10 دقیقه
مدل‌های جدید سامانه زمین نشان می‌دهند پاسخ سیاره به گرم‌شدن بلندمدت ممکن است فقط بازگشت آرام به تعادل از طریق فرسایش سنگها نباشد. پژوهشگران اکنون حلقه‌ای قدرتمند مبتنی بر اقیانوس—شامل ورود مواد مغذی، افزایش تولید زیستی، کاهش اکسیژن و دفن کربن—را پیشنهاد میکنند که میتواند بیش از حد به کاهش CO2 واکنش نشان دهد و در مقیاسهای زمینشناختی، به یک دوره طولانی سرد شدن یا حتی عصر یخبندان بینجامد.
یک نگاه سریع: از سنگها تا اقیانوسها
برای دهه‌ها فرسایش سیلیکاتی به‌عنوان ترموستات بلندمدتِ زمین در نظر گرفته می‌شد: باران CO2 جو را جذب کرده و با کانی‌های سیلیکاتی واکنش میدهد، کربن حل‌شده به اقیانوسها می‌رسد، در پوسته‌های صدفی و ریفی ذخیره و سپس در رسوبات دفن می‌شود. این بازخورد منفی—سریع‌تر شدن فرسایش در دماهای بالاتر—نسبتاً سطح دما را در سطح‌های میلیون‌ساله تثبیت میکند.
اما رکورد زمینشناختی نشان میدهد دوره‌های گستردهٔ یخبندان جهانی وجود داشته که فرسایش سیلیکاتی به‌تنهایی آنها را توضیح نمی‌دهد. مدل‌های جدید که دانشمندانی مانند دومینیک هولزه و تیموتی ریدگوِل ایجاد کرده‌اند، فرآیندهای اضافی اقیانوسی—بهویژه نقش فسفر و دیگر مواد مغذی—را وارد کرده و نشان می‌دهند زیست‌شیمی دریایی چگونه میتواند حذف کربن را تقویت و سردسازی را فراتر از آنچه فرسایش سنگها پیش‌بینی میکند، پیش ببرد.
چطور مواد مغذی، اکسیژن و دفن کربن با هم بازی میکنند
وقتی CO2 اتمسفری افزایش می‌یابد و آب‌وهوای کرهٔ زمین گرم می‌شود، فرسایش و روانآبها (runoff) مقدار بیشتری از مواد مغذی—بهویژه فسفر—را به اقیانوس می‌آورند. این مواد مغذی مانند کود عمل کرده و رشد فیتوپلانکتون‌ها و دیگر جلبک‌ها را تقویت میکند؛ پدیده‌ای که به آن پمپ زیستی گفته می‌شود: تولید اولیه افزایش می‌یابد، کربن آلی جذب نور تولید شده، فرو می‌ریزد و در نهایت در رسوبات دفن می‌شود.
نکتهٔ حیاتی که مدلها نشان می‌دهند یک اثر ثانویه قدرتمند است. افزایشِ خروجی مواد آلی به آبهای زیرسطح و رسوبات، تنفس میکروبی را بالا می‌برد و اکسیژن را در آبهای زیرسطح کاهش میدهد. کاهش اکسیژن در دریاها باعث می‌شود فسفر موجود در رسوبات دوباره به آب آزاد شود؛ این فسفر بازیافت‌شده غذای بیشتری برای تولید زیستی فراهم میکند. حلقهٔ بازخوردی مثبت شکل می‌گیرد: فسفر بیشتر → جلبک بیشتر → کاهش اکسیژن → بازیافت فسفر بیشتر.
اگر این فرآیند در طول صدها هزار تا میلیونها سال ادامه یابد، میتواند دفن کربن در بستر دریا را به‌صورت معنی‌داری افزایش دهد و سطح CO2 اتمسفری را پایین‌تر از آنچه فرسایش سنگها تنها میتواند انجام دهد، ببرد. مدل سامانهٔ زمینِ هولزه، ریدگوِل و همکاران نشان میدهد این «پاسخ بیش از حد» ممکن است در برخی سناریوها سرمایش زیادی تولید کند که به آغاز یخبندان بینجامد.
یک تصویر فنی‌تر از مدل
پژوهشگران از مدل‌هایی استفاده کرده‌اند که چرخهٔ فسفر رسوبی را صریحاً به اکسیژن اقیانوسی و مخازن کربن جهانی متصل میکنند. به عبارت دیگر، مدلها نه تنها جریان‌های کربن را دنبال میکنند، بلکه فرآیندهای رسوبی، بازیافت فسفر در شرایط دگرگونی اکسیژن و تغییرات تولید اولیه را هم شبیه‌سازی میکنند. وقتی این تعاملات تغذیه‌ای-اکسیژنی افزوده میشوند، سامانهٔ اقلیمی دیگر همیشه به شکل صاف و آرام به حالت پیشین بازنمی‌گردد؛ گاهی سامانه تا حدی «بیش‌برمی‌گردد» که منجر به سرمایش قابل‌توجهی می‌شود.
