دراسة دور نظم المياه العذبة في تنظيم المناخ

إن نظم المياه العذبة - بما فيها الأنهار والبحيرات والأراضي الرطبة ومستودعات المياه الجوفية - هي من أقوى شبكات الأرض، ولكنها كثيرا ما تتجاهل، وتنظم المناخ، وتخزن كميات كبيرة من المياه، وحرارة الدورة، والرطوبة من خلال الغلاف الجوي، وكربون المسيل لعدة قرون، وتدرك كيف تعمل نظم المياه العذبة وكيف يجري تغييرها من خلال عالم دافئ، هي أمور أساسية لتحقيق فعالية السياسات، وإدارة النظام الإيكولوجي،

الدور الأساسي لنظم المياه العذبة في توازن الطاقة في الأرض

وعلى الرغم من أن النظم الإيكولوجية للمياه العذبة لا تغطي سوى نحو ٢,٥ في المائة من سطح الأرض، فإن تأثيرها على تدفقات الطاقة، ودورة المياه، وتركيزات غازات الدفيئة كبيرة بشكل غير متناسب، وقدرتها على تخزين المياه والحرارة ونقلها وإطلاقها تجعلها جزءا لا يتجزأ من تشكيل أنماط الطقس المحلية والديناميات المناخية العالمية على حد سواء، وهذه النظم تعمل كعناصر عازلة طبيعية، وتنظم درجات الحرارة القصوى، وتحافظ على الرطوبة الجوية، وتدوير عمليات استقرار الكربون في المناخ.

تخزين المياه والغطاء الحراري

فالبحيرات الكبيرة والمستودعات والمياه الجوفية تعمل كبطاريات حرارية بسبب ارتفاع القدرة الحرارية على المياه، وتستوعب المياه الطاقة الشمسية خلال فترات أدفأ وتطلقها ببطء عندما تنخفض درجات الحرارة، مما يُعتدي مناخ المناطق المتاخمة، ويقلل هذا العزل الحراري من درجات الحرارة الموسمية بعدة درجات مئوية، وهو أمر حاسم لحماية الزراعة والهياكل الأساسية والموائل الطبيعية من التقلبات الشديدة في درجات الحرارة.

ومن الأمثلة التي تُستدل منها جيداً البحيرات الكبرى في أمريكا الشمالية التي تولد ثلوجاً " أثراً كبيراً " ومناخ إقليمي معتدل، وتدعم مختلف النظم الإيكولوجية والمجتمعات البشرية، وبالمثل، فإن المياه الجوفية، وإن كانت أقل وضوحاً، تؤدي دوراً أساسياً في تثبيت درجات الحرارة عن طريق الحفاظ على تدفقات قاعدية في الأنهار، ولا سيما خلال المواسم الجافة، مما يقلل من أثر الجفاف والموجات الحرارية.

الإجلاء والانتعاش التصاعدي

إن عملية التبريد - عملية التحلل المختلط للمياه من السطح وتحولها من النباتات - هي آلية حرجة لتبريد الغلاف الجوي، وعندما يبخر الماء، فإنها تستهلك الحرارة المتوفقة من السطح وتبريد البيئة المحلية، وترتفع الهواء الناموس، وتتحول إلى غيوم، وتهيمن في أماكن أخرى، وتحافظ على دورات المياه الإقليمية.

وتشكل الأراضي الرطبة للمياه العذبة مراكز هامة جداً للتبخر، وتسهم التربة المشبعة والنباتات الوفيرة بشكل غير متناسب في الرطوبة المحلية وسقوط الأمطار، ومن ذلك مثلاً أن الأراضي الرطبة البانتانية في أمريكا الجنوبية تساعد على الحفاظ على أنماط التهطال الإقليمية، وعلى العكس من ذلك، فإن الأنشطة البشرية مثل إزالة الغابات، وتصريف الأراضي الرطبة، وتقليص موجة الأنهار تؤدي إلى الحد من موجة التها.

