وتمثل العلاقة بين تكوين التربة وتقلب المناخ الإقليمي أحد أكثر الديناميات التي تنجم عن ذلك في كثير من الأحيان في علوم النظم الأرضية، فالسواء ليس خلفية ثابتة إلى تغير المناخ، ويضع أنماط الطقس المحلية، ويعتدل درجات الحرارة القصوى، ويؤثر على توافر المياه عبر المناظر الطبيعية، وعلى العكس من ذلك، فإن الظروف المناخية الإقليمية تدفع إلى تكوين التربة وتدهورها على نطاق زمني يتراوح بين عقود وألفين من الزمن.

أساسيات تكوين التربة

ويشير تركيب التربة إلى المكياج الفيزيائي والكيميائي والبيولوجي لمصفوفة التربة، وفي حين أن المادة الأصلية تحدد بدقة العناصر الرئيسية الأربعة - المواد العضوية والماء والفهم الأعمق - تتطلب دراسة كيفية اختلاف هذه المكونات عبر المناظر الطبيعية والأعماق.

الفلزات المعدنية والتنسيب التربةي

وتشكل معظم المكونات المعدنية عادة ٤٥-٥٠ في المائة من حجم التربة بالوزن الجاف، وهي مستمدة من تجويع الصخور الأم، وتصنف المعادن بحجم الجسيمات: الرمل )٠,٥-٢ ملم(، والسيل )٠,٠٢-٠,٠٥ ملم(، والبطء )أي ما لا يقل عن ٠٢,٠ ملم(، وتُحدد النسب النسبية لهذه الجسيمات نص التربة، وهو أحد أكثر العوامل تأثيرا في خصوبة التربة.

ويشمل التكوين المعدني أيضاً معادن محددة من الطين مثل الكوالينيت والسمكات والأمية، وكل منها يملك خصائص مختلفة من حيث التقلصات وقدرات تبادل الترسيب، وتؤثر هذه الاختلافات في علم المعادن على كيفية استجابة التربة لدورات التنظيف والجفاف، التي تؤثر بدورها على النظم الهيدرولوجية المحلية والقابلية للتآكل في إطار أنماط التهطال المتغيرة.

مادة التربة العضوية

وتتكون المادة العضوية من التربة من مخلفات النباتات والحيوانات في مختلف مراحل التحلل، والكتلة الأحيائية المجهرية، والمواد المتواضعة المستقرة نسبياً، وعلى الرغم من أن هذه المادة لا تشكل إلا نسبة 1 إلى 10 في المائة من كتل التربة في التربة المعدنية، فإنها تؤثر بشكل غير متناسب على خصائص التربة المادية - التكتل، والسخرية، وازدهار المياه في الغلاف الجوي الحاد.

مياه التربة والجو

وتملأ الأماكن الشائكة بين جزيئات التربة بالماء والهواء بنسب تختلف بمحتوى الرطوبة، وتُحتجز مياه التربة بواسطة قوى حشرية (الارتفاع والتماسك) وقوات جاذبية، وتُستخدم فيها مياه صالحة للزراعة وتُقيم في مسامير تتراوح بين 0.2 و30 ميكروغرام في قطرها، ويحتوي الهواء في مسام التربة على تركيزات أعلى من تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي الأدنى.

How Soil Composition Directly Affects Regional Climate Variables

وتمارس الخصائص الفيزيائية والكيميائية للتربة السيطرة المباشرة على عدة تدفقات وخصائص سطحية ذات صلة بالمناخ، وهي أكثر ما تكون وضوحا على النطاق المحلي، ولكنها تُجمع لتؤثر على أنماط المناخ الإقليمية.

