Understanding Climate Feedback Loops

إن حلقات التغذية المرتدة في مجال المناخ هي من بين أقوى القوى التي كثيراً ما تكون غير مُقدرة على نحو كافٍ لتشكيل مسار تغير المناخ العالمي، وهذه الدورات التي تعزز نفسها أو تُحدث حداً ذاتياً في النظم المترابطة للأرض، يمكن أن تعجل دفء الأرض أو تساعد على استقرار الكوكب، ولكي نستوعب النطاق الكامل لأزمة المناخ، وأن نبني استراتيجيات فعالة للتخفيف من آثار تغير المناخ، يجب أن ندرس هذه المادة بعمق، آليات استكشافية، شاملة وتقنية.

ما هو "الثقوب المناخية"؟

وفي أبسط هذه الدورة، فإن حلقة التغذية المرتدة في المناخ هي عملية يؤدي فيها تغير أولي في نظام المناخ إلى إحداث أثر ثانوي إما أن يُحدث (التغذية الافتراضية) أو يقلل من التغير الأصلي (التغذية الرجعية السلبية) وخلافاً لما يُجبر على نحو مباشر مثل زيادة تركيزات غازات الدفيئة من النشاط البشري، فإن التعليقات هي ردود تعمل داخل النظام نفسه، ويمكن أن تحول الاضطرابات الصغيرة إلى تحول كبير أو إلى نظام ضد التغير السريع.

وتأتي آثار الارتداد في كل عنصر رئيسي من عناصر النظام المناخي: الغلاف الجوي والمحيطات والغلاف الجوي والمحيط الحيوي وسطح الأرض، وفهمها أمر أساسي لأنها تحدد حساسية مناخ الأرض إزاء ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون وغيرها من الإكراهات، وقد لاحظ الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ باستمرار أن عمليات التغذية هي أكبر مصدر لعدم اليقين في التوقعات المناخية.

التعبئة الإيجابية: التغيير المضاعف

وتعجل حلقات التغذية الإيجابية اتجاهاً أولياً للاحترار، يؤدي في كثير من الأحيان إلى تغيرات غير خطية، ولئن كانت كلمة " مفترضة " قد تكون مفيدة، فإنها تشير في علم المناخ إلى تضخيمها، وتكون العواقب في العادة خطرة.

القطب الشمالي الجليدي فيضباك البحر

وربما كانت أكثر المعلومات إيجابية شيوعا هي حلقة البيردو الجليدية، والجليد البحري مظهر إلى حد كبير، حيث يعيد معظم الإشعاع الشمسي القادم إلى الفضاء، حيث أن حرارة القطب الشمالي، والثلج، وكشف مياه المحيطات المظلمة، حيث أن متوسط سرعة سعة الجليد في المحيط المتجمد الشمالي يستوعب 90 في المائة من الطاقة الشمسية القادمة، ويزيد التدفئة ويعجل بازدياد الجليد.

بالإضافة إلى آثار الاحترار الفوري، فإن فقدان الجليد البحري يؤثر على الديناميات البحرية وديناميات الغلاف الجوي، على سبيل المثال، فإن انخفاض الغطاء الجليدي البحري يغير مسار تيار الطائرات، مما يؤدي إلى موجات حرارية طويلة وتعويض باردة، بالإضافة إلى أن انخفاض الغطاء الجليدي يزيد من تآكل السواحل ويهدد النظم الإيكولوجية في القطب الشمالي التي تعتمد على الموائل الجليدية، كما أن سرعة فقدان الجليد في القطب الشمالي علامة إنذار واضحة للتأثير القوي لآليات الإيجابية للتغذية.

Permafrost Carbon Feedback

وترتكز الأرض المتجمدة كل سنة على نحو ٢٤ في المائة من مساحة الأرض في نصف الكرة الشمالي على كميات كبيرة من الكربون العضوي، أي ضعف الكمية الموجودة حالياً في الغلاف الجوي، وعندما تُنتج الثروات المحمصة نتيجة للاحترار، تزيل غازات الدفيئة تلك المادة العضوية، وتطلق ثاني أكسيد الكربون والميثان، وهو غاز ملوث يُطلق عليه ثاني أكسيد الكربون في كل قرن من الزمان، ويزيد من احتمالات الاحترار العالمي)٢(.