نظم المياه العذبة كسندات الكربون والمصادر

وفي حين أن الغابات معترف بها على نطاق واسع بوصفها مصارف كربونية رئيسية، فإن نظم المياه العذبة تؤدي أيضا دورا حاسما ومعقدا في دورة الكربون العالمية، فعلى سبيل المثال، تراكم المواد العضوية في التربة المولدة للمياه، والأوكسجين المنخفض، وتباطؤ التحلل، وتخزين الكربون في آلاف السنين، ولا تعد أراضي بيتات - نوع محدد من الأراضي الرطبة - متخفية إلا حوالي ٣ في المائة من سطح الأرض، ولكنها تخزن تقريبا واحدا.

كما أن هذه النظم ليست دائماً مصارف كربونية؛ ويمكن أن تصبح مصادر صافية لغازات الدفيئة في ظروف معينة، كما أن الاضطرابات مثل إطلاق الخيوط العتيقة الكربونية المخزنة في التربة المجمدة مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان وغازات الدفيئة السائلة، بالإضافة إلى أن هذه البحيرات التغذوية تؤدي إلى إنتاج ثاني أكسيد الكربون في المغذيات.

ويعد تحقيق التوازن بين أدوار عزل وانبعاثات نظم المياه العذبة أمراً أساسياً لدقة المحاسبة الكربونية والاستراتيجيات الفعالة للتخفيف من حدة المناخ.

“Freshwater ecosystems are not passive players in the climate system - they are active regulators. Their degradation can turn carbon sinks into carbon sources, accelerating climate change.” — Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate]

Mechanisms of Climate Regulation through the Hydrological Cycle

إن الدورة الهيدرولوجية هي العمود الفقري لنظام المناخ الأرضي، الذي يربط العمليات الجوية بالنظم الإيكولوجية الأرضية والمائية، ونظم المياه العذبة هي منتجات ومحركات لهذه الدورة، والتأثير على التهطال، وتكوين السحاب، وأنماط التداول في الغلاف الجوي.

إعادة التدوير

وتسهم أجسام المياه الداخلية، ولا سيما البحيرات الكبيرة وشبكات الأنهار الواسعة، إسهاما كبيرا في " إعادة التدوير التوقعي " ، وتشمل هذه العملية التهرب من الرطوبة من منطقة تعود إلى منطقة تساقط الأمطار في نفس المنطقة، وكثيرا ما تكون عدة مرات، ويجسد حوض الأمازون هذه الظاهرة، حيث يؤدي التهرب من الغابات المطيرة الكثيفة ونظم الأنهار إلى بلوغ نسبة 50 في المائة من هطول الإقليمي.

ومن شأن الاضطرابات التي تلحق بتدفقات المياه العذبة بسبب بناء السدود أو إزالة الغابات أو نضوب المياه الجوفية أن تكسر هذه الدورات، مما يؤدي إلى انخفاض سقوط الأمطار وزيادة الضغط الإيكولوجي، وتحافظ عمليات إعادة التدوير المسبق المماثلة على الأمطار الموسمية في حوض الكونغو وديلتا ميكونغ، مما يدعم سبل كسب عيش البلايين، ولذلك فإن حماية الربط بين المياه العذبة في هذه المناطق أمر حاسم للحفاظ على المناخ الإقليمي والأمن الغذائي.

Albedo and Surface Energy Balance

إن قياس التأمل السطحي هو عامل رئيسي في توازن الطاقة في الأرض، حيث إن سطح الماء عادة ما يكون له ألبيدو أقل من الأرض، ويمتص إشعاعا شمسيا أكثر ويدفئ السطح، غير أن التأثير المناخي لأجهزة المياه معقد ودينامي، ويزيد من التدفئة السطحية في المياه يكثف التبخر وتكوين الغيوم، مما يؤدي بدوره إلى زيادة الطلاء الإقليمي من خلال الغطاء السحابي، مما يب الغلاف الجوي.

