دور توندرا في دورة الكربون في الأرض

إنّ التوندرا هي مادة بيولوجية ضخمة باردة تمتد عبر القطب الشمالي والمناطق القطبية الفرعية في أمريكا الشمالية وأوروبا وآسيا، وتغطي حوالي 10 في المائة من سطح الأرض، وتؤدي دوراً هاماً ومتزايداً في دورة الكربون في الكوكب، وقد عملت التوندراً في الألفية كغسط كربوني صافي، حيث تُغلق كميات هائلة من الكربون العضوي في التربة المجمدة.

"توندرا" كـ "الطندرا" الطويلة الأجل

إن قدرة التوندرا على تخزين الكربون متجذرة في ظروفها المناخية والتربة الفريدة، ودرجات الحرارة الباردة تبطئ من تفكك المواد النباتية، مما يسمح بأن تتراكم المادة العضوية على مدى آلاف السنين، وهذه المادة العضوية محتفظة في من البيرمفروسات الشاسعة - الأرض التي لا تزال مجمدة لمدة سنتين أو أكثر من السنوات المتتالية.

وتشير التقديرات إلى أن الفرن الذي يرتكز عليه التوندرا يحمل تقريباً 1400 إلى 600 1 مليار طن متري من الكربون - حوالي ضعف الكمية الموجودة حالياً في الغلاف الجوي للأرض، وقد تراكم هذا الكربون منذ الفترة الجليدية الأخيرة، حيث يتراكم تدريجياً كمادة عضوية مدفونة ومجمدة قبل أن يتحول الهواء الطلق إلى ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي الكامل.

آليات تراكم الكربون

وخلال الصيف القصير في القطب الشمالي، كانت أعلى طبقة من التربة (الطبقة النشطة) تُتيح للنباتات أن تنمو وتأخذ ثاني أكسيد الكربون من خلال التثبيت الضوئي، وكانت محطات التوندرا هي العشب المنخفضة النمو والبطيئة النمو، والأعشاب والأشباح والأوعية والأوعية والليشنات - ولكنها ستحدد بصورة جماعية كمية كبيرة من الكربون كل سنة، وعندما تتحول هذه النباتات إلى ظروف مائية ومائية.

Permafrost: The Key to the Carbon Storehouse

فالبرمفروست ليس طبقة موحدة؛ بل يختلف في سميكه ونطاقه ومحتوياته من الجليد، وفي المناطق المحيطة بالجزر، تتجمد الأرض طوال العام باستثناء طبقة نشيطة رقيقة تذوب في الصيف، وفي المناطق المتقطعة توجد جيوب أرضية مطلية، والكربون المخزن داخل البرمفروسات حساس لتغيرات الحرارة، ما دامت الأرض متجمدة، فإن الكربون يتحول فعليا إلى مادة مجمدة.

ويتسارع معدل البصمات المنبعثة بسبب ارتفاع درجات حرارة القطب الشمالي، التي تدفئ في نحو إلى أربعة أضعاف المتوسط العالمي ] - وهي ظاهرة معروفة بتضخم القطب الشمالي، ويمكن أن يحدث التلويث تدريجياً من السطح السفلي، أو يمكن أن يحدث بشكل مفاجئ في شكل بحيرة rmokarst:

For further details on permafrost carbon dynamics, the 2019 Permafrost Carbon Network review in Nature Climate Change] provides an authoritative overview.

Climate Change Impacts on the Tundra Carbon Balance

إن المنطقة القطبية الشمالية المدفأة تغير جذرياً في دورة الكربون في توندرا، نفس درجات الحرارة المرتفعة التي تمتد موسم النمو وقد تزيد من إنتاجية النباتات، مما يزيد من كمية الكربون الممتازة، ويعجل أيضاً بالتحلل وترك الكربون المخزن، ويتوقف الأثر الصافي على التوازن بين هاتين العمليتين المتنافستين.

