الغطاء النباتي يغير خريطة الحرارة على كليمنجارو.. احترار القمة وبرودة المناطق الوسطى

قمة كليمنجارو ترتفع حرارتها بينما تبرد منحدراته الوسطى.. دراسة تكشف مفارقة مناخية

كشفت دراسة علمية عن تباين لافت في التغيرات الحرارية على جبل كليمنجارو، أعلى قمة في أفريقيا، إذ ترتفع درجات الحرارة بالقرب من قمته، بينما تشهد أجزاء من منحدراته الوسطى انخفاضًا في درجات الحرارة، في ظاهرة قد يسهم في تفسيرها التوسع المتزايد للغطاء النباتي على ارتفاعات الجبل.

وأظهر تحليل لدرجات الحرارة يغطي نطاقًا رأسيًا يقارب 5 آلاف متر أن الاحترار المناخي لا يحدث بالمعدل نفسه في جميع أجزاء الجبل، وأن التغيرات الحرارية تختلف باختلاف الارتفاع والنظام البيئي.

وقاد الدراسة طالب الدكتوراه يابينج مو، والأستاذ نيك بيبين، من جامعة بورتسموث البريطانية، بالتعاون مع باحثين من جامعة نانجينغ الصينية.

ونُشرت الدراسة في دورية npj Climate and Atmospheric Sciences العلمية.

جبل كليمنجارو.. مختبر طبيعي لدراسة المناخ

يُعد جبل كليمنجارو موقعًا مناسبًا لدراسة تأثير الارتفاع على المناخ، فهو بركان طبقي مستقل ومعزول يرتفع من سهول شرق أفريقيا، التي يبلغ ارتفاعها نحو 800 متر، وصولًا إلى قرابة 5900 متر فوق سطح البحر.

ويتيح هذا الموقع دراسة التغيرات المناخية عبر نطاق واسع من الارتفاعات دون تعقيدات وجود سلاسل جبلية محيطة قد تؤثر في النتائج.

ويضم الجبل مجموعة متنوعة من النظم البيئية المتدرجة رأسيًا؛ تبدأ بمزارع البن والموز عند السفوح، حيث يعتمد أكثر من مليون شخص على الزراعة في المناطق المنخفضة التي تتوافر فيها المياه نسبيًا، تليها الغابات المطيرة الاستوائية، ثم نطاق الأراضي المغطاة بالنباتات الشجيرية والأعشاب الجبلية، والصحراء الألبية، وصولًا إلى الغطاء الجليدي المتقلص عند القمة.

ويمثل كل نطاق من هذه النطاقات بيئة مناخية مختلفة، بما يسمح برصد كيفية تغير درجات الحرارة والظروف البيئية مع اختلاف الارتفاع.

رصد درجات الحرارة عبر ارتفاعات الجبل

اعتمد فريق البحث على قراءات 22 جهازًا لتسجيل درجات الحرارة، موزعة على مسارين يمتدان عبر الجبل؛ الأول هو مسار ماتشامي الجنوبي الغربي، الذي بدأت مراقبته بالأجهزة منذ عام 2004، والثاني مسار رونجاي الشمالي الشرقي، الذي أضيفت إليه أجهزة الرصد عام 2012.

وتغطي محطات القياس نطاقات بيئية مختلفة، تبدأ من منطقة السافانا بالقرب من مدينة موشي، على ارتفاع 991 مترًا، وصولًا إلى الحقل الجليدي عند ارتفاع 5799 مترًا.

وتُعد هذه الشبكة واحدة من أكبر شبكات الرصد المستمر لدرجات الحرارة عبر الارتفاعات على الجبال الاستوائية في العالم.

ولأن أجهزة القياس الأرضية لا تستطيع وحدها تغطية جميع مناطق الجبل، دمج الباحثون قراءاتها مع بيانات الأقمار الصناعية، وتحديدًا مستشعرات «موديس» (MODIS) التابعة لوكالة الفضاء الأمريكية «ناسا»، التي تمر فوق كليمنجارو أربع مرات يوميًا.