ويزيد الجليد البحري والثلوج في البحيرات والأراضي الرطبة زيادة كبيرة من الطلاء بعكس ضوء الشمس، وتؤدي دورات التجميد في شبكات المياه العذبة، ولا سيما في المناطق المرتفعة الغطاء، دوراً حاسماً في تنظيم استيعاب الطاقة، ويقلل تغير المناخ من مدة الغطاء الجليدي ويقلل من علب الثلج، مما يؤدي إلى انخفاض الطلاء السطحي ويتسارع الاحترار في المناطق القطبية الشمالية والمناطق القطبية الفرعية - وهي حلقة إيجابية في التغذية العكسية.

المياه الجوفية وتدفقات القاعدة

وتعمل المياه الجوفية كمستودع طبيعي يحافظ على تدفقات قاعدية الأنهار خلال فترات الجفاف، ويحافظ على النظم الإيكولوجية المائية، ويدرج درجات الحرارة المحلية عن طريق التبخر المستمر، وتكفل تدفقات القاعدة المستقرة استمرارية الموئل بالنسبة للأسماك وغيرها من الكائنات الحية، وتساعد على تنظيم الميكروفونات المحلية.

غير أن الإفراط في استخراج المياه الجوفية لأغراض الري والصناعة والاستهلاك الحضري يقلل من جداول المياه، ويقلل من تصريف الأنهار، ويقلل من قدرة العزل الطبيعية هذه، وتشمل الآثار زيادة قابلية التعرض للجفاف وارتفاع درجات الحرارة المائية الضارة بالحياة المائية، وانخفاض قدرة تخزين مياه الفيضانات، مما يزيد من آثار أحداث التهطال الشديدة، وبالتالي فإن الإدارة المستدامة للمياه الجوفية، بما في ذلك إعادة شحن المياه الجوفية وإدارتها، والاستخلاص المنظم، ليست ضرورية فحسب.

Climate Change Impacts on Freshwater Systems: Feedback Loops and Tipping Points

ويسبب تغير المناخ الذي يصيب الإنسان في العالم ضغوطا غير مسبوقة على نظم المياه العذبة في العالم، إذ إن ارتفاع درجات الحرارة، والأنماط المهيأة المتغيرة، وتزايد تواتر وشدة الأحداث الجوية الشديدة، يثيران حلقات تفاعلية يمكن أن تعجل بالاحترار العالمي أو تزعزعزع استقرار المناخ الإقليمي.

Permafrost Thaw and Methane Release

مناطق بيرمفروست في القطب الشمالي ومستودعات القطب الشمالي بكميات كبيرة من الكربون العضوي المجمّد المتراكم على مدى آلاف السنين، ومع ارتفاع درجات الحرارة العالمية، وارتفاع منافذ البرموفوست، مما يؤدي إلى تكوين البحيرات الحرارية والأراضي الرطبة، فإن هذه الأجسام المائية هي بيئات منتجة للغاية تولد كميات كبيرة من الميثان، وهو غاز حراري يزيد بقوة عن ثاني أكسيد الكربون على مدى فترة 100 سنة.

ويقدر الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ أن التغذية المرتدة من الكربون في البرموفر يمكن أن تطلق ما بين 10 و100 غيغاتون من الكربون بحلول عام 2100، مما يعقّد كثيرا الجهود الرامية إلى الحد من الاحترار العالمي، ويحول هذا التحول نظم المياه العذبة في المناطق المحيطة من مصارف الكربون إلى مصادر صافية للكربون، مما يعجل بتغير المناخ في دورة تعزيز ذاتي.

Eutrophication and Greenhouse Gas Emissions

ويؤدي الاحترار بالمناخ إلى تفاقم التهاب النبات - النمو المفرط للطحالب والنباتات المائية بسبب إثراء المغذيات في البحيرات والمستودعات، ووتؤدي درجات الحرارة في الحرب إلى تعزيز البلوزات الفلزية واستنفاد الأكسجين في المياه السفلية، مما يخلق ظروفاً هباءية تزيد من انبعاثات أكسيد الميثان والنيتروز، وهما غازات الدفيئة القوية.

وقد أشارت دراسة أجريت في عام 2020 في Nature] إلى أن انبعاثات الميثان في المياه العذبة يمكن أن تضاعف بحلول نهاية القرن إذا استمرت الاتجاهات الحالية، كما أن التحلل من نوعية المياه، ويضر بالتنوع البيولوجي، ويقلل من الخدمات التي توفرها نظم المياه العذبة الصحية.

For more on the relationship between freshwater nutrient pollution and climate, explore the EPA’s research on nutrient pollution and climate change.

Altered Lake Stratification and Heat Storage

وتخضع البحيرات المعبدة عادة للخلط الموسمي، الذي يعيد توزيع الأوكسجين والمغذيات في جميع أنحاء عمود المياه، ويكثف تغير المناخ ويطيل التضخيم الحراري - حيث تظل طبقات المياه أخف فوق درجة التبريد، وتترك طبقات الكثافة إلى نضوب الأوكسجين الأعمق، وتعطل الدورات الكيميائية الأحيائية.

ويتيح التضخيم المطول للبحيرات تخزين المزيد من الحرارة لفترات طويلة، وتأخير التبريد الخريفي، وربما التأثير على أنماط الطقس المحلية، وفي الحالات القصوى، قد تصبح البحيرات مصادر صافية لثاني أكسيد الكربون بدلا من البواليع، وتخليص غازات الدفيئة المخزنة في الغلاف الجوي، وزيادة الإسهام في تغير المناخ.

ريفر Flow Regime Shifts

ويعتمد العديد من الأنهار الجبلية على المياه الجليدية لدعم التدفقات الصيفية، وتشهد مناطق مثل الهيمالايا والأنديز والآب معتكف كبير في الجليد، مما يزيد في البداية من سرعة الارتداد قبل أن يتسبب في انخفاض لا رجعة فيه في توافر المياه - وهي ظاهرة معروفة باسم " مياه الشرب " .

وهذا الانخفاض يهدد الري وتوليد الطاقة الكهرمائية وصحة النظام الإيكولوجي، كما أن انخفاض تدفقات الأنهار يحد أيضا من تفكك الملوثات ويزيد من درجات حرارة المياه، وكلتاهما يجهدان الحياة المائية ويعرضان أمن المياه للسكان البشريين للخطر.

Conservation and Management Strategies for Climate-Resilient Freshwater Systems

ويتطلب حماية وإعادة وظائف نظم المياه العذبة التي تنظم المناخ اتباع نهج متكامل يجمع بين الفهم العلمي، والابتكار في مجال السياسات، وإشراك المجتمعات المحلية.

حماية مستجمعات المياه وتخطيط استخدام الأراضي

إن الحفاظ على مستجمعات المياه غير السليمة أمر أساسي للحفاظ على خدمات النظم الإيكولوجية للمياه العذبة، فالنقاط الغابات، والحواجز المشاطئة، والفيضانات الطبيعية تعمل كجفاف متفجرة، وملوثات التصفير، وإعادة شحن طبقات المياه الجوفية، وتشمل التخطيط الفعال لاستخدام الأراضي حماية صارمة للمياه الرئيسية والأراضي الرطبة من خلال أنظمة تقسيم المناطق، وحيازة الأراضي، وتخفيف الحفظ.

وتشمل الإجراءات المتخذة على الأرض الحد من إزالة الغابات ومنع التجاوزات الحضرية في الفيضانات، وتشجيع ممارسات الحراجة الزراعية، ودعم الزراعة المستدامة في المصيد الحساس، وهذه التدابير لا تحمي مخزونات الكربون فحسب، بل تعزز أيضا الاستقرار الهيدرولوجي والقدرة على التكيف مع المناخ.

استعادة الأراضي الرطبة والخلق

إن إعادة الأراضي الرطبة أو المنزوعة هي استراتيجية فعالة للغاية لإعادة عزل الكربون وتحسين تنظيم المياه، فإعادة تسويق الأراضي الخبيثة مثلاً يمكن أن تقلل بشكل كبير من انبعاثات الكربون في غضون سنوات قليلة، وكثيراً ما تبطل الخسائر السابقة وتعيد هذه النظم الإيكولوجية إلى مصارف الكربون الصافية.

وتوفر الأراضي الرطبة المُصَمَّمة لمعالجة المياه المستعملة منافع إضافية عن طريق العمل كبواليع للكربون، وتحسين نوعية المياه، وتوفير الموائل للحياة البرية، وتكثيف الفيضانات، وتوفر مبادرات الصندوق العالمي لاسترداد الأراضي الرطبة ] إرشادات عملية تستند إلى العلم لهذه الجهود في جميع أنحاء العالم.

Climate-Adaptive Water Management

ويجب على مديري موارد المياه أن يخططوا لمجموعة أوسع من حالات عدم اليقين المناخي، وتشمل الاستراتيجيات التكيفية تحسين عمليات الخزان إلى نظم التدفق الطبيعي المصغرة، والاستثمار في البنية التحتية لإعادة تغذية المياه الجوفية، وتنفيذ حلول للهياكل الأساسية الخضراء مثل الحدائق المطرية، والأصفاد القابلة للطلاء، والزهور النباتية لاستخلاص مياه العواصف.

ويُعد نهج الإدارة المتكاملة لموارد المياه توازناً بين المطالب البشرية واحتياجات النظم الإيكولوجية، ففي حوض نهر كولورادو مثلاً، يؤدي مزيج من خفض الطلب، والمصارف المائية، ومخصصات التدفقات البيئية إلى تعزيز القدرة على مواجهة الجفاف مع حماية الموائل المائية وخدمات النظم الإيكولوجية.

الرعاية المجتمعية والتعليم

وكثيراً ما تكون المجتمعات المحلية، بما فيها المزارعون وصيادو الأسماك والشعوب الأصلية والمقيمون في المناطق الحضرية، أكثر الجهات فعالية في إدارة موارد المياه العذبة، والبرامج المشاركة التي تشرك هذه الجهات في رصد نوعية المياه، وإعادة بناء المناطق العازلة المشاطئة، وإصلاح الأراضي الرطبة، وبناء القدرة على التكيف على المدى الطويل وتعزيز الإدارة البيئية.

ويمكن لبرامج التعليم التي تسلط الضوء على الصلة الحيوية بين نظم المياه العذبة وتنظيم المناخ أن تمكن المجتمعات المحلية من الدعوة إلى وضع سياسات مستدامة، ويمكن أن يؤدي تعزيز مبادرات علوم المواطنين، والمجالس التي تُجمع فيها المياه، والزراعة الذكية المناخية إلى مضاعفة هذه الجهود، مما يخلق زخماً على مستوى القاعدة الشعبية لحفظ المياه العذبة.

وفي الختام، تشكل نظم المياه العذبة عناصر أساسية في آلية تنظيم المناخ في الأرض، حيث إن أدوارها المتعددة الأوجه في العزل الحراري، ودوران الرطوبة، وتخزين الكربون، واستقرار النظام الإيكولوجي تؤكد الحاجة الملحة إلى حماية هذه الأصول الطبيعية واستعادةها في عالم سريع التغير، وتستلزم معالجة التحديات المترابطة لتغير المناخ وتدهور المياه العذبة اتخاذ إجراءات منسقة على نطاق التخصصات العلمية ومستويات الحكم والمجتمعات المحلية، وذلك بالاستثمار في سلامة الأجيال الحالية من النظم الإيكولوجية للمياه العذبة ومرونتها.