زيادة نمو النباتات والخضرنة

وقد أدت درجات الحرارة المشتعلة وموسم أطول نموا إلى توسع في الشجيرات والنباتات الأطول في بعض المناطق، وهي عملية كثيرا ما تسمى " خضراء القطب " ، ويمكن أن تؤدي الكتلة الأحيائية في النباتات الكبرى إلى زيادة كمية ثاني أكسيد الكربون الاصطناعي خلال الصيف، مما يؤدي جزئيا إلى تعويض فقدان الكربون عن التحلل، غير أن هذا التأثير محدود بسبب وجود مغذيات متاحة، ولا سيما في اتجاه النيتروجين والفوسفوري، التي تُطلق ببطء.

التعجيل بإطلاق الغازات من الغلاف الجوي وغرينهاوس

The dominant concern is that permafrost thaw will release more carbon than is taken up by enhanced plant growth, tipping the tundra from a net carbon sink to a net carbon source, this is already happening in many areas. When organic matter decomposes in the presence of oxygen (aerobic conditions), it produces CO2. When decomposition occurs in waterlogged, oxygen-deumbane

A 2022 مقال في الطبيعة ] سلطت الضوء على الأدلة المتزايدة على أن انبعاثات الميثان من البحيرات والأراضي الرطبة في القطب الشمالي تتزايد بسرعة أكبر مما كان متوقعا.

نقطة انطلاق محتملة

إن إطلاق ثاني أكسيد الكربون والميثان من التوندرا يضاعف الاحترار العالمي في حلقة من ردود الفعل المناخية التقليدية، ويحقق أول من ينشر غازات الدفيئة، ويزيد من الحرارة، ويتسبب في المزيد من الانبعاثات، ويزيد من الانبعاثات، وهذه الدورة الذاتية للتنقيب هي واحدة من أخطر نقاط الأشعة في نظام المناخ في الأرض، بينما يُقترح أن يكون عبء الكربون الذي يزيد على 100 طن.

The feedback cycle is not linear: abrupt thaw events, increased wildfire frequency (rare in past but now more common in tundra regions like Alaska and Siberia), and shifts in hydrology can cause sudden, large releases that are difficult to predict. The IPCC Sixth Assessment Report (AR6, 2021)] identifies permafrost uncertainty

العوامل التي تؤثر على إطلاق الكربون

وتحدد عدة عوامل بيئية وبشرية معدل وحجم إطلاق الكربون من التوندرا، فهم هذه العوامل أساسي لتحسين النماذج التنبؤية ولإعلام السياسة العامة.

الزيادات في درجة الحرارة

وتعجل درجات الحرارة المرتفعة بتحلل المواد العضوية في الميكروبيات، وتزيد مباشرة إنتاج ثاني أكسيد الكربون والميثان، والعلاقة بين درجة الحرارة ومعدل التحلل تتسارع داخل نطاقات معينة، مما يعني أن حتى ارتفاع معدلات الاحترار الصغيرة يمكن أن يؤدي إلى زيادات كبيرة في الانبعاثات، ودرجة الحرارة الأرضية هي أهم العوامل الوحيدة لعمق ومعدلات البارمفروست.

تغيرات الغطاء النباتي

ومع توسع الشجيرات لتشمل المناطق التي كانت تهيمن عليها العشب والمشروبات سابقا، فإنها تغير توازن الطاقة المحلية (الثلج المزروع، وتزرع الأرض في الشتاء وربما تبطئ الاحترار بالبخار في بعض المناطق) كما تغير كمية ونوع مدخلات المواد العضوية في التربة، كما أن غطاء الشجيرات الكثيفة يمكن أن يزيد أيضا من التبخر وتجفيف التربة ويحتمل أن يقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

الأنشطة البشرية

ويمكن أن تؤدي التنمية الصناعية - بما في ذلك استخراج النفط والغاز، والتعدين، والهياكل الأساسية مثل الطرق، وخطوط الأنابيب، والمستوطنات - إلى إزعاج مباشر للتربة، كما أن إزالة النباتات ودمج التربة يمكن أن يزيدا عمقاً من الثوران ويسببان التآكل، كما أن من شأن نوافذ النفط أو المواد الكيميائية الأخرى أن تؤدي إلى مزيد من تعطيل المجتمعات المحلية ذات الميكروبيات، حيث يرتفع عدد طرق النقل البحري المفتوحة، ويزيد من احتمالات حدوث حوادث التلوث.

وعلاوة على ذلك، فإن الكربون الأسود (المتفجر) من الاحتراق غير الكامل للوقود الأحفوري والكتلة الأحيائية يمكن أن يستقر على الجليد والثلج، ويعمد السطح ويزيد من استيعاب ضوء الشمس، الذي يعجل بالاحترار المحلي والثلج/الآيس، ويُعتبر خفض انبعاثات الكربون الأسود أداة سريعة نسبيا لتباطؤ الاحترار في القطب الشمالي.

أنماط التأمل

فالتغيرات في الأمطار الغزيرة - كل من سقوط الأمطار ورطوبة التربة التي تساقطها الجليد - والتي تتحكم بدورها في التوازن بين التحلل الهوائي والتحلل الهوائي، وتزيد الظروف الرطبة من التحلل الهوائي وارتفاع انبعاثات الميثان، وتزيد الظروف الجافة من التحلل الهرمي، وتنتج ثاني أكسيد الكربون بدلا من الميثان، وتفضي أيضا إلى حدوث خسائر في فترات التقلب في الشتاء تكون أكثر سرعة في فترات ما قبل تغيرات التربة.

إطلاق النار

كانت الحرائق البرية نادرة في التوندرا من الناحية التاريخية بسبب الظروف الباردة والمبتلة، لكنها أصبحت أكثر تواتراً وشدّةً مع ارتفاع درجات الحرارة، تطلق النيران مباشرة كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون والميثان من الغطاء النباتي والطبقة العضوية للتربة، والأهم من ذلك أن الحرائق تزيل الغطاء النباتي والطبقة العضوية السطحية، مما أدى إلى ارتفاع في مستوى انبعاثات الكربون وما بعده من خسائر الكربون في عام 2020.

دور الحياة البرية والنظم الإيكولوجية

ويشمل النظام الإيكولوجي للتوندرا حيوانات ككريبو (ريندير)، وثعلب القطب الشمالي، والجرائم، والطيور المهاجرة، وفي حين أن هذه الحيوانات لا تستأثر مباشرة بتدفقات كبيرة من الكربون، فإنها تؤثر على دورة الكربون من خلال تفاعلاتها مع النباتات والتربة.

ويمكن لزراعة الكريبو والرنة أن يوقفا التوسع في شجيرات المياه ويحافظا على المناظر المفتوحة التي تعكس مزيدا من ضوء الشمس وتحافظ على التبريد الأرضي، وقد تبين في بعض المناطق أن الرعي الثقيل يخفض من الرعي الحاد، وذلك بالحد من الأثر التصاعدي للثلج العميق المحصور بالشرائح، وعلى العكس من ذلك، يمكن أن يتحول السكان من الماشية إلى نباتات، ويؤثر على ترابط التربة، ويتغير.

الآثار العالمية والاقتراحات المستقبلية

دور توندرا المتطور في دورة الكربون له آثار كبيرة على السياسة المناخية العالمية الكربون المخزن حالياً في البرموفروست يعادل حوالي نصف ميزانية العالم المتبقية للحفاظ على الاحترار تحت درجة حرارة 2 مئوية حتى لو انخفضت الانبعاثات البشرية تخفيضاً جذرياً، فإن الكربون المستخرج من التوندرا سيسهم في زيادة الاحترار، ويقلل بشكل فعال الانبعاثات المسموح بها من الوقود الأحفوري واستخدام الأراضي.