وقدرت دراسة أجريت في عام 2022 في Nature Climate Change] أن من الممكن أن يفرج عن مشارف مفجع من نوعه عن 60 إلى 100 بليون طن من الكربون بحلول عام 2300 إذا استمرت اتجاهات الاحترار الحالية، وعلاوة على ذلك، قد تتعرض بعض المناطق لعمليات مناظرة مفاجئة مثل تشكيل الخراب، حيث يؤدي انهيار الأرض إلى تسريع إطلاق الكربون.

ماء - رنين ماء

وبقايا المياه هي أكثر غازات الدفيئة وفرة، ولكنها تمثل في المقام الأول تعليقات بدلا من إجبارا مباشرا، فمع دفء الجو، تزداد قدرتها على احتواء بخار المياه بنسبة 7 في المائة في كل درجة من درجات الحرارة، وفقا لعلاقة كلوزيوس - كلابيرون، ويزيد من المصائد التي تضخ فيها كميات إضافية من الإشعاعات الطويلة، مما يفاقم الازدراء الأولي من ثاني أكسيد الكربون.

وتؤكد البيانات الساتلية وقياسات الصوت الإشعاعي أن الرطوبة المحددة في التروبوسفير قد زادت بما يتماشى مع ارتفاع درجة حرارة السطح على مدى العقود الأخيرة، كما أن هذه التغذية المرتدة تؤثر على أنماط التكوين السحابي ونظم التهطال، التي قد تؤثر على تقلبات المناخ الإقليمية وأنماط الطقس القصوى.

آثار السحب السحابي

إن الأنهار تمثل واحدة من أكثر التعقيبات المناخية تعقيداً وثباتاً لأن آثارها تختلف من حيث النوع والارتفاع والموقع، وينتشر سحابات الإجهاد السميكة المنخفضة إلى الضوء الشمسي، مما يبرد سطح الأرض، وعلى العكس من ذلك، فإن السحب من السحب من السحب من الصخور التي تُخرج من الإشعاع الممتد على الموجات الطويلة، مما يدفئ السطح.

ومع دفء المناخ، فإن التغيرات في الغطاء السحابي والارتفاع والخصائص الفيزيائية المجهرية يمكن أن تضخم أو تخفض درجة الحرارة، فمعظم نماذج المناخ تحاكي تغذية سحابية إيجابية صافية، مما يشير إلى أن التغيرات السحابية تضيف عموما إلى الاحترار، غير أن هذه التغذية المرتدة لا تزال أكبر مصدر لعدم اليقين في تقديرات الحساسية المناخية المتوازنة، حيث أن حتى التباينات الصغيرة في السلوك السحابي يمكن أن تسبب اختلافات الكبيرة في نماذج الاحترار المسقطة.

حرائق الغابات والنباتات التغذوية

وتُستخدم الغابات كمستودعات كربونية حرجة، وتخزن كميات كبيرة من الكربون في الكتلة الأحيائية والتربة، غير أن الإجهاد الذي يُسببه المناخ مثل الجفاف، والموجات الحرارية، وتفشي الحشرات، والنشاط البشري يزيد من تواتر وشدة حرائق الغابات على الصعيد العالمي، كما أن إطلاق النار يخزن الكربون مباشرة في الغلاف الجوي ويقلل من الغطاء النباتي المتاح لعزل ثاني أكسيد الكربون، مما يؤدي إلى حدوث حلقة إيجابية في التغذية المرتدة: إطلاق النار

وتعاني الغابات الأمازونية المطيرة من الضعف بوجه خاص، حيث إن إزالة الغابات، إلى جانب تغير المناخ، تدفع النظام الإيكولوجي إلى نقطة تضخيم، حيث يمكن أن يحدث انتقال إلى ظروف شبيهة بالسفانا، مما سيطلق بلايين من الأطنان من الكربون ويقلل من القدرة العالمية على عزل الكربون، وبالمثل، فإن الغابات المزروعة في أمريكا الشمالية وسيبيريا تشهد حرائق أكثر تواتراً وشدة، وتفشي الحشرات، ووفيات الأشجار، تؤدي إلى زيادة تفاقم انبعاثات الكربون.