به چه دلیل این یافته‌ها با رکوردهای زمین‌شناسی همخوانی دارد؟
سابقهٔ زمین‌شناسی نشان میدهد در دوره‌هایی از تاریخ زمین، اکسیژن جو پایین‌تر بوده و اقیانوسها بیشتر مستعد کماکسیژنی (hypoxia/anoxia) بوده‌اند. در چنین شرایطی، بازیافت فسفر از رسوبات آسان‌تر است و حلقهٔ بازخوردِ توصیف‌شده قدرت بیشتری می‌گیرد. این میتواند یکی از راه‌هایی باشد که توضیح دهد چرا برخی از یخ‌بندان‌های عمیق و تقریباً جهانی در گذشته رخ داده‌اند، در حالی که صرفاً حساب‌وکتاب فرسایش سیلیکاتی نمی‌تواند شدت و سرعت آنها را تبیین کند.
به‌طور خلاصه، هنگامی که اکسیژن کم باشد، اقیانوسها مستعد «سریع‌تر و قوی‌تر» کندن CO2 از جو به‌وسیلهٔ پمپ زیستی و دفن میشوند و این کار میتواند در مقیاسهای زمانی زمینشناختی باعث بازخورد سردشوندهٔ پایداری گردد.
موارد کلیدیِ مکانیکی
- ورودی بالاتر فسفر از خشکی‌ها پس از گرم‌شدن اولیه و افزایش فرسایش.
- افزایش تولید اولیه (فیتوپلانکتون‌ها) و تقویت پمپ زیستی.
- کاهش اکسیژن در آبهای زیرسطح و رسوبات که بازیافت فسفر را تسهیل میکند.
- افزایش دفن کربن آلی در بستر که CO2 اتمسفری را کم میکند.
- در شرایط خاص، این فرآیند میتواند بیش از حدِ لازم عمل کند و به سرمایش بلندمدت منجر شود.
پیشرفت‌های مدلسازی و اهمیت آنها
دلیل اصلی تفاوت نتایج جدید با مدل‌های قدیمی، افزودن فرایندهای رسوبی و چرخهٔ فسفر به‌همراه دینامیک اکسیژن است. مدل‌های پیشین که این تعاملات را نداشتند، قادر به بازتولید یخ‌بندان‌های شدید ثبت‌شده در برخی لایه‌های زمین‌شناسی نبودند. در مدل‌های جدید، coupling صریحِ بین رسوبات، فسفر و اکسیژن باعث می‌شود واکنش سامانهٔ زمین نسبت به اختلالات—مثل افزایش CO2—بسیار پیچیده‌تر و چندوجهی شود.
این پیشرفت‌ها نشان میدهد برای پیش‌بینی‌های قابل‌اطمینانِ بلندمدت باید زیست‌شیمی دریا و فرآیندهای رسوبی را جدی گرفت؛ نه فقط کربن جوی و فرسایش خاک. به عبارت دیگر، اقیانوسها نه تنها مخزن عظیمی برای گرما و CO2 هستند، بلکه متکی به ترکیبی از واکنش‌های شیمیایی و زیستی‌اند که میتوانند مسیر اقلیم را به‌طور بنیادین تغییر دهند.
یادآوریِ مهم دربارهٔ زمانبندی: آهسته، نه سریع
یکی از پیام‌های روشن پژوهشگران این است که حتی اگر حلقه‌های بازخوردی اقیانوسی بتوانند در نهایت CO2 را به‌طور محسوسی کاهش دهند، زمانبندی این فرآیندها بسیار طولانی است—صدها هزار تا میلیونها سال. بنابراین، این مکانیسم‌ها هیچ جایگزینی برای تلاش‌های فوری کاهش انتشار گازهای گلخانهای توسط انسان ارائه نمی‌دهند. اتکا به بازخوردهای آرام زمینشناختی برای «نجات» جو در بازهٔ زمانیِ قابل‌قبول برای جوامع بشری، غیرقابل‌اطمینان و خطرناک است.
همچنین باید توجه داشت که سطح فعلی اکسیژن اتمسفری و ساختار زمینشناختی امروز با دوره‌های گذشته تفاوت دارد؛ اکسیژن اتمسفری کنونی در بیشتر بازه‌های زمینشناختی اخیر بالاتر بوده که به تضعیف بازخورد بازیافت فسفر کمک میکند. بنابراین احتمال فعال‌شدن کامل این حلقه‌ها در آیندهٔ نزدیک از منظر زمانی بسیار کم است، گرچه برای مقیاسهای زمانی زمینشناختی ممکن است معنادار باشد.
دربارهٔ پیامدها: گذشته، حال و آینده
دو برداشت مرتبط از این مطالعه قابل توجه‌اند. اول آنکه بعضی از یخ‌بندان‌های عظیمِ زمین ممکن است به‌دلیل تقویت همین بازخوردهای اقیانوسی رخ داده باشند؛ بهویژه وقتی اکسیژن جو پایین‌تر بوده است. دوم اینکه انتشار انسانی CO2 میتواند—نظریه‌پردازی کند—در بازه‌های زمانی بسیار طولانی، بازخوردهایی را فعال کند که بخشی از کربن را در رسوبات دفن نماید و به کاهش دما منجر شود. اما این سناریوها پر از «اگر» و «اما» هستند و بر فرضیات پیچیده‌ای دربارهٔ میزان بازیافت فسفر، باکتری‌های بی‌هوازی، رسوب‌گذاری و دیگر عوامل استوارند.