Albedo and Heat Absorption

إن التكوين السطحي الأعظم الذي يميزه إلى حد كبير التركيب المعدني والمواد العضوية - يتكون من جزء من الإشعاع الشمسي القادم الذي ينعكس )البيت( - وتضاريس أكثر قتامة، مثل تلك المرتفعة في المادة العضوية أو أكسيد الحديد، وتمتص طاقة شمسية أكثر، وتزيد حرارة السطح، وتزيد من حرارة السطح، ولا سيما تلك الغنية في نظم تحويل الكالسيوم أو الرمل الرباعي، تعكس آثاراً أكثر تضخماً.

المياه واستخلاصها والتهرب منها

وتُعتبر قدرة التربة على حيازة المياه في المقام الأول وظيفة من وظائف النسيج ومحتويات المواد العضوية، وتحتوي التربة الغنية بالكلاي والتربة العضوية على مياه أكثر من التربة الرملية، مما يؤدي إلى ارتفاع مستوى توافر التربة في النباتات وارتفاع معدلات التحلل الحراري في التربة، وتبريد سطح الأرض بتحويل الطاقة الشمسية إلى تدفّق حراري متأخّر، ودرجة الحرارة القصوى، وتزيد فيها الحرارة في المناطق التي ترتفع فيها درجة الحرارة في الصيف، مقارنة بمتوسطة في الولايات المتحدة الشرقية.

إحياء التربة والإطلاق الكربوني

وتتسبب إزالة المواد العضوية من التربة في تسرب ثاني أكسيد الكربون في عملية تنفس الغلاف الجوي المعروفة بتنفس التربة، وهذا التدفق شديد الحساسية لدرجات حرارة التربة ورطوبة التربة، حيث ترتفع معدلاته عادة إلى درجة الحرارة حتى الحد الأمثل، وتزيد التربة في درجة الحرارة، وتزيد من كربون الكواكب المتربة، مما يؤدي إلى استرخاء الكربون المحتمل: فمع ارتفاع حرارة المناخ، وارتفاع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

Regional Climate Variability: Drivers and the Role of Soil

وتشمل تقلبات المناخ الإقليمي التغيرات في درجة الحرارة، والتهطال، والأحداث المتطرفة عبر النطاقات المكانية التي تتراوح بين 10 و 000 1 كيلومتر، وفي حين أن السائقين على نطاق واسع مثل التداول الجوي، وتيار المحيط، وهيمنة خط العرض، فإن تركيب التربة يُعدل كيف يعبر عن تلك العوامل على السطح.

التربة كوسيط للمواقف

فالسوارات تعمل كعازف حراري نظراً لقدرتها الحرارية وتنوعها الحراري، فالتربة المتحركة تتمتع بقدرة حرارية أعلى من التربة الجافة، مما يعني أنها تدفأ وتبرد ببطء أكبر، وهذه المقاييس الحرارية للدرجات الحرارية في درجات الحرارة، والليالي الأكثر دفئاً، والمتغيرات في التربة، وفي المناطق التي ترتفع فيها درجة حرارة التربة، وفي المناطق المحيطة بالماء الجاف أو الرملي، حيث ترتفع فيها الحرارة.

التهطال واستعادة التربة

ويؤثر رطوبة التربة على التهطال من خلال عدة آليات، ويزيد ارتفاع مستوى طرطوبة التربة من التربة، مما يمكن أن يزيل الغلاف الجوي الأدنى ويعزز تكوين الغيوم وسقوط الأمطار، وهذا التدوير الافتراضي للتربة أمر هام في مناطق مثل الأمازون، حيث يستمد ما يصل إلى 50 في المائة من الأمطار من الغطاء النباتي المحلي.

آليات التغذية بين التربة والمناخ

فالتفاعلات الثنائية الاتجاه بين تكوين التربة والمناخ تخلق حلقات تفاعلية يمكن أن تعزز أو تخفف التغيرات في أي من النظامين، وتستحق ثلاثة ردود فعل رئيسية اهتماما خاصا.

Carbon-Climate Feedback

وكما ورد في وصف سابق، فإن الاحترار يزيد من معدلات تنفس التربة، ويطلق المزيد من ثاني أكسيد الكربون، وهذا رد إيجابي يضاعف الاحترار العالمي، وتتوقف قوة هذه التغذية على كمية وقابلية تآكل الكربون العضوي في التربة، وتحتوي التربة العالية القدرة على التحلل (مثلاً في المناطق القطبية الوسطى) على كميات كبيرة من كربون عضوي مجمّد مرتين في الكمية الحالية في الغلاف الجوي().

Albedo Feedback

ولا يمكن أن تؤدي التغيرات في لون التربة أو الغطاء - سواء من الذوبان الجليدي أو تغير الغطاء النباتي أو التعرض للتربة - الألبدو - في القطب الشمالي، إلى تآكل الجليد والجليد، إلى تعريض التربة المظلمة، وزيادة الامتصاص الحراري، والتعجيل بالاحترار الإقليمي، وفي المناطق الزراعية، فإن التربة البخارية بعد الحصاد تكون أكثر من الحقول النباتية، التي يمكن أن تبرد السطح على الصعيد المحلي، ولكنها أيضاً تحافظ على إعادة تدوير المواد العضوية.

التغذية الوبائية الوبائية

إن تدهور التربة، على وجه التحديد، فقدان المادة العضوية والارتطام - يقلل من التسلل والقدرة على حيازة المياه، مما يزيد من سرعة سطح الماء أثناء هطول الأمطار الغزيرة، ويقلل من تغذية المياه الجوفية ويقلل من رطوبة التربة في فترات الجفاف، وينتج عنه نظام هوائي أكثر تطرفاً: ارتفاع ذروة الفيضانات وحالات الجفاف الأعمق، ويتجلى هذا الارتداد في المناظر الطبيعية المتدهورة أو التي تفقد فيها التربة خصائصها.

دراسات الحالة

The Dust Bowl: Soil Degradation Amplifying Climate Extremes

إن غلاف الغواصات في الولايات المتحدة الأمريكية في القرن التاسع عشر هو مثال كلاسيكي على التغذية المرتدة من التربة إلى التربة نتيجة تغير استخدام الأراضي وتكوين التربة، وقد أدى ذلك إلى حدوث فقدان في التربة نتيجة لفقدان التربة العضوي في المادة العضوية، وكان ذلك يشكل إلى حد كبير من حرارة التربة ورطوبة الرمل التي تنمو على نطاق واسع في زراعة القمح.

غابات الأمازون المطيرة: التربة المغذية تحت ضغط المناخ

على الرغم من أن غابات الأمازون تنمو في بعض من أكثر التربة فقراً في المغذيات على الأرض - أزهار النسيج وهشاشة التربة -

Permafrost and Peatlands: Carbon Stocks at Risk

وتحتوي مناطق البرموفر في ألاسكا، كندا، وسيبيريا على تربة مجمدة لمدة سنتين متتاليتين على الأقل، وتخزن هذه التربة كميات هائلة من الكربون العضوي تقدر بنحو 400 1 إلى 600 1 غيغاتون - تتراكم أكثر من المليون في ظروف باردة ومهووسة، وتتكون هذه التربة من مادة عضوية عالية المحتوى (30-80 في المائة في طبقة سطحية).

The Sahel: A Fragile Coupling of Soil and Climate

وتشهد منطقة الساحل في غرب أفريقيا، وهي منطقة انتقالية شبه قارة بين الصحراء والسفانا الرطبة، تقلبات كبيرة في معدلات سقوط الأمطار بين السنوات، وتعاني التربة من انخفاض في المحتوى العضوي المنخفض والتدهور الهضمي، وتعاني هذه التربة من انخفاض شديد في القدرة على تحمل المياه، مما يعني أن التخفيضات المتواضعة في سقوط الأمطار يمكن أن تؤدي إلى إجهاد الجفاف.

