خريطة متكاملة عن مصير مخزون ومستقبل الكربون في التربة وتاثيره على الاحتباس الحراري

تُعد تربة العالم أكبر مخزون نشط للكربون على سطح الأرض – حيث تزيد على ثلاث مرات على الأقل عن تلك الموجودة في الغابات والنباتات.

وفقًا لأحدث ميزانية للكربون العالمي، من المرجح أن يكون انبعاث 120 مليار طن إضافي من الكربون في الغلاف الجوي كافياً لدفع الاحترار العالمي إلى ما بعد 1.5 درجة مئوية.

هذا رقم ضئيل مقارنة بما يقدر بنحو 2000 إلى 4000 مليار طن من الكربون المخزن في التربة على مستوى العالم.

نتيجة هذا المخزن الكبير من الكربون، هي أنه إذا تم إطلاق جزء صغير في الغلاف الجوي، بسبب تغير المناخ، فقد يؤدي ذلك إلى ردود فعل مناخية إيجابية كبيرة، مما يتسبب في مزيد من الاحترار.

تتيح نماذج المناخ العالمي للعلماء توقع ما يمكن أن يحدث لكربون التربة في المستقبل مع ارتفاع درجة حرارة الأرض، فمع وجود العديد من العوامل التي تؤثر على كيفية اكتساب التربة للكربون وفقدانه، فهي صورة معقدة.

في دراسة جديدة نُشرت في Biogeosciences ، تم اختبار قدرة أحدث النماذج على تكرار ما نراه في الوقت الحاضر، يعطي هذا صورة عن مدى الثقة في توقعاتهم للمستقبل ويسلط الضوء على المجالات التي يمكن تحسين النماذج فيها.

تظهر النتائج أن النماذج تتحسن في محاكاة كمية الكربون التي تذهب إلى التربة، لكنها لا تزال بحاجة إلى تحسين في إعادة إنتاج الكمية المفقودة لأن الميكروبات في التربة تكسر الكربون وتطلقه في الغلاف الجوي.

سيكون المزيد من التقدم في النمذجة المستقبلية أمرًا حيويًا للنجاح في التنبؤ بكيفية تأثر الكربون في التربة بالاحترار وما إذا كان سيساعد – أو يعيق – الجهود العالمية للحد من انبعاثات الكربون.

كربون التربة في ظل تغير المناخ

يشكل الكربون المخزن داخل التربة جزءًا رئيسيًا من دورة الكربون للأرض – الدورة الطبيعية للكربون بين الغلاف الجوي والأرض والمحيط.

تعتبر دورة الكربون مهمة في تحديد تغير المناخ في المستقبل لأنها حساسة للزيادات في تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي والاحترار الذي يسببه.

بدون تغير المناخ، سيكون امتصاص التربة للكربون بشكل عام في توازن طويل الأجل مع خسائر الكربون، مما يحافظ على ثبات الكمية الإجمالية للكربون المخزنة في التربة.

التقلبات في كربون التربة

على المستوى العالمي، تعتبر التقلبات في كربون التربة كبيرة – حوالي خمس مرات أكبر من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون التي يسببها الإنسان كل عام.

ومن المتوقع أيضًا أن تزداد مع ارتفاع درجة حرارة المناخ، وبالتالي فإن العمل على التأثير الكلي على الكربون في التربة في المستقبل يمثل تحديًا كبيرًا.

“القمامة“

المدخل الرئيسي للكربون في التربة هو “القمامة” من الغطاء النباتي، حيث ينتهي الأمر بالأوراق الميتة والحطام ككربون في التربة، في ظل زيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، غالبًا ما تكون النباتات والأشجار أكثر ” إنتاجية ” نظرًا لوجود المزيد من ثاني أكسيد الكربون المتاح لعملية التمثيل الضوئي.

ينتج عن هذا المزيد من الكربون الذي يتم امتصاصه من الغلاف الجوي عن طريق سطح الأرض ويمكن أن يؤدي إلى إضافة المزيد من الكربون إلى التربة.

ومع ذلك، فإن مواجهة هذا التأثير هي عوامل إضافية يجب أخذها في الاعتبار أيضًا.

أحدها هو أن ارتفاع درجات الحرارة في ظل الاحتباس الحراري يسمح للميكروبات التي تعيش في التربة بتفكيك الكربون بمعدل أسرع.

يمكن أن يتسبب هذا في إطلاق المزيد من الكربون من التربة إلى الغلاف الجوي ، مما يقلل من الكربون المخزن.

وخير مثال على ذلك هو تربة التربة الصقيعية المتجمدة، والتي من المعروف أنها حساسة بشكل خاص لتغير المناخ وتشكل تهديدًا كبيرًا لتغير المناخ في المستقبل.

تُعرف هذه التغييرات في دورة الكربون التي تؤثر على كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي باسم التغذية المرتدة لدورة الكربون ، والتي يمكن أن تؤدي إلى تسريع أو إبطاء تغير المناخ.

بالتالي ، فإن المصير المستقبلي لكربون التربة يلعب دورًا كبيرًا في قياس الاحترار المستقبلي.

النمذجة

للتنبؤ بالمصير المستقبلي لكربون التربة ، يستخدم علماء المناخ نماذج نظام الأرض (ESMs).

هذه نماذج مناخية يمكنها محاكاة كل من عمليات المناخ ودورة الكربون وتقدم أفضل أداة لعمل التوقعات المستقبلية لتغير المناخ.

تحاكي آليات الإدارة البيئية والاجتماعية دورة الكربون والتغذية المرتدة المرتبطة بها ؛ ومع ذلك ، فإن نمذجة كربون التربة والعمليات ذات الصلة تطرح العديد من التحديات.

تأثيرات معاكسة

من المتوقع أن يزداد كل من مدخلات الكربون من نفايات النباتات والمخرجات من التحلل الجرثومي في ظل تغير المناخ، فهذه العوامل لها تأثيرات معاكسة على تغير الكربون في التربة.

المشكلة الرئيسية في نمذجة كربون التربة هي أننا لا نعرف مقدار تغير الكربون الوارد والصادر في ظل الاحتباس الحراري ، والتوازن بينهما أمر حاسم للتنبؤ بالتأثير الصافي على المناخ.

من المضاعفات الإضافية لفهم التغير المستقبلي لكربون التربة أن التربة في جميع أنحاء العالم تختلف اختلافًا كبيرًا ، وهذا يؤثر على كيفية تخزين الكربون هناك.

على سبيل المثال، بعض الكربون على أنه موجود في “تجمع كربون بطيء في التربة”، مما يعني أن التربة قد يكون لها خصائص تجعلها أكثر مقاومة للتحلل، وهو أكثر شيوعًا في خطوط العرض المرتفعة الباردة في نصف الكرة الشمالي.

وبالمثل، “تجمعات كربونية سريعة للتربة”، حيث يكون عمر الكربون في التربة قصيرًا ويتحلل سريعًا مرة أخرى إلى الغلاف الجوي، وهو أكثر شيوعًا في المناطق الاستوائية الأكثر دفئًا.

يلعب التوازن بين هذه الأنواع من مجمعات الكربون دورًا مهمًا في سلوك كربون التربة على مستوى العالم، وفهم كيف سيتغير هذا التوازن بمرور الوقت يمثل تحديًا كبيرًا عند نمذجة تغير الكربون في التربة.

أحدث الموديلات

تقيِّم الدراسة الجديدة كيفية نمذجة كربون التربة في أحدث جيل من آليات الإدارة البيئية والاجتماعية في التكرار السادس – والأحدث – لمشروع المقارنة بين النماذج المزدوجة ( CMIP6 ) ، فلا يتم مقارنة النتائج هنا مع مجموعات البيانات الرصدية وكذلك الجيل السابق من النماذج (CMIP5).

مقارنة النتائج

CMIP هو جهد نمذجة مناخية منسقة عالميًا تغذي عملية تقييم الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ (IPCC) ، هناك العديد من أنظمة الإدارة البيئية التي تم تطويرها من قبل مراكز النمذجة المختلفة حول العالم ويتم تحديثها وتحسينها باستمرار.

يحدد CMIP تجارب تغير المناخ المتسقة للسماح بالمقارنة بين كل من ESM وبين الأجيال المختلفة.

في الدراسة الحديثة تم مقارنة بيانات مخرجات النموذج من CMIP6 و CMIP5 ، وبيانات المراقبة المأخوذة من العالم الحقيقي، مثل التقديرات المشتقة من القمر الصناعي.

من هذا يمكننا أن نرى أين تم إجراء تحسينات في CMIP6 بالنسبة لـ CMIP5، وأين تبقى القيود فيما يتعلق بنمذجة كربون التربة.

كربون التربة يعتبر عالميًا، وكذلك العوامل التي تؤثر على امتصاص الكربون وخسائره، للاستيعاب، يتم التركيز على المدخلات “فوق الأرض” من إنتاجية الغطاء النباتي على الأرض.

بالنسبة للخسائر، التركيز على الناتج “تحت الأرض”، ودراسة الوقت الذي يبقى فيه الكربون على قيد الحياة في التربة قبل أن يتم تفكيكه بواسطة الميكروبات وإطلاقه مرة أخرى في الغلاف الجوي.

الزيادة المحتملة في الإنتاجية ومدخلات الكربون

تم تحديد تحسينات في محاكاة العمليات فوق الأرض في نماذج CMIP6 مقارنةً بـ CMIP5، هذا يرجع إلى حد كبير إلى إدراج قيود المغذيات على نمو النبات في نماذج CMIP6، لكي تقوم النباتات بعملية التمثيل الضوئي، فإنها تحتاج إلى ثاني أكسيد الكربون والضوء والماء، ولكن أيضًا ما يكفي من العناصر الغذائية مثل النيتروجين والفوسفور.

لذلك ، إذا كان أي من هذه المتطلبات محدودًا في المستقبل، فسيحد من الزيادة المحتملة في الإنتاجية ومدخلات الكربون في التربة مع زيادة ثاني أكسيد الكربون.

ومع ذلك ، لا تظهر نفس التحسينات المتسقة في محاكاة العمليات تحت الأرض. كما تظهر الخرائط أدناه ، يُرى هذا في الغالب من خلال التقليل العام من كربون التربة في خطوط العرض الشمالية المرتفعة في نماذج CMIP6 (أعلى) عند مقارنتها بالملاحظات.

في الخرائط، يُظهر التظليل الأخضر الداكن مستويات أعلى من الكربون في التربة.

يختلف كربون التربة اختلافًا كبيرًا في جميع أنحاء العالم، سواء من حيث نوع التربة وكمية الكربون المخزن، على سبيل المثال، في المناطق الاستوائية حيث تشهد الأرض درجات حرارة أكثر دفئًا، تميل إلى أن تكون كميات أقل من مخزون الكربون في التربة.

على النقيض من ذلك، تميل إلى أن يكون هناك مخزون أكبر من الكربون في التربة في مناطق خطوط العرض الشمالية المرتفعة، حيث تشهد الأرض درجات حرارة أكثر برودة.

ومع ذلك ، فإن كربون التربة على خطوط العرض العليا في نصف الكرة الشمالي لا يتم إعادة إنتاجه في غالبية نماذج المناخ CMIP6.

ركز على العمليات تحت الأرض

تشير النتائج إلى أن الكثير من عدم اليقين المتبقي في نمذجة كربون التربة مرتبط بمحاكاة العمليات تحت الأرض، يشير هذا إلى الحاجة إلى مزيد من التركيز على تحسين محاكاة هذه العمليات في الجيل التالي من آليات الإدارة السليمة بيئياً لـ CMIP7.

ستساعد التحسينات على تقليل عدم اليقين في إطلاق الكربون المتوقع من التربة العالمية في ظل تغير المناخ وزيادة الثقة في ميزانيات الكربون المرتبطة بالمستويات المختلفة للاحترار العالمي.

نظرًا للكميات الكبيرة من الكربون المخزن في التربة على مستوى العالم، فإن فهم وقياس الإطلاق المحتمل للكربون من التربة أمر حيوي إذا كان لا بد من الوفاء بحدود درجة الحرارة لاتفاق باريس .