القوات المستقرة

إن حلقات التغذية العكسية السلبية تجابه تغيرا أوليا، وتعزز الاستقرار، وقد ساعدت على الحفاظ على مناخ الأرض في حدود قابلة للسكن لمليارات السنين، رغم التباينات في الناتج الشمسي والنشاط البركاني، غير أن العديد من التعليقات السلبية تعمل على النطاقات الزمنية بطيئة للغاية لتعويض الاحترار السريع الذي يدفعه الإنسان حاليا.

ثاني أكسيد الكربون

ويمكن أن يؤدي ارتفاع ثاني أكسيد الكربون الجوي إلى تعزيز تركيب الصور في العديد من النباتات، وهي ظاهرة معروفة باسم تخصيب ثاني أكسيد الكربون، ويؤدي ارتفاع معدلات الصنع الضوئي إلى زيادة نمو النباتات، مما يعزل الكربون عن الغلاف الجوي ويقابل جزئيا الانبعاثات.() وتكشف عمليات الرصد بواسطة السواتل على مدى العقود الأربعة الماضية عن اتجاه عالمي " الفرز " ، ولا سيما في المناطق القاحلة وفي المناطق الشمالية حيث زادت عمليات تخصيب ثاني أكسيد الكربون وزادت المواسم النمو.

وعلى الرغم من ذلك، فإن تأثير تخصيب ثاني أكسيد الكربون له حدود، ولا سيما ندرة النيتروجين والفوسفوري في المياه، وتزايد درجات الحرارة التي تحد من نمو النباتات، وبالإضافة إلى ذلك، فإن الاحترار يعجل بتنشوؤ التربة، ويطلق كربون التربة المخزن إلى الغلاف الجوي، وتشير دراسة أجريت في عام 2016 في Nature Climate Change إلى أن هناك آثاراً مؤثرة في التخصيبة.

امتصاص الكربون في المحيطات

فالمحيطات هي أكبر مصارف الكربون النشطة في الأرض، حيث تستوعب نحو 30 في المائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية المنشأ سنوياً، وتذوب ثاني أكسيد الكربون بسهولة أكبر في المياه الباردة العميقة، والعمليات البيولوجية مثل تلفين الفولطون الضوئي تسهم في تصدير الكربون إلى أعماق المحيطات، مما يعزله فعلياً لقرون إلى آلاف السنين.

وهذا يمثل تعقيبا سلبيا تقليديا: يؤدي ارتفاع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى زيادة تدني التركيز بين سطح الغلاف الجوي والمحيطات، وتعزيز امتصاص الكربون، غير أن هذه التغذية المرتدة آخذة في الضعاف، وتعاني المياه السطحية المطيرة من نقص في تحلل ثاني أكسيد الكربون، وزيادة الحد من المغذيات، والحد من إنتاجية الفيتو بلانيتوكتون، علاوة على أن تحمض المحيطات - النتيجة المباشرة لاستيعاب ثاني أكسيد الكربون -

الاشعاع السود (Planck Feedback)

ووفقا لقانون ستيفان - بولتزمان، فإن الجسم الأكثر دفئا يشع طاقة أكبر، فمع ارتفاع درجة حرارة سطح الأرض، يُنتج عنه زيادة الإشعاع تحت الحمراء إلى الفضاء، مما يبهر الكوكب، وهذه التغذية السلبية الأساسية، المعروفة بتعليقات بلانك، تعمل كجهاز حراري رئيسي يحد من ارتفاع درجة حرارة الأرض.

غير أن غازات الدفيئة تخترق الإشعاعات التي تُنطلق، وتخفض من كفاءة هذه التغذية المرتدة، وفي حين أن ردود الفعل الواردة من بلانك لا تزال أقوى وأحسن التغذية السلبية في نماذج المناخ، فإن هذه التغذية المرتدة تحجبها ردود الفعل الإيجابية في مسار الاحترار الحالي، وبالتالي، فإنها تبطئ ولكنها لا توقف الزيادات في درجات الحرارة العالمية في ظل استمرار الانبعاثات.

