ظاهرة الاحتباس الحراري تسرع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من ميكروبات التربة

عندما تتحلل الكائنات الحية الدقيقة المواد العضوية في التربة ، فإنها تطلق بنشاط ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. هذه العملية تسمى التنفس غير المتجانسة. يُظهر نموذج جديد أن هذه الانبعاثات يمكن أن ترتفع بنسبة تصل إلى 40٪ بحلول نهاية القرن – والأهم من ذلك في المناطق القطبية.

يعتبر ارتفاع تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي حافزًا أساسيًا للاحترار العالمي ، ويقدر أن خُمس ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ينشأ من مصادر التربة.

ويعزى ذلك جزئيًا إلى نشاط الكائنات الحية الدقيقة ، بما في ذلك البكتيريا والفطريات والكائنات الدقيقة الأخرى التي تتحلل المواد العضوية في التربة باستخدام الأكسجين ، مثل المواد النباتية المتوفاة، خلال هذه العملية ، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. يشير العلماء إليه على أنه تنفس التربة غير المتجانسة.

بناءً على دراسة حديثة نُشرت في المجلة العلمية Nature Communications ، قام فريق من الباحثين من ETH Zurich والمعهد الفيدرالي السويسري لأبحاث الغابات والثلوج والمناظر الطبيعية WSL والمعهد الفيدرالي السويسري لعلوم وتكنولوجيا الأحياء المائية Eawag وجامعة لوزان قد توصل إلى نتيجة مهمة.

تشير دراستهم إلى أن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بواسطة ميكروبات التربة في الغلاف الجوي للأرض ليس من المتوقع أن تزداد فحسب، بل ستتسارع أيضًا على نطاق عالمي بحلول نهاية هذا القرن.

يقول ألون نيسان ، المؤلف الرئيسي للدراسة و ETH زميل ما بعد الدكتوراه في معهد ETH زيورخ للهندسة البيئية، باستخدام الإسقاط ، وجدوا أنه بحلول عام 2100 ، ستتصاعد انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من ميكروبات التربة، ومن المحتمل أن تصل إلى زيادة تصل إلى حوالي 40 ٪ على مستوى العالم، مقارنة بالمستويات الحالية ، في ظل أسوأ سيناريو مناخي.

رطوبة التربة ودرجة حرارتها عوامل رئيسية

لا تؤكد هذه النتائج الدراسات السابقة فحسب ، بل توفر أيضًا رؤى أكثر دقة حول آليات وحجم تنفس التربة غير المتجانسة عبر المناطق المناخية المختلفة.

على عكس النماذج الأخرى التي تعتمد على العديد من المعلمات ، فإن النموذج الرياضي الجديد ، الذي طوره ألون نيسان ، يبسط عملية التقدير من خلال استخدام عاملين بيئيين حاسمين فقط: رطوبة التربة ودرجة حرارة التربة .

يمثل النموذج تقدمًا كبيرًا لأنه يشمل جميع المستويات ذات الصلة من الناحية الفيزيائية الحيوية ، بدءًا من المقاييس الدقيقة لهيكل التربة وتوزيع مياه التربة إلى المجتمعات النباتية مثل الغابات والنظم الإيكولوجية بأكملها والمناطق المناخية وحتى النطاق العالمي.

يسلط بيتر مولنار ، الأستاذ في معهد ETH للهندسة البيئية ، الضوء على أهمية هذا النموذج النظري الذي يكمل نماذج نظام الأرض الكبيرة ، قائلاً: “يسمح النموذج بتقدير أكثر وضوحًا لمعدلات التنفس الميكروبي بناءً على رطوبة التربة ودرجة حرارة التربة. علاوة على ذلك ، فهو يعزز فهمنا لكيفية مساهمة التنفس غير المتجانسة في مناطق مناخية متنوعة في الاحتباس الحراري “.

من المحتمل أن تتضاعف انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في القطب الشمالي

تتمثل إحدى النتائج الرئيسية للتعاون البحثي بقيادة Peter Molnar و Alon Nissan في أن الزيادة في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الميكروبية تختلف باختلاف المناطق المناخية. في المناطق القطبية الباردة ، يكون المساهم الرئيسي في الزيادة هو انخفاض رطوبة التربة بدلاً من الارتفاع الكبير في درجة الحرارة ، على عكس المناطق الحارة والمعتدلة.

يسلط ألون نيسان الضوء على حساسية المناطق الباردة ، قائلاً: “حتى التغيير الطفيف في محتوى الماء يمكن أن يؤدي إلى تغيير جوهري في معدل التنفس في المناطق القطبية”.

بناءً على حساباتهم ، في ظل سيناريو أسوأ حالة مناخية ، من المتوقع أن ترتفع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الميكروبية في المناطق القطبية بنسبة عشرة بالمائة كل عقد بحلول عام 2100 ، أي ضعف المعدل المتوقع لبقية العالم.

يمكن أن يُعزى هذا التباين إلى الظروف المثلى للتنفس غير المتجانسة ، والتي تحدث عندما تكون التربة في حالة شبه مشبعة ، أي ليست جافة جدًا ولا رطبة جدًا. تسود هذه الظروف أثناء ذوبان التربة في المناطق القطبية.

من ناحية أخرى ، تُظهر التربة في المناطق المناخية الأخرى ، والتي هي بالفعل أكثر جفافًا نسبيًا وعرضة لمزيد من الجفاف ، زيادة أقل نسبيًا في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الميكروبية ، ومع ذلك ، وبغض النظر عن المنطقة المناخية ، يظل تأثير درجة الحرارة ثابتًا: مع ارتفاع درجة حرارة التربة ، يرتفع أيضًا انبعاث ثاني أكسيد الكربون الميكروبي .

مقدار انبعاثات ثاني أكسيد الكربون التي ستزيد كل منطقة مناخية

اعتبارًا من عام 2021 ، تنشأ معظم انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من ميكروبات التربة بشكل أساسي من المناطق الدافئة على الأرض. على وجه التحديد ، يأتي 67٪ من هذه الانبعاثات من المناطق المدارية ، و 23٪ من المناطق شبه الاستوائية ، و 10٪ من المناطق المعتدلة ، و 0.1٪ فقط من المناطق القطبية أو القطبية.

بشكل ملحوظ ، يتوقع الباحثون نموًا كبيرًا في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الميكروبية عبر جميع هذه المناطق مقارنة بالمستويات التي لوحظت في عام 2021.

بحلول عام 2100 ، تشير توقعاتهم إلى زيادة بنسبة 119٪ في المناطق القطبية ، و 38٪ في المناطق المدارية ، و 40٪ في المناطق شبه الاستوائية ، و 48٪ في المناطق المعتدلة.

هل ستكون التربة حوضًا لثاني أكسيد الكربون أم مصدرًا لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي؟

يتوقف توازن الكربون في التربة ، وتحديد ما إذا كانت التربة تعمل كمصدر للكربون أو بالوعة ، على التفاعل بين عمليتين أساسيتين: التمثيل الضوئي ، حيث تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون ، والتنفس ، الذي يطلق ثاني أكسيد الكربون .

لذلك ، تعد دراسة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الميكروبية أمرًا ضروريًا لفهم ما إذا كانت التربة ستخزن أو تطلق ثاني أكسيد الكربون في المستقبل.

يوضح ألون نيسان: “نظرًا لتغير المناخ ، فإن حجم تدفقات الكربون هذه – كل من التدفق من خلال عملية التمثيل الضوئي والتدفق الخارج من خلال التنفس – لا يزال غير مؤكد. ومع ذلك ، فإن هذا الحجم سيؤثر على الدور الحالي للتربة كمصارف للكربون”.

في دراستهم المستمرة ، ركز الباحثون بشكل أساسي على التنفس غير المتجانسة. ومع ذلك ، لم يتحققوا بعد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون التي تطلقها النباتات من خلال التنفس الذاتي التغذية .

سيوفر المزيد من الاستكشاف لهذه العوامل فهمًا أكثر شمولاً لديناميات الكربون داخل النظم البيئية للتربة .