كيف ساعدت النباتات في تشكيل الظروف المناخية على الأرض؟ تغيرات حدثت بسرعة كبيرة

من أجل فهم مرونة الأرض، يقوم الباحثون في ETH Zurich بوضع نماذج للتغيرات المناخية منذ زمن بعيد، ويظهرون أن النباتات ليست مجرد ضحية للظروف، ولكنها ساعدت في تشكيل الظروف المناخية على الأرض.

على مدى مئات الملايين من السنين، مرت الأرض بسلسلة من التحولات المناخية، مما شكل الكوكب كما نعرفه اليوم، ومن الممكن أن تساعدنا التغيرات الماضية في مستويات ثاني أكسيد الكربون ودرجات الحرارة في فهم استجابة الكوكب لظاهرة الانحباس الحراري العالمي اليوم.

وكجزء من مجال متنامي يسمى الديناميكا الجيولوجية الحيوية، يتسابق الباحثون لفهم كيف أثرت هذه التغييرات على الحياة على الكوكب في الماضي.

يقول جوليان روجر، الذي يركز على الديناميكا الجيولوجية الحيوية في معهد الجيوفيزياء في ETH زيوريخ: “نحن نحاول فهم العمليات ذات الصلة بالحاضر باستخدام الماضي الجيولوجي”.

الكون المناسب لدعم الكائنات الحية

روجر مفتون بالتفاعل بين الحياة النباتية والمناخ، حتى الآن، كوكبنا هو الكوكب الوحيد الذي نعرفه في الكون المناسب لدعم الكائنات الحية، تسمح ظروفها المناخية بوجود ما يكفي من الماء السائل لتمكين النباتات والكائنات المعقدة الأخرى من النمو، أو على الأقل البقاء على قيد الحياة.

عندما يتغير مناخ الكوكب، فإنه يؤثر على الحياة النباتية، مما يجبر النظم البيئية على التطور والتكيف مع الظروف المتغيرة. يقول روجر: “أنا مهتم بالدور الذي تلعبه الحياة نفسها في النظام بأكمله”، “أجد أنه من الرائع حقًا إعادة بناء العالم كما كان قبل ملايين السنين.”

تشكل النباتات بنشاط دورة المناخ

في بحث نُشر مؤخرًا في مجلة Science Advances ، يرى روجر وزملاؤه من ETH وجامعة ليدز أن هذه النباتات ليست مجرد مشارك سلبي في دورة مناخ الأرض ، بل يمكنها أن تلعب دورًا مهمًا في تشكيلها.

يقول روجر: “يمكننا أن نفترض أن الحياة تتفاعل فقط مع التغيرات، ولكن من الممكن أيضًا أنها تتفاعل مع النظام وتنظمه”.

ولتوضيح كيفية ذلك، استخدم روجر نماذج حاسوبية تحاكي التفاعل بين تغير المناخ وحركة القارات والحياة النباتية في الماضي السحيق. تشير النماذج إلى أن النباتات ربما تساعد في تنظيم تكوين الغلاف الجوي للكوكب عن طريق حبس الكربون وانبعاث الأكسجين، مما يساعد في التحكم في مستويات ثاني أكسيد الكربون .

كما أنها تعمل على تسريع عملية التجوية المعدنية في التربة، وهي عملية تستهلك ثاني أكسيد الكربون، تشير نماذج روجر إلى أن مناخ الكوكب والغلاف الجوي هما جزء من حلقة ردود الفعل: فالحياة نفسها تلعب دورًا في تنظيم أو تسريع التغيرات المناخية.

إعادة بناء 390 مليون سنة من تاريخ الأرض

عندما يكون التغيير بطيئًا – بطيئًا بما يكفي لتطور النباتات أو انتشارها إلى بيئات جديدة على مدى ملايين السنين – يمكن أن يكون نشاط النبات بمثابة حاجز، مما يمنع درجات الحرارة من التحول بسرعة كبيرة، لكن الجيولوجيا والسجل الحفري يظهران أيضًا أن هناك تغيرات حدثت بسرعة كبيرة جدًا، وأدت إلى اضطرابات كبيرة في الغطاء النباتي وحتى انقراضات جماعية.

يقول روجر: “ما نريد معرفته هو مدى سرعة قدرة النباتات على تغيير خصائصها عندما يصبح العالم فجأة أكثر دفئًا بمقدار 5 أو 6 درجات”. “الهدف العام هو فهم التطور المشترك للمناخ والغطاء النباتي والتكتونية.”

أنشأ روجر وزملاؤه – فريق متعدد التخصصات من الجيولوجيين وعلماء الكمبيوتر وعلماء الأرض – نموذجًا حاسوبيًا للـ 390 مليون سنة الماضية، والذي أخذ في الاعتبار تحول القارات والمناخ واستجابة الغطاء النباتي لهذه التغييرات. قد يستغرق تشغيل عمليات المحاكاة على أجهزة الكمبيوتر العملاقة القوية ما يصل إلى شهر، نظرًا لتعقيد المشكلة وطول الوