صمامات دقيقة تتحكم في مصير الغابات مع تغير المناخ.. المعادلة الخفية التي تحدد نمو الأشجار
ارتفاع ثاني أكسيد الكربون لا يسرّع نمو الأشجار كما كان متوقعًا
من الناحية النظرية، يبدو الأمر بسيطًا: كلما زادت نسبة ثاني أكسيد الكربون في الهواء، امتصّت الأشجار كمية أكبر منه، ونمت أسرع، وخزّنت كربونًا أكثر، ما يساعد على تهدئة تغير المناخ، لكن الواقع في الغابات الطبيعية يقول شيئًا مختلفًا تمامًا.
فعلى مدار العقود الماضية، أظهرت القياسات طويلة الأمد أن نمو الأشجار وتخزينها للكربون لم يرتفع بشكل منتظم مع زيادة ثاني أكسيد الكربون، بل تذبذب بين تحسن طفيف، أو ثبات، بل وحتى تراجع في بعض الحالات، هذا التناقض حيّر العلماء: لماذا لا تستجيب الغابات بالطريقة «المنطقية» لزيادة الكربون في الغلاف الجوي؟
لغز بيئي لا يُحل بالكربون وحده
دراسة جديدة قادها باحثون من جامعة ديوك الأمريكية وجامعة ووهان الصينية تشير إلى أن الخطأ كان في النظر إلى الكربون بمعزل عن الماء، فالشجرة، في حياتها اليومية، لا تتخذ قرارًا واحدًا فقط، بل توازن باستمرار بين حاجتين متعارضتين:
-
امتصاص ثاني أكسيد الكربون للنمو
-
-
الحفاظ على المياه لتجنب الجفاف والانهيار الداخلي
وقدّم الفريق نموذجًا جديدًا يتعامل مع هذا التوازن بوصفه مشكلة تحسين ديناميكي، وهو أسلوب شائع في الهندسة، لكنه نادر الاستخدام في علم البيئة النباتية.
وقال البروفيسور جابي كاتول، أستاذ الهندسة المدنية والبيئية بجامعة ديوك:
«كان هناك افتراض شائع بأن ارتفاع ثاني أكسيد الكربون سيؤدي تلقائيًا إلى نمو أسرع وتخزين أكبر للكربون، لكن التجارب الواقعية أظهرت أن عوامل بيئية أخرى تلعب دورًا حاسمًا. نحن الآن نفهم بعض الآليات الأساسية وراء ذلك».
ما الذي تقوله التجارب طويلة الأمد؟
استندت الدراسة إلى تجربتين ميدانيتين نادرتين:
-
تجربة جامعة ديوك: غابة طبيعية عُرضت لمستويات مرتفعة من ثاني أكسيد الكربون لمدة 16 عامًا.
-
تجربة المعهد التقني الفيدرالي السويسري (ETH Zurich): تم فيها رفع مستوى الرطوبة الجوية حول الأشجار.
في كلتا الحالتين، تم قياس النمو، وامتصاص الكربون، وسلوك الأوراق، والمتغيرات المناخية بدقة عالية.
النتيجة كانت واضحة: الأشجار لم تخزن كربونًا إضافيًا بالقدر الذي توقّعته النماذج التقليدية، والسبب لم يكن نقص الكربون… بل قيود الماء.
الثغور الورقية: صمامات حياة أو موت
ركز الباحثون على الثغور، وهي فتحات مجهرية في أوراق الأشجار تسمح بدخول ثاني أكسيد الكربون، لكنها في الوقت نفسه تُسرّب بخار الماء إلى الهواء.
عندما يرتفع تركيز ثاني أكسيد الكربون:
-
لا تحتاج الثغور إلى أن تنفتح كثيرًا لالتقاط الكمية المطلوبة
-
ما يعني نظريًا كفاءة أعلى في استخدام المياه
لكن المشكلة تظهر مع الحرارة والجفاف:
-
الهواء الساخن والجاف يزيد من تبخر الماء
-
فتح الثغور لفترة أطول يعرض الشجرة لخطر فقدان المياه
-
فتقوم الشجرة بإغلاق الثغور لحماية نظامها المائي الداخلي
يشرح كاتول ذلك بقوله:
«الثغور تشبه الصمامات التي تتحكم في كمية الماء التي تصعد إلى الأوراق وتخرج إلى الهواء».