وتعتمد التوقعات المستقبلية على نماذج نظم الأرض التي تحاول محاكاة ديناميات الفرن ولكن لا تزال هناك شكوك كبيرة، وكثيرا ما تقلل النماذج الحالية من قيمة الكربون المخزن في أعماق أعمق، ولا تمثل على نحو كاف عمليات المسح المفاجئ أو المجموعة الكاملة لانبعاثات الميثان، ونتيجة لذلك، فإن نطاق قياسات الانبعاثات السطحية التي حددها الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ يبلغ 2100 من إجمالي تركيز الكربون (10 إلى 150 من الأطنان الدنيا)

وتشمل المناطق الرئيسية التي ينبغي مشاهدتها دلتا يوكون - كوكوكويم في ألاسكا، ودلتا نهر لينا في سيبيريا، وخلية هادسون في كندا، حيث تقترن مخازن كبيرة من الكربون بالاحترار السريع وبالإمكانات العالية التي تنطوي عليها المذابح المفاجئة.

استراتيجيات التخفيف والتكيف

وتتطلب معالجة التغذية المرتدة من الكربون في توندرا نهجا مزدوجا: تخفيض انبعاثات غازات الدفيئة العالمية بصورة عدوانية للحد من الاحترار الذي يدفع إلى الرماد، واتخاذ تدابير تستهدف حماية النظم الإيكولوجية في توندرا من الاضطرابات الإضافية.

تخفيض الانبعاثات العالمية

(أ) أنجع وسيلة للحد من إطلاق الكربون في الأحجار الكريمة هي خفض الانبعاثات البشرية المنشأ من ثاني أكسيد الكربون والميثان والكربون الأسود بأسرع ما يمكن، ويشمل ذلك الانتقال إلى الطاقة المتجددة، وتحسين كفاءة الطاقة، والحد من إزالة الغابات، واعتماد ممارسات زراعية مستدامة، وأن تباطؤ الاحترار، وأن تبطئ وتيرة التبريد، وأن يظل الكربون أكثر عرضة للسيارات.

حماية النظام الإيكولوجي في توندرا

ويمكن أن يؤدي تقييد التنمية الصناعية في المناطق المرتفعة الكربون إلى منع حدوث اضطرابات مباشرة، إذ إن إنشاء مناطق جديدة محمية في المنطقة القطبية الشمالية، مثل مناطق الحفظ المقترحة التي يقودها السكان الأصليون في كندا، يمكن أن يساعد على الحفاظ على النظم الإيكولوجية السليمة، وفي المناطق التي لا يمكن فيها تجنب الهياكل الأساسية، يمكن أن تؤدي الحلول الهندسية مثل أجهزة الترميز (التي تزيل الحرارة من الأرض) وترفع الهياكل على المسالك إلى الحد من الآثار الحرارية على المحيط الهرم.

إعادة الإمداد والاحتجاز الكربوني

وفي المناطق التي تدهور فيها بالفعل البرموفرت، هناك اهتمام متزايد بتدخلات ترمي إلى إعادة زراعة الأراضي المنزوعة، وزراعة النباتات الأصلية، وإدارة السكان الذين يعيشون في الأعشاب لإعادة بناء كربون التربة، غير أن إعادة زراعة التربة في المنطقة القطبية الشمالية أمر صعب بسبب بطء نمو النباتات وطول الوقت اللازم لإعادة تشغيلها، وما زالت الوقاية أكثر فعالية بكثير من العلاج.

خاتمة

فالتوندرا ليست مجرد مشهد بعيد ومتجمد؛ بل هي مكون محوري لدورة الكربون في الأرض، حيث توجد كمية أكبر من الكربون في جميع الغابات المطيرة في العالم مجتمعة؛ وقد عملت هذه الغابات، منذ آلاف السنين، كوعة كربون حيوية، ولكن الاحترار السريع سيحولها الآن إلى مصدر محتمل لغازات الدفيئة القوية، وديناميات الحصاد المرتفع، وتغير الغطاء النباتي، وارتدادات البيئة.

وتجنباً لعبور نقاط التصفيق الحرجة يجب على المجتمع أن يعامل القطب الشمالي ليس كحد أقصى لاستخراج الموارد ولكن كجزء أساسي من نظام دعم الحياة للأرض، فالرصد الشامل، وتخفيض الانبعاثات الطموح، والإدارة المتأنية للنظم الإيكولوجية للتوندرا أمر أساسي، وقد بدأت المخازن المتجمدة الصمت في الكلام، والرسالة هي رسالة يجب أن نستجيب لها.