Weathering Feedback (Long-Term)

وفي الوقت الجيولوجي الذي يمتد لملايين السنين، تؤدي التغذية المرتدة في مجال الطقس دورا حاسما في تنظيم مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي واستقرار المناخ، وفي دفء المناخ، تتسارع سرعة الطقس الكيميائي للصخور المهددة، واستهلاك ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، وإيداعه كمعادن كربونية في المحيطات، مما يؤدي إلى استقرار مناخ الأرض على مراحيضها عن طريق إزالة ثاني أكسيد الكربون تدريجيا.

غير أن هذه التغذية المرتدة تعمل على نطاق زمني بطيء للغاية للتصدي للانبعاثات البشرية المنشأ السريعة التي تؤدي إلى تغير المناخ الحالي، وسيستغرق ذلك مئات الآلاف إلى ملايين السنين من أجل عمليات الطقس لتخفيض كبير في ثاني أكسيد الكربون الفائض في الوقت الحاضر.

التفاعلات بين قوالب التغذية

ونادرا ما تعمل التغذية المرتدة في مجال المناخ بمعزل عن بعضها البعض؛ بل إنها تتفاعل بطرق معقدة وغير خطية في كثير من الأحيان، ويمكن أن تضاعف هذه التفاعلات أو تخفف من حدة الاستجابات المناخية وتخلق آثاراً مسببة للسخرة قد تدفع النظام المناخي نحو نقاط الانطلاق - التي تتعرض لها تغيرات تصبح مكتفية ذاتياً ولا رجعة فيها إلى حد كبير.

وعلى سبيل المثال، فإن إنصهار الجليد البحري في القطب الشمالي يقلل من الطلاء السطحي، ويعجل بالاحترار الإقليمي، وهذا الاحترار لا يزيد من الحد من الغطاء الجليدي فحسب، بل يؤدي أيضاً إلى تذبذب الأرض المتاخمة، ويطلق الميثان وثاني أكسيد الكربون، وتغذية إيجابية مؤثرة، ويزيد من بخار الماء في الغلاف الجوي من التدفؤ في التكوين السحابي، مما يمكن أن يزيد من أو يزيد من احتمالات الدفء المعتدلة حسب نوعها.

وقد حدد العلماء عدة عناصر محتملة للضغط على المضرب مع ردود فعل إيجابية قوية، منها ما يلي:

  • Greenland Ice Sheet Collapse:] Accelerated melting could irreversibly raise sea levels by several meters.
  • Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) slowdown:] Disruption in ocean circulation could alter global climate patterns drastically.
  • Amazon Rainforest Dieback:] Transition from rainforest to savanna would release massive carbon stores.
  • West Antarctic Ice Sheet Melt:] Potential to raise sea levels significantly over century.

ويتضمن كل عنصر من عناصر التنصت حلقات التغذية المرتدة التي قد تكون، بمجرد البدء، صعبة أو مستحيلة التراجع عن الجداول الزمنية للبشر.

لماذا فيدباك لووبز ماتر لنموذج المناخ

والتمثيل الدقيق لثغرات التغذية المرتدة هو أكبر عامل وحيد هو القدرة على الاعتماد على نموذج المناخ، إذ إن حساسية المناخ المتوازنة - الاحترار الطويل الأجل المتوقع من مضاعفة ثاني أكسيد الكربون - يعتمد كليا تقريبا على الأثر التراكمي للتغذية المرتدة، ويقدّر آخر تقرير التقييم السادس للفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ مدى احتمال أن يتراوح بين 2.5 و4 درجات مئوية، مع انتشار النماذج أساساً.

فالنموذجات التي لا تتضمن على نحو كاف تغذية مرتدة للكربون المشبع بالفلور، على سبيل المثال، تميل إلى التقليل من شأن الاحترار في المستقبل وسرعة التغير، ولا يزال تحسين البارامترات المرتدة يمثل أولوية عليا في البحوث بالنسبة للمؤسسات المناخية الرائدة مثل مختبر الديناميكية الجيوفيزيائية التابع للرابطة، ومركز هادلي التابع لمكتب المملكة المتحدة للمعدات، ومعهد غودارد للدراسات الفضائية التابع لوكالة ناسا.

