النطاق، يكون فقدان الأراضي الرطبة في أشد حالاته. وفي هذا المستقبل المحدد، يكون تحويل الأراضي الطبيعية إلى أراضٍ زراعية ومناطق حضرية هو المحرك الرئيسي لاختفاء الأراضي الرطبة، حيث يمثل الحصة الأكبر من التراجع.
ومع ذلك، تتغير القصة عند النظر في مستقبليات أخرى. ففي السيناريوهات التي تمثل عالمًا مستدامًا ومنخفض الانبعاثات، أو عالمًا مرتفع الانبعاثات مدفوعًا بالوقود الأحفوري، يتحول المسبب الرئيسي لفقدان الأراضي الرطبة بعيدًا عن تحويل الأراضي نحو المياه نفسها. في هذه الحالات، تصبح التغيرات في ديناميكيات المياه الجوفية — مثل التحولات في أنماط هطول الأمطار، وزيادة التبخر، وضخ المياه لأغراض الري — هي القوة المهيمنة التي تدفع الأراضي الرطبة للجفاف. وهذه النتيجة حاسمة لأنها تشير إلى أنه حتى لو توقفنا عن تحويل أراضي الأراضي الرطبة إلى مدن أو مزارع، فقد تختفي الأراضي الرطبة إذا انخفضت مستويات المياه الجوفية تحت مستوى معين. وعلى العكس من ذلك، أظهرت عمليات المحاكاة أيضًا أنه في بعض المناطق، لا سيما في خطوط العرض الشمالية العليا وأجزاء من أفريقيا، يمكن أن تؤدي مستويات المياه الجوفية المرتفعة في الواقع إلى إنشاء مناطق أراضٍ رطبة جديدة. ومع ذلك، يحذر الباحثون من أن هذه المكاسب المحتملة غالبًا ما يتم تعويضها بخسائر في أماكن أخرى، وأن إنشاء أراضٍ رطبة جديدة يعتمد بشدة على قرارات إدارة الأراضي المحلية التي لا تستوعبها النماذج العالمية بالكامل.
كما سلطت الدراسة الضوء على أن التأثير لا يُشعر به بالتساوي عبر العالم. فمنطقة النيوتروبيكال (Neotropical)، التي تضم معظم أمريكا الجنوبية، تواجه أكبر الخسائر المطلقة عبر جميع السيناريوهات. وهنا، يشكل الجمع بين تغير مستويات المياه الجوفية والتوسع الزراعي تهديدًا مزدوجًا. وفي المقابل، يظهر إقليم إندو-مالايان (Indo-Malayan) فرقًا صارخًا اعتمادًا على المسار المستقبلي المتخذ؛ ففي ظل سيناريو واحد، تتقلص الأراضي الرطبة بسبب التوسع الزراعي، بينما في سيناريو آخر، تتوسع بالفعل لأن الزراعة تصبح أكثر كفاءة وتتطلب مساحات أقل. وهذا يشير إلى أن الخيارات التي تتخذها المجتمعات حول كيفية نمو محاصيلها وإدارة اقتصاداتها قد تكون بنفس أهمية مستوى انبعاثات الكربون في تحديد مصير هذه النظم البيئية.
وفي نهاية المطاف، تشير الأبحاث إلى أن حماية هذه النظم البيئية الحيوية ستتطلب نهجًا مزدوجًا. ففي المناطق التي يمثل فيها تحويل الأراضي التهديد الرئيسي، تظل الحماية الصارمة لمناطق الأراضي الرطبة أمرًا ضروريًا. ولكن في أجزاء كثيرة أخرى من العالم، حيث يمثل منسوب المياه الجوفية الحلقة الهشة، تصبح إدارة استخدام المياه الجوفية لا تقل أهمية عن حماية سطح الأرض. وتخلص الدراسة إلى أن استراتيجية ناجحة للمستقبل يجب أن تدمج إدارة المياه الجوفية مع تخطيط استخدام الأراضي. فلا يمكننا ببساطة إنقاذ الأراضي الرطبة عبر تسييجها فحسب؛ بل يجب علينا أيضًا ضمان بقاء المياه غير المرئية تحتها متاحة، مدركين أن صحة هذه النظم البيئية تعتمد على التوازن بين ما يحدث في التربة وما يحدث في الحقول والمدن أعلاها.
ملخص تقني: المصير المستقبلي للأراضي الرطبة المعتمدة على المياه الجوفية عالمياً
بيان المشكلة تعد الأراضي الرطبة المعتمدة على المياه الجوفية (GDWs) بالغة الأهمية للتنوع البيولوجي، وتنظيم المياه العذبة، وتخزين الكربون. ومع ذلك، فإن تعرضها للمخاطر الناجم عن التغيرات المتزامنة في ديناميكيات المياه الجوفية (التغذية والاستخراج) واستخدام الأراضي لا يزال غير مفهوم بشكل كافٍ على نطاق عالمي. تعتمد خرائط الأراضي الرطبة العالمية الحالية بشكل كبير على الكشف عن الغمر السطحي، وهو ما يفشل غالباً في رصد التدهور في المراحل المبكرة الناتج عن انخفاض مستويات المياه الجريئة التي تقلل من تشبع التربة قبل اختفاء المياه السطحية. علاوة على ذلك، يفتقر العلم إلى رسم خرائط زمنية ومكانية متسقة للتغيرات التاريخية والمستقبلية في الأراضي الرطبة، لا سيما فيما يتعلق بالمساهمات المتميزة للتحولات الهيدرولوجية مقابل تحويل استخدام الأراضي.