به‌علاوه، حتی اگر این حلقه‌ها در نهایت به سرمایش منجر شوند، نوسانات اقلیمی و زیست‌محیطی که در مسیر رخ میدهد میتواند پیامدهای بسیار سختی برای اکوسیستم‌ها و جوامع بشری داشته باشد؛ از جمله تغییر در الگوهای دریایی، کاهش صید و تغییر در زنجیرهٔ غذایی دریایی، و پیامدهای ناشناخته برای آب و هوا در بازه‌های زمانی کوتاه‌تر.
چطور این یافته‌ها میتوانند به سیاست و پژوهش کمک کنند؟
- نیاز به مدل‌هایی با جزئیات زیستی-شیمیایی بیشتر برای پیش‌بینی بلندمدتِ اقلیم.
- اهمیت پایشِ اکسیژن اقیانوسها و چرخهٔ فسفر به‌عنوان شاخص‌هایی برای تغییرات بلندمدت.
- شناخت بهتر از شرایطی که میتوانند حلقه‌های بازخوردی قوی را فعال کنند، به دانشمندان کمک میکند سناریوهای محتمل‌تر را اولویت‌بندی کنند.
- تأکید مجدد بر این نکته که کاهش فوری انتشار، تنها راه‌حل قابل‌اعتماد برای جلوگیری از پیامدهای نزدیک‌مدت تغییر اقلیم است.
دیدگاه کارشناسی
«این مدلها نشان می‌دهند که شیمی اقیانوس و اقلیم تا چه حد به هم وابسته‌اند»، میگوید دکتر کارن لوپز، دانشمند سامانه‌های اقلیمی. «این یک یادآوری است که مخازن کربن روی زمین در بازه‌های زمانی مختلف عمل میکنند و کماکسیژنی دریاها میتواند بودجهٔ مواد مغذی و مسیر بازیابی اقلیم را تغییر دهد.»
همچنین از منظر روش‌شناختی، کار هولزه و ریدگوِل نمونهٔ روشنی از چگونگی افزودن فرآیندهای زیستی-ژئوشیمیایی به مدل‌های سامانهٔ زمین است؛ چیزی که میتواند به درک بهتر حساسیت اقلیمی کمک کند و شکاف‌های بین ثبت‌های زمین‌شناسی و پیش‌بینی‌های مدلسازی را پر کند.
سؤالاتِ باز و مسیر پژوهشی آینده
پژوهشگران حالا با مجموعه‌ای از پرسش‌های مهم روبه‌رو هستند: در چه شرایطی حلقه‌های بازخوردی اقیانوسی فعال‌تر میشوند؟ نقش گونه‌های میکروبی و فرآیندهای بی‌هوازی در بازیافت فسفر چقدر تعیین‌کننده است؟ چگونه تغییرات منطقه‌ای در فرسایش و کاربری زمین میتواند ورودی فسفر را تغییر دهد؟ پاسخ به این سؤالات نیازمند داده‌های میدان بهتر، آزمایشگاه‌های کنترل‌شده و مدل‌سازیِ با وضوحِ بالاتر است.
پایش بلندمدتِ شاخص‌هایی مانند اکسیژن آبهای میانی، غلظت فسفر بازیافت‌شده، نرخ‌های تولید اولیه و نرخ‌های دفن رسوبی میتواند کلید فهم چگونگی و زمانبندی این فرآیندها باشد.
در نهایت، این پژوهش به ما نشان میدهد که زمینِ زنده و پویا است: سیستم‌های خاک، آب و زیست‌توده در تعامل پیچیده‌ای قرار دارند که میتواند واکنش‌های غیرخطی و گاه شگفت‌انگیزی ایجاد کند. شناخت بهتر این تعاملات به ما کمک میکند نه فقط گذشتهٔ کرهٔ زمین را بهتر بخوانیم، بلکه روایتی دقیق‌تر از گزینه‌های احتمالی آینده پیش روی خود داشته باشیم.
با وجود تمام فرض‌ها و محدودیت‌ها، یک پیام واضح باقی می‌ماند: امید به بازخوردهای زمینشناختی برای حل بحران اقلیم در بازهٔ زمانی که برای بشر و اکوسیستم‌ها اهمیت دارد، جایگزین تلاش‌های فوری کاهش انتشار نخواهد شد. پژوهش‌های فعلی مسیرهایی برای درک بلندمدت فراهم میکنند، اما مسئولیتِ مدیریتِ کوتاه‌مدت و میان‌مدتِ اقلیم همچنان در دستان سیاستگذاران، صنعت و جامعهٔ جهانی است.
منبع: scitechdaily
ارسال نظر