الآثار المترتبة على إدارة الزراعة والنظم الإيكولوجية

والتفاعل بين تكوين التربة وتقلب المناخ الإقليمي له عواقب مباشرة على إنتاج الأغذية والموارد المائية وخدمات النظم الإيكولوجية، وممارسات إدارة التربة التي تغير التكوين - نحو أفضل أو أسوأ - يمكن أن تكون عازلة أو تضخ مخاطر المناخ.

Building Soil Organic Matter as a Climate Adaptation Strategy

ويمكن أن تؤدي هذه الممارسات التي تزيد من المادة العضوية في التربة، مثل إضافة المكبّتات، وزراعة المحاصيل، واعتماد نظم لا تُحصى، وإدماج الماشية في القدرة على تحمل مياه التربة لأغراض التناوب، والاحتفاظ بالمغذيات، ومقاومة التحات، كما أن هذه المادة التي تزيد من خطر الجفاف، يمكن أن تؤدي إلى تحسين إنتاجية التربة غير القابلة للزراعة في جميع أنحاء العالم (مثلاً من 1 إلى 2)().

رسم خرائط التربة والزراعة الدقيقة

كما أن التقنيات الحديثة لرسم خرائط التربة، بما في ذلك رسم خرائط التربة الرقمية والاستشعار عن بعد، تتيح لمديري الأراضي فهم تركيب التربة في حل مرتفع، وهذه المعلومات تتيح الدقة في الممارسات الزراعية - مثل الري باستخدام التخصيب في أسعار متغيرة - التي تُفضي إلى استخدام المدخلات على أساس نوع التربة والظروف المناخية الراهنة، وفي المناطق التي تتسم بدرجة عالية من التباين في نص التربة، مثل الوديان الغرية، يمكن لنهج الدقة أن يقلل من استخدام المياه بنسبة تتراوح بين 15 و30 في المائة.

تخطيط السياسات واستخدام الأراضي

ونظراً إلى الأهمية العالمية للتفاعلات بين التربة وحيتها، فإن السياسات التي تحمي صحة التربة أصبحت أكثر اعترافاً كجزء من الاستراتيجيات الوطنية للتكيف مع المناخ والتخفيف من آثاره، إذ أن اللوائح التنظيمية للاتحاد الأوروبي بشأن استخدام الأراضي وتغيير استخدام الأراضي والحراجة تشمل حماية الكربون في التربة كعنصر رئيسي، وبالمثل، فإن مبادرة " 4 لكل 000 1 " ، التي أطلقت في مؤتمر القمة العالمي المعني بالمناخ لعام 2015، تهدف إلى زيادة مخزونات الكربون العضوية في التربة بنسبة 0.4 في المائة سنوياً لتعوضة.

السلف في مجال البحث والنمذجة

وبفضل الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل وشبكات المراقبة الأرضية، والتقدم المحسوب، يمكن للعلماء الآن أن يحسنوا قياس كمية وتنبؤات التفاعلات بين التربة وبقايا التربة، وتشمل هذه البيانات التي تقدمها وكالة الفضاء الأوروبية في مجال استعادة التربة، ودرجة حرجية التربة، ودرجة التحلل الحراري في التربة، ودرجة التحلل الحراري في التربة، ودرجة التحلل الحراري في التربة، ودرجة التحلل الحراري في التربة،

خاتمة

فالعلاقة بين تكوين التربة وتقلب المناخ الإقليمي علاقة عميقة ومتبادلة، فالسواء لا يخزن الكربون والمياه فحسب بل ينظم أيضاً درجة الحرارة ويؤثر على التهطال من خلال التغذية المرتدة التي يمكن أن تضخ أو تخفف من حدة المناخ، ومن شأن وجود التربة التي تغذيها الأمازون إلى مخازن الكربون المجمدة في القطب الشمالي، ومن الخصائص المحددة لتركيب التربة ونماذجها المعدنية والمحتويات العضوية، ومن حيث القدرة على التكيف.