المنهجية تستخدم الدراسة إطار عمل نمذجة قائم على العمليات وعالي الدقة لتقدير امتداد الأراضي الرطبة المعتمدة على المياه الجوفية من عام 1979 إلى عام 2050.
نمذجة المياه الجوفية: يستخدم المؤلفون نموذج GLOBGM، وهو نموذج عالمي للمياه الجوفية يعتمد على MODFLOW ويعمل بطبقتين من طبقات المياه الجوفية بدقة 30 ثانية قوسية (~1 كم). يتم توجيه هذا النموذج بواسطة مخرجات النموذج الهيدرولوجي العالمي PCR-GLOBWB 2، الذي يحاكي رطوبة التربة اليومية، والنتح التبخيري، والجريان السطحي، والتغذية، والاستخراج بدقة 5 دقائق قوسية.
سيناريوهات المناخ والتحفيز: تغطي عمليات المحاكاة ثلاثة سيناريوهات من مسارات الاقتصاد الاجتماعي المشتركة - مسارات التركيز التمثيلية (SSP-RCP): المسار SSP1-RCP2.6 (الاستدامة)، والمسار SSP3-RCP7.0 (عالم مجزأ)، والمسار SSP5-RCP8.5 (النمو الاقتصادي). وتعمل هذه السيناريوهات بناءً على بيانات مناخية معدلة الانحياز من خمسة نماذج مناخية عالمية (GCMs) ضمن مجموعة CMIP6 وهي: (GFDL-ESM4, IPSL-CM6A-LR, MPI-ESM1-2-HR, MRI-ESM2-0, UKESM1-0-LL).
تحديد الأراضي الرطبة المعتمدة على المياه الجوفية: يتم تحديد هذه الأراضي بدقة 5 دقائق قوسية باستخدام معيار مزدوج: عمق منسوب المياه (WTD) ≤ 5 أمتار (مشتق من مخرجات نموذج GLOBGM بدقة 30 ثانية قوسية) وجزء المساحة المشبعة (fsat) ≥ 0.5 (مشتق من نموذج PCR-GLOBWB 2). ويتم استبعاد المسطحات المائية المفتوحة، والمناطق الجليدية، والمناطق الجبلية.
تكامل استخدام الأراضي: يتم دمج مسارات استخدام الأراضي المتوافقة مع سيناريوهات SSP. يأخذ النموذج في الاعتبار الفقد الهيكلي للأراضي الرطبة من خلال تقليل مساحة الأراضي الرطبة المحاكية تناسبياً في الخلايا التي يتم فيها تحويل الأرض إلى استخدامات زراعية أو حضرية.
تجارب الإسناد: لفصل الدوافع، أُجريت ثلاث تجارب: (1) المياه الجوفية فقط (ديناميكيات هيدرولوجية، استخدام ثابت للأراضي)، (2) استخدام الأراضي فقط (استخدام ديناميكي للأراضي، هيدرولوجيا ثابتة)، و(3) المشترك (كلاهما ديناميكي).
التحقق من الصحة: تم تقييم أداء النموذج مقابل مجموعة بيانات مستقلة للمناطق القاحلة (2-2014)، تم إنشاؤها من خلال تقاطع قاعدة بيانات البحيرات والأراضي الرطبة العالمية (GLWD) الإصدار الثاني مع خريطة النظم البيئية المعتمدة على المياه الجوفية.
النتائج الرئيسية
الامتداد المرجعي: يُقدر الامتداد العالمي للأراضي الرطبة المعتمدة على المياه الجوفية للفترة المرجعية 2005–2014 بنحو 3.43 مليون كم² (يتراوح بين 3.39 و3.47 مليون كم² عبر النماذج المناخية المختلفة).
الانخفاضات المتوقعة: من المتوقع أن ينخفض إجمالي مساحة الأراضي الرطبة المعتمدة على المياه الجوفية عالمياً بحلول منتصف القرن (2041–2050) تحت جميع السيناريوهات الثلاثة. ويحدث أكبر صافي انخفاض متوقع تحت مسار SSP3-RCP7.0 بمقدار (-173 ألف كم²)، يليه المسار SSP1-RCP2.6 بمقدار (-34 ألف كم²)، ثم المسار SSP5-RCP8.5 بمقدار (-32 ألف كم²).
