ما هو بيرمفروست ولماذا يهم؟

وتعرف البرمفروست على أنه التربة أو الصخر أو الرواسب التي لا تزال مجمدة باستمرار عند درجة حرارة صفر مئوية أو أقل من درجة مئوية لمدة سنتين متتاليتين على الأقل، وترتكز على نحو 24 في المائة من الأرض المعرضة في نصف الكرة الشمالي، وتغطي مناطق هائلة تشمل ألاسكا وكندا وسيبيريا وأجزاء من منطقة سكونديفيا، وبدلا من كونها مجرد مصانع مجمدة شبه مجمدة للكربون.

وتتباين البصمات تباينا كبيرا في السميك، إذ تتراوح بين بضعة عشرات من سنتيمترات في بعض المناطق إلى أكثر من كيلومترات في مناطق أخرى، كما أن طبقة سطحها، المعروفة باسم طبقة النشاط، وتعاد تجمُّع كل صيف في فصل واحد، ومع ارتفاع درجات الحرارة العالمية بسبب تغير المناخ، فإن هذه الطبعة النشطة تتعمق تدريجيا، وتكشف عن المواد العضوية المجمدة في السابق لآثار التحلل الجزئي لأول مرة.

قنبلة زمن الكربون: كيف يُطلقون من طراز Permafrost Gases

من تخزين فروسين إلى التحلل النشط

(أ) عندما تكون المواد العضوية المحصورة داخلها - معزولة عن النشاط الميكروبي - متاحة فجأة.

وتختلف نسبة ثاني أكسيد الكربون إلى انبعاثات الميثان اختلافاً كبيراً على أساس عوامل مثل طرطوبة التربة، ودرجة الحرارة، وتكوين المواد العضوية، وهيكل المجتمعات المحلية المجهرية، وهذه العملية دينامية للغاية وغير خطية، ومع تعميق طبقة الانبعاثات النشطة، تصبح مخازن الكربون الجديدة عرضة للتدهور الميكروبي، ولكن معدل هذه العملية يُحدَّد بمعالم بيئية متعددة.

Abrupt Thaw: The Wild Card of Permafrost Emissions

وفي حين تركز الكثير من البحوث على التثبيت التدريجي للطبقة العاملة، فإن عملية مفاجئة ودرامية أكثر تعرف باسم ](أ) مفجرة من المذابح ) تمثل تحديا كبيرا لفهم انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، ويحدث هذا المشهد عندما تتحول كميات كبيرة من الجليد الأرض بسرعة، مما يتسبب في انهيار التربة ويشكل سمات مميزة من قبيل ارتفاع حراري في الأحياء الفقيرة.

وقدرت دراسة شبه رقم 2019 نشرت في Nature Geoscience] أن من المحتمل أن يضاعف من العرض المفاجئ للكربون المشبع، مما يسهم في زيادة انبعاثات الكربون الدينامية من 60 إلى 100 غيغا طن بحلول عام 2300، وهذا ما يؤكد أن النماذج المناخية الحالية التي كثيرا ما تستبعد عمليات المسح الكربوني المفاجئة قد تقلل إلى حد كبير من حجم وسرعة الانبعاثات المتوقعة في المستقبل.

سؤال الميثان

إن انبعاثات الميثان من خزف البرموفرت تشكل مصدر قلق بالغ نظراً لارتفاع قوة الميثان كغاز للدفئ وعمره القصير نسبياً في الغلاف الجوي، ويمكن أن يفرج عن ثاجن القطبي كميكروت من الميثان سنوياً، وفقاً للبيانات الصادرة عن وكالة حماية البيئة في الولايات المتحدة، ويظهر إنتاج الميثان بصورة خاصة في بحيرة الرموثبوت.

وعلاوة على ذلك، فإن توقيت وحجم إطلاق الميثان قد يتحولان مع تغير الظروف المناخية، وتشير بعض الدراسات إلى أن الاحترار يمكن أن يوسع موسم انبعاثات الميثان ويزيد من الانبعاثات القصوى، مما يغير من الميزانية العالمية للميثان، ويخلق مزيدا من عدم اليقين فيما يتعلق بكيفية تأثير التدفقات الميثانية على الاحترار المناخي في الأجل القريب، مع التأكيد على الحاجة إلى مواصلة الرصد والبحث.