بعد ذلك، درّب الباحثون نموذجًا للتعلم الآلي يُعرف باسم «إكس جي بوست» (XGBoost)، بهدف التنبؤ بدرجات حرارة الهواء في مختلف أنحاء الجبل، بدقة مكانية تصل إلى كيلومتر واحد.

وحقق النموذج أداءً مرتفعًا؛ إذ استطاع تفسير 94% من التباين في درجات الحرارة خلال النهار، و95% من التباين خلال الليل، بينما بلغ متوسط أخطائه أقل من 1.8 درجة مئوية.

ارتفاع الحرارة قرب القمة وتراجعها في المنحدرات الوسطى

كشف تحليل الاتجاهات الحرارية خلال الفترة من 2004 إلى 2019 عن اختلافات واضحة في تغير درجات الحرارة باختلاف الارتفاع.

فبالقرب من قمة الجبل، ارتفعت درجات الحرارة نهارًا بمعدل يتراوح بين 0.05 و0.10 درجة مئوية لكل عقد، بينما سجلت المنطقة الواقعة بين ارتفاعي 3000 و3500 متر، التي تضم نطاق الأراضي المغطاة بالنباتات الجبلية، انخفاضًا في درجات الحرارة النهارية بمعدل يتراوح بين 0.13 و0.14 درجة مئوية لكل عقد.

أما خلال الليل، فقد ظهر نمط مختلف؛ إذ شهدت معظم الارتفاعات ارتفاعًا طفيفًا في درجات الحرارة تراوح بين 0.04 و0.15 درجة مئوية لكل عقد، في حين لم تسجل القمة تغيرًا يُذكر.

وقال نيك بيبين إن تغير المناخ لا يؤثر في جميع أجزاء الجبل بالطريقة نفسها، موضحًا أن الرصد طويل الأمد عبر ارتفاعات مختلفة يساعد على اكتشاف هذه الاختلافات المحلية، وتكوين صورة أكثر دقة عن التغيرات التي تشهدها البيئات الجبلية.

لماذا تبرد المنحدرات الوسطى؟

يرجح الباحثون أن التراجع المسجل في درجات الحرارة على المنحدرات الوسطى يرتبط بعوامل بيولوجية، إلى جانب العوامل الفيزيائية، مع احتمال أن يكون التوسع الصاعد للغطاء النباتي في المناطق الجبلية أحد التفسيرات الرئيسية لهذه الظاهرة.

فمع تمدد النباتات إلى ارتفاعات أكبر وزيادة كثافتها، تتغير طريقة تعامل سطح الأرض مع الطاقة الشمسية؛ إذ تؤدي زيادة مساحة الأوراق النباتية إلى ارتفاع معدلات التبخر والنتح، وهي العملية التي تطلق فيها النباتات المياه إلى الغلاف الجوي، ما يستهلك جزءًا من الطاقة الشمسية في تبخير المياه بدلًا من تحويلها إلى حرارة تسخن الهواء.

كما توفر كثافة الغطاء النباتي مزيدًا من الظل، وتقلل تعرض التربة والأسطح المكشوفة لأشعة الشمس الاستوائية المباشرة، وهو ما قد يسهم في خفض درجات الحرارة المحلية.

وقال يابينج مو، إن انخفاض درجات الحرارة على المنحدرات الوسطى يتزامن مع التوسع الصاعد لنطاق النباتات الجبلية، مشيرًا إلى أن ذلك يعكس احتمال تأثير التغيرات في الغطاء النباتي واستخدامات الأراضي في درجات الحرارة المحلية، مع بقاء عوامل أخرى مرجحًا أن تسهم في هذه التغيرات.

ورصدت الورقة البحثية أيضًا وقوع 32 حادثة حريق غابات بين عامي 2017 و2021 في المناطق المحيطة بخط الأشجار، ما يضيف عاملًا آخر قد يؤثر في طبيعة الغطاء النباتي والظروف الحرارية.

فالحرائق يمكن أن تعيد تشكيل الغطاء النباتي، وتتسبب في إزالة أجزاء من المظلة النباتية، كما قد تؤدي إلى تغيرات مفاجئة في درجات الحرارة المحلية، نتيجة اختلاف طبيعة الأسطح المكشوفة بعد احتراق النباتات.

لماذا تسخن الأسطح قرب قمة الجبل؟

من أبرز نتائج الدراسة اكتشاف فارق كبير بين درجات الحرارة التي ترصدها الأقمار الصناعية لسطح الأرض، ودرجات حرارة الهواء الفعلية.

ففي منطقة الحقول الجليدية عند القمة، تجاوزت درجة حرارة سطح الأرض المقاسة بالأقمار الصناعية درجة حرارة الهواء بنحو 17 درجة مئوية خلال النهار.

وفي منطقة الصحراء الألبية الواقعة أسفل القمة مباشرة، اقترب الفارق من 16 درجة مئوية، بينما انخفض إلى نحو درجتين مئويتين فقط في منطقة الغابات المطيرة.

ويرتبط هذا التباين بالخصائص الفيزيائية للأسطح المختلفة؛ فالصخور العارية والأسطح المكشوفة على الارتفاعات العالية تمتص كميات كبيرة من الإشعاع الشمسي الاستوائي، ما يؤدي إلى ارتفاع حرارتها بصورة ملحوظة، وقد تصبح أكثر سخونة بكثير من الهواء الموجود فوقها.

وتزداد المسألة تعقيدًا عند القمة، التي تضم مزيجًا من الجليد والصخور الداكنة، إذ تختلف استجابة كل منهما لأشعة الشمس؛ فالجليد يحافظ على درجات حرارة قريبة من التجمد، بينما تمتص الصخور العارية الإشعاع الشمسي وتسخن بدرجة أكبر.

استقرار نسبي في درجات الحرارة داخل الغابات المطيرة

وفي المناطق المنخفضة نسبيًا، أظهرت النتائج جانبًا مختلفًا؛ إذ سجل نطاق الغابات المطيرة ارتفاعًا محدودًا للغاية في درجات الحرارة النهارية خلال فترة الدراسة.

ويرجح الباحثون أن جهود الحفاظ على الغابات وإعادة التشجير ربما أسهمت في هذا الاستقرار الحراري، لكنهم شددوا على أن العلاقة بين هذه الجهود والتغيرات المسجلة تحتاج إلى مزيد من البحث والتحقق.

وقال هارولد لوفيل، المشارك في إعداد الدراسة، إن نتائج البحث توضح أن الاحترار لا يحدث بالضرورة بصورة متجانسة عبر الجبل، حتى عندما تكون المسافات بين المناطق المختلفة قصيرة نسبيًا.

وأضاف، أن الجمع بين القياسات الأرضية طويلة الأمد وبيانات الأقمار الصناعية يساعد على تحديد هذه الاختلافات، ويمكن أن يوفر وسيلة لدراسة التغيرات الحرارية في مناطق جبلية أخرى تفتقر إلى محطات رصد الطقس.

الجبال الاستوائية.. أنماط مختلفة من الاحترار

وتأتي أهمية هذه النتائج في ظل أن معظم الأدلة العلمية المتعلقة باختلاف معدلات الاحترار باختلاف الارتفاع استندت إلى دراسات أُجريت في الجبال الواقعة عند خطوط العرض الوسطى، مثل هضبة التبت وجبال الألب وسلسلة جبال روكي.

وفي تلك المناطق، تؤدي التغيرات الموسمية في الغطاء الثلجي والتفاوت الكبير في الإشعاع الشمسي دورًا مهمًا في تشكيل الأنماط الحرارية.

أما الجبال الاستوائية، فتخضع لظروف مختلفة، تشمل استمرار شدة الإشعاع الشمسي على مدار العام، وضعف التغيرات الموسمية في درجات الحرارة، إلى جانب عمليات انتقال الطاقة بين سطح الأرض والغلاف الجوي، التي قد تنتج أنماطًا مختلفة تمامًا من الاحترار.

ويرى الباحثون أن جبل كليمنجارو يمكن أن يقدم نموذجًا لدراسة التغيرات الحرارية في الجبال الاستوائية، خصوصًا في المناطق التي لا تتوافر فيها سجلات طويلة الأمد لدرجات الحرارة ومحطات رصد مناخية كافية.