إسناد الدوافع:
SSP3-RCP7.0: يعد تحويل الأراضي هو الدافع الرئيسي للخسارة، حيث يمثل 39% من مساحة الأراضي الرطبة التاريخية المتأثرة، متجاوزاً مساهمة ديناميكيات المياه الجوفية (33%). وهذا يتوافق مع التوسع الزراعي الواسع المتوقع في هذا المسار.
SSP1-RCP2.6 و SSP5-RCP8.5: تهيمن ديناميكيات المياه الجوفية على الخسائر. ففي ظل مسار SSP1-RCP2.6، تمثل الخسارة الناتجة عن المياه الجوفية 34% من المساحة المتأثرة مقابل 23% لتحويل استخدام الأراضي. وفي ظل مسار SSP5-RCP8.5، تمثل الخسارة الناتجة عن المياه الجوفية 40% مقابل 25% لتحويل استخدام الأراضي.
المكاسب: تعد ديناميكيات المياه الجوفية المصدر الرئيسي للمكاسب في الأراضي الرطبة عبر جميع السيناريوهات (تساهم بنسبة 25-31% من المكاسب في المساحة المتأثرة)، بينما تساهم عمليات تحويل استخدام الأراضي بشكل ضئيل في المكاسب (3-12%).
التباين المكاني: تتركز الخسائر في أمريكا الجنوبية الاستوائية، وجنوب وجنوب شرق آسيا، وأجزاء من أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى. ومن المتوقع حدوث مكاسب في منطقة انتقال الساحل، وخطوط العرض العليا الشمالية، وداخل أستراليا. ويظهر المجال النيوتروبي (Neotropical) أكبر انخفاض مطلق عبر جميع السيناريوهات. كما يظهر مجال الهند-مالايا تباعداً قوياً بين السيناريوهات، حيث يتحول من الخسائر تحت مسار SSP3-RCP7.0 إلى المكاسب تحت مسار SSP5-RCP8.5 بسبب الاختلافات في التكثيف الزراعي مقابل التوسع الزراعي.
أداء النموذج: أظهر التحقق من الصحة في المناطق الجافة دقة عالية (0.88 إجمالاً)، حيث حدد النموذج مواقع الأراضي الرطبة بدقة، رغم أنه لم يكن من الممكن تقييم الأداء مباشرة في الأنظمة الاستوائية الرطبة والأنظمة الشمالية (Boreal) بسبب محدودية البيانات.
الأهمية والادعاءات تقدم هذه الدراسة أول تقييم عالمي متسق وقائم على العمليات لمسارات الأراضي الرطبة المعتمدة على المياه الجوفية المستقبلية، والتي تفصل صراحةً بين تأثيرات ديناميكيات المياه الجوفية وتغير استخدام الأراضي. ويدعي المؤلفون ما يلي:
صافي الخسائر ليس خطياً مع الانبعاثات: إن حجم صافي خسارة الأراضي الرطبة ليس مرتبطاً مباشرة بمستويات الانبعاثات؛ إذ يتوقع مسار SSP3-RCP7.0 (انبعاثات متوسطة) انخفاضاً أكبر من مسار SSP5-RCP8.5 (الانبعاثات العالية)، ويرجع ذلك أساساً إلى الاختلافات في مسارات استخدام الأراضي.
تباين الدوافع: يتغير الدافع المهيمن لتغير الأراضي الرطبة اعتماداً على المسار الاجتماعي والاقتصادي. فبينما يقود تحويل الأراضي الخسارة في المستقبلات التي تتسم بالتجزئة وكثافة الزراعة (SSP3)، تصبح ديناميكيات المياه الجوفية هي المحرك الأساسي للخسارة في كل من مستقبليات الانبعاثات المنخفضة (SSP1) والمنخفضة/العالية (SSP5).
المياه الجوفية كعامل حماية ومحرك: تقود ديناميكيات المياه الجوفية أكبر التغييرات في كلا الاتجاهين (الخسارة والمكسب)، وهي التي تحدد أماكن إمكانية تحقيق مكاسب في الأراضي الرطبة. ومع ذلك، يجب النظر إلى هذه المكاسب كإمكانيات محتملة وليست محققة، لأنها تعتمد على الإدارة المحلية للأراضي التي لا تستوعبها عمليات المحاكاة بالكامل.
الآثار الإدارية: تتطلب حماية الأراضي الرطبة المعتمدة على المياه الجوفية استراتيجيات إدارة متكاملة. ففي المناطق التي تهيمن فيها ديناميكيات المياه الجوفية على التغيرات المتوقعة، يعد الحفاظ على توافر المياه الجوفية أمراً بالغ الأهمية بقدر الحد من التحويل المباشر للأراضي الرطبة. وعلى العكس من ذلك، في المناطق التي يهيمن فيها استخدام الأراضي، يظل منع تحويل الأراضي أمراً ضرورياً. وتؤكد الدراسة على ضرورة دمج إدارة المياه الجوفية، وتخطيط استخدام الأراضي، وحفظ الأراضي الرطبة لاستدامة هذه النظم البيئية في ظل التغيرات المناخية والاجتماعية والاقتصادية المستقبلية.