Revealing Hidden Ancient Ecosystems

سلسلة الزمن من الـ "بليستوكون"

ولا يؤدي تهكم الأحجار إلى إطلاق غازات الدفيئة فحسب، بل يكشف أيضاً عن بقايا محمية بشكل ملحوظ من النظم الإيكولوجية القديمة التي تم حبسهم لمدة عشرات الآلاف من السنين، وفي مناطق مثل سيبيريا ويوكون، كشف علماء الخلايا عن بقايا من النسيج المتجمد من الجليد الجليد، بما في ذلك الأنسجة المميتة، المحافظين على البذور الوراثية.

وقد وثقت مجلة " الكبسولات " المجمدة التي تمكن العلماء من إعادة بناء مادة التوندرا البيولوجية التي تهيمن على المنطقة القطبية الشمالية خلال العصر الجليدي الأخير، ففي عام 2021، استعاد الباحثون في سيبيريا قيراً من الدب الكهف يقدر بـ 000 22 و500 39 سنة، محتفظين بأجهزة نحيفة وفورية داخلية.

وإضافة إلى الكائنات الحية الضخمة، فإن العواصم يأوون أيضا الكائنات الحية الدقيقة القديمة، وقد إحياء العلماء فيروسات قديمة يمكن اكتشافها ] من عينات من البرموز البيبروي، مثل الـ 000 30 سنة من الـمحرر البيثوفيروسي الذي اكتشف في عام 2014.

المزارع القديمة والمجتمعات المحلية الحشرية

وبالإضافة إلى رفات الحيوانات، يحافظ الفمروفست على ثروة من الأحفوريات الفولطية والحشرية، بما في ذلك البذور، والأوراق، والأوراق، والثروات، والحشرات التي تعود إلى أقصى حد ممكن، وهذه الأحجار الحشرية تتيح للباحثين إعادة بناء أنماط النباتات الماضية، وحمى الأعشاب، والظروف المناخية.

فعلى سبيل المثال، يشير تحليل الحمض النووي النباتي القديم إلى أن منطقة الجليد في القطب الشمالي تتسم بطائفة متنوعة من العشب والسباق والفورب بدلا من خطوبة متجانسة، وأن الحشرات لا تزال، ولا سيما الخنافس والمقذوفات (الوسطاء غير المتجمد)، تشكل عوامل حيوية قيمة لأن أقاربهم الحديثين لديهم درجات حرارة معدة جيدا.

ما يخبرنا به النظام الإيكولوجي القديم عن تغير المناخ

ويوفر دراسة هذه النظم الإيكولوجية القديمة أكثر من الفضول التاريخي - بل يوفر بيانات حاسمة لتحسين نماذج المناخ الحديثة والتوقعات، ومن خلال دراسة تركيبة التربة والنباتات ومجمعات الكربون التي تُحفظ في البرموفوست خلال فترات الدفء السابقة، مثل آخر ما حدث بين الجزر قبل نحو 000 125 سنة، يمكن للباحثين أن يفهموا على نحو أفضل قدرة الباحثين على مقاومة الارتداد في إطار سيناريوهات الاحترارية وقابليتهم للتأثر.

فعلى سبيل المثال، تشير تجمعات الخنافس الأحفورية إلى أن بعض مناطق القطب الشمالي كانت أكثر دفئاً من 5 درجات مئوية خلال الفترة الأخيرة من اليوم، ومع ذلك لم تختفي تماماً، وهذا يشير إلى درجة من الثبات الحاد على الرغم من الاحترار الكبير، مما يوفر أدلة عن نقاط وعتبات الضبط المحتملة في النظام المناخي الحالي، ويساعد فهم هذه الديناميات على صقل التنبؤات فيما يتعلق باستقرار المناخ في المستقبل وعلى استنارة المعلومات.

الآثار البيئية والمتعلقة بالهياكل الأساسية

كتلة التآكل الساحلي والهرب البري

ويعيد رسم المسطحات الجامحة بصورة نشطة تشكيل المشهد القطبي، مع ما يترتب على ذلك من عواقب بيئية واجتماعية واقتصادية خطيرة، وفي المناطق الساحلية مثل ساحل بحر ألاسكا، تتسارع الآثار المشتركة للمتراجع الجليدي البحري وثبات البرموفرت إلى ما يصل إلى 10 إلى 20 مترا سنويا، ويهدد هذا التآكل السريع مجتمعات الشعوب الأصلية، والموائل الطبيعية، والهياكل الأساسية الحيوية للنفط، والمنشآت العسكرية.

ويُطلق انهيار المنحدرات المجمدة أحجاماً كبيرة من الرسوبيات والكربون العضوي إلى بيئات بحرية متاخمة، ويؤثر على النظم الإيكولوجية الساحلية ودورات الكربون، وبالإضافة إلى ذلك، فإن البحيرات التي تُنشأ في المياه العذبة والتي تُشكل على البرموفر يمكن أن تُستنزف بشكل مفاجئ عندما تذوب السدود الجليدية الأساسية، وتُطلق الميثان المخزنة، وتُحدث تغيراً جذرياً في الهيدرولوجتها.

البنية التحتية المدفنة: الطرق، والخطوط، والمبنى

وقد تم بناء معظم البيئة التي بُنيت في المنطقة القطبية الشمالية على افتراض أن البروفروست سيظل مستقرا ومجمدا إلى أجل غير مسمى، ويشمل ذلك الهياكل الأساسية الحيوية مثل خط الأنابيب، والمطارات، والطرق، والمباني السكنية، حيث تنهار الأرض وتصبح غير مستقرة، مما يتسبب في تساقط أو شق أو انهيار هياكل.

ففي منطقة نوريلسك في روسيا، على سبيل المثال، أدى تدهور الأحواض إلى إلحاق أضرار متكررة بالمرافق الصناعية وشبكات النقل، كما أن إصلاح وتكييف الهياكل الأساسية لمواجهة مخلفات الرش من البروفك باهظ التكلفة، حيث يمكن أن تصل التقديرات إلى عشرات البلايين من الدولارات بحلول منتصف القرن، ومن أجل مواجهة هذه التحديات، يجري اعتماد تقنيات جديدة للبناء، بما في ذلك استخدام مواصفات حرارية عميقة ترسو تحت طبقة نشطة،

Global Climate Implications: The Permafrost Carbon Feedback

(ب) دورة تعزيز ذاتي يمكن أن تُطلق فيها انبعاثات غاز الدفيئة من خلال إنتاج الغازات الحرارية، مما يؤدي إلى تفاقم الاحترار العالمي ويتسبب في المزيد من المشابه للثبات، وتختلف تقديرات انبعاثات الكربون من مشارف الفرن بحلول عام 2100 اختلافاً واسعاً مع نماذج كربون الأرض التي تُقدَّر من 5 إلى أكثر من 15 في المائة.

وهذه الآلية تثير القلق بوجه خاص لأنها لا يمكن التحكم فيها إلى حد كبير بمجرد البدء فيها، وفي حين يمكن تخفيف انبعاثات الوقود الأحفوري من خلال الابتكار في مجال السياسات والتكنولوجيا، فإن الانبعاثات المكشوفة تشكل استجابة طبيعية للاحترار الذي بدأته البشرية بالفعل، مما يجعل من المطلق عنصرا حاسما في نظام المناخ العالمي يتطلب اهتماما عاجلا.

الحريق والبرامفروست:

وقد تزايدت حرائق الغابات البرية في توندرا القطبية الشمالية والغابات المزروعة في العقود الأخيرة، حيث تستهلك هذه الحرائق طبقة التربة العضوية التي تزرع عادة البرموفروت، وتكشف الأرض عن درجات الحرارة المرتفعة وتتسارع المنافذ، بالإضافة إلى ذلك، تشعل النار السطحية، وتخفض الطلاء (الانتشار)، وتزيد من استيعاب الحرارة.