توازن هش داخل الشجرة
داخل جذع الشجرة، ينقل نسيج يُسمى الخشب الوعائي (Xylem) الماء من الجذور إلى القمة، إذا فقدت الشجرة الماء بسرعة كبيرة، يمكن أن تنقطع هذه الأعمدة المائية، تمامًا مثل شفاط ينقطع داخله السائل، وهو خطر يزداد مع:
-
ارتفاع درجات الحرارة
-
زيادة طول الشجرة
-
طول فترات الجفاف
لذلك، في أيام الحر والجفاف، تختار الأشجار البقاء على قيد الحياة بدلًا من النمو السريع.
تحويل الفسيولوجيا إلى معادلات
قام الباحثون بتحويل هذا الصراع البيولوجي إلى نموذج رياضي يهدف إلى:
-
تعظيم مكاسب الكربون
-
دون تجاوز حدود فقدان الماء الآمن
تمت معايرة النموذج باستخدام بيانات دقيقة من التجارب، شملت مراقبة استجابة الأوراق لتغيرات فورية في الحرارة والرطوبة وثاني أكسيد الكربون.
وعند تشغيل النموذج:
-
أعاد إنتاج النتائج الضعيفة لزيادة النمو في تجربة ديوك
-
وفسر لماذا أدت زيادة الرطوبة في سويسرا إلى امتصاص كربون أعلى
الخلاصة: ثاني أكسيد الكربون مهم، لكن «عطش» الهواء أهم.
تفسير سجلات الغابات المتناقضة عالميًا
عند تطبيق هذا الإطار على دراسات الغابات الاستوائية خلال 50 عامًا، بدت النتائج المتناقضة أكثر منطقية:
-
في المناطق الأكثر حرارة وجفافًا، أغلقت الأشجار ثغورها أكثر
-
ما ألغى أو قلل أي فائدة من زيادة ثاني أكسيد الكربون
-
أما المناطق ذات الرطوبة الأعلى، فكانت فرص النمو الإضافي فيها أكبر
بمعنى آخر، تأثير الكربون يعتمد على التوازن المحلي بين الإمداد الكربوني والطلب المائي.
ليس مفتاحًا واحدًا لحل المشكلة
يشير الباحثون إلى أن هذا النموذج لا يفسر كل شيء. فهناك عوامل أخرى مؤثرة، مثل:
-
نقص المغذيات في التربة
-
تخزين المياه في التربة
-
نوع الأشجار
-
الآفات
-
عمر الغابة
-
تغير الفصول
لكن الدراسة توفّر أساسًا قويًا لفهم العلاقة الجوهرية بين الكربون والماء، وهي علاقة تتخذ قراراتها على مستوى الورقة والشجرة.
ماذا يعني ذلك لتغير المناخ؟
الرسالة الأساسية ليست أن الغابات لن تساعد في مواجهة تغير المناخ، ولا أن «تسميد الكربون» وهم.
بل إن استجابة الغابات مشروطة.
في عالم أكثر حرارة وجفافًا:
-
الأشجار تختار تقليل المخاطر
-
وتغلق الصمامات التي تسمح بالنمو السريع
بالنسبة لصناع القرار، فهذا يعني:
-
لا يمكن الاعتماد تلقائيًا على الغابات لامتصاص المزيد من الكربون
-
حماية الغابات تتطلب تقليل الضغوط المائية والحرارية
-
الحفاظ على رطوبة التربة وتقليل الإجهاد الحراري يصبحان عنصرين حاسمين
الخلاصة
زيادة الكربون في الهواء لا تعني بالضرورة زيادة الكربون في الخشب، بين الاثنين شبكة حية من الصمامات والتوازنات، صممتها الطبيعة أولًا من أجل البقاء… لا من أجل السرعة.