وقد تبينت ملاحظات العالم الحقيقي بالفعل أن بعض التعليقات قد تكون أقوى وأسرع مما كان مفترضاً سابقاً، وقد أدى تحليل عام 2023 المنشور في ] العلم إلى أن اختلال التوازن الفعلي في الطاقة في الأرض - الفرق بين الطاقة الشمسية الجديدة وبين ما ينجم عنها من إشعاعات أقل سرعة من معظم التوقعات النموذجية، وهذا يعني أن المناخ بالنسبة إلى نماذج التكيف تكون أقل تقديراً من حيث التأثيرات الإيجابية.

الآثار المترتبة على السياسات والتخفيف

إن فهم ديناميات حلقات التغذية المرتدة المناخية يؤكد الحاجة الملحة إلى إجراء تخفيضات فورية وعميقة ومستدامة في الانبعاثات، ونظراً لأن التغذية الإيجابية المرتدة تتسارع في الاحترار، فإن كل طن من ثاني أكسيد الكربون المنبعث اليوم يُلزم الأرض بزيادة تكبير الاحترار، ويتيح تأخير العمل تقلص الجليد القطبي الشمالي بدرجة أكبر، وضخامة إلى التكاثر، وحرق الغابات بصورة أكثر تواتراً في كل مرة تُطلق المزيد من الكربون وتزيد من الاحترار العالم.

وعلى العكس من ذلك، فإن حماية واستعادة مصارف الكربون الطبيعية - مثل الغابات والأراضي الخبيثة والغابات - يمكن أن يعززا التغذية المرتدة السلبية، ولا يقتصر نشاط إعادة التحريج والتحريج على استخدام مصارف الكربون فحسب، بل يؤثران أيضاً على الطلاء المحلي، والتبخير، والميكروبات، مما يوفر ردود فعل إضافية على التبريد، وعلى سبيل المثال، فإن إعادة زراعة المانغروف تحمي المناطق الساحلية من التآكل والعواصف في الوقت الذي ته الكربون بكفاءة.

ويجب أن تنظر الأطر السياساتية صراحة في مخاطر عبور نقاط التصفير، ويأخذ مفهوم " الحساسية المناخية " بمعنى جديد عندما يمكن لدوائر التغذية الارتجاعية أن تدفع نظام المناخ إلى دول مختلفة نوعيا، ويعترف برنامج الاتحاد الأوروبي المتعلق بالمناخ وقانون خفض التضخم في الولايات المتحدة بالمخاطر ذات الصلة، ويعطي الأولوية للاستثمارات في تكنولوجيات القدرة على التكيف وإزالة الكربون، غير أن المساهمات المحددة وطنياً الحالية لا تزال تقلل من حلقة الطموح المطلوبة.

وتتطلب معالجة حلقات التغذية المرتدة إدماج تعزيز علوم المناخ في السياسات، وتحسين نظم الإنذار المبكر لنقاط الضبط، والاستثمار في الحلول القائمة على الطبيعة والتكنولوجية لتغذية مؤثرة بطيئة أو عكسية، وسيكون التعاون الدولي والتمويل المستدام للبحوث المناخية حاسما في تحسين فهمنا واستراتيجياتنا للاستجابة.

خاتمة

إن حلقات التغذية المرتدة المناخية ليست فضولية مُتَبَتة، بل هي عوامل رئيسية لسير المناخ في الأرض، ويمكن أن تُضخم الاحترار الذي يتسبب فيه الإنسان، مما قد يؤدي إلى تغييرات سريعة لا رجعة فيها، أو يمكن أن يعملوا كقوات مُثبطة لتهدئة الآثار المناخية، والتوازن الدقيق بين الآراء الإيجابية والسلبية يحدد حساسية نظام الأرض وقدرته على التكيف.

وتتوقف الإجراءات الفعالة في مجال المناخ على فهم عميق لآليات التغذية المرتدة هذه، وتفاعلاتها، وتمثيلها في نماذج المناخ، حيث أن بعض التعليقات قد تكون أقوى وأسرع مما كان متوقعا، فإن نافذة تجنب نقاط الاندفاع المناخي الخطيرة تضيق، كما أن خفض الانبعاثات على نحو عاجل، وحماية النظم الإيكولوجية، والاستثمار في علوم المناخ أمور أساسية لتطهير هذا النظام المعقد والحفاظ على مستقبل الكوكب.