This creates a hazardous feedback cycle: fires promote permafrost thaw, and thaw exposes more combustible organic material, which fuels subsequent fires. A 2020 study published in Nature Climate Change] found that fire activity could increase cumulative permafrost carbon losses by up to 30% over the next century. This synergies management amplifize the risk release

استراتيجيات التخفيف والتكيف

تخفيض الانبعاثات العالمية

إن أكثر الطرق فعالية لتباطؤ استخدام المنافذ هو الحد من انبعاثات غازات الدفيئة العالمية والحد من معدل الاحترار العالمي، وتحقيق تخفيضات كبيرة في استخدام الوقود الأحفوري، والتعجيل بنشر الطاقة المتجددة، ووقف إزالة الغابات، هي خطوات أساسية، غير أنه نظراً لخطورة نظام المناخ وتركيزات غازات الدفيئة القائمة، فإن درجة من استمرار المنافذ لا مفر منها حتى في ظل سيناريوهات الانبعاثات المتفائلة.

Therefore, alongside mitigation efforts, adaptation strategies must be developed and implemented to manage the risks posed by thawing permafrost and its associated impacts.

التدخلات المحلية لبطء تاو

ويختبر المهندسون وعلماء الإيكولوجيا التقنيات المحلية للحفاظ على البروفوست وحماية الهياكل الأساسية الحيوية، وتشمل هذه الوسائل ما يلي:

  • تضخم الشمس والمنسوجات المعكسة التي تقلل من التدفئة الأرضية بتعكس الإشعاع الشمسي الذي يختبره الباحثون في جامعة ألاسكا فيربانكس، مما يمكن أن يقلل درجات الحرارة الأرضية بمقدار ٢-٣ درجة مئوية.
  • استعادة الغطاء النباتي، مثل زراعة الأنهار الويلية، التي توفر ظلاً صيفياً وزراعة الثلج في الشتاء، وتساعد على الحفاظ على درجات حرارة التربة المبردة.
  • صناعة الثلج الفطري لزيادة العزل خلال أشهر الشتاء
  • إصلاح إيكولوجي واسع النطاق، بما في ذلك إعادة تقديم الأعشاب الكبيرة مثل البستون والخيول والثعلب، التي ترعى وتهزأ بأراضي العشب التي تحافظ تاريخيا على تسارع ثلجها وتساعد على الحفاظ على برودة البرزخ خلال الشتاء.

وفي حين أن هذه الاستراتيجيات تبشر بالخير على النطاقات المحلية، فإن جدواها وفعاليتها على صعيد المناظر الطبيعية أو النطاقات الإقليمية لا تزالان مجالين للبحث النشط.

الرصد والنمذجة

تحسين الرصد والنمذجة أمران حاسمان لإدارة المخاطر ذات الصلة بالطيور، والجهود الدولية مثل الشبكة الأرضية العالمية للمنبر (FLT:0) ] (GTN-P) تنسيق عمليات الرصد الطويلة الأجل بما في ذلك ملامح درجات الحرارة المغلقة، وقياسات سمك الطول النشط، والاستشعار عن بعد من السواتل مثل بعثة الرصد الفضائية التابعة للوكالة الأوروبية المحدودة.

فالتقدم في التعلم الآلي واستيعاب البيانات يتيح الآن للعلماء دمج الملاحظات الميدانية مع التوقعات المناخية العالية الاستبانة، وتحسين التنبؤات التي يحتمل أن تحدث فيها انبعاثات المشابه والكربون المفاجئة، وهذه النماذج التي تحركها البيانات تُبلغ واضعي السياسات وأصحاب المصلحة، وتساعد في التخطيط للتكيف المحدد الأهداف والتخفيف من حدة المخاطر.

ويعد استمرار الاستثمار في رصد الهياكل الأساسية والبحوث المتعددة التخصصات أمرا أساسيا لتعزيز فهم ديناميات الأحواض ووضع استجابات فعالة للتحديات العالمية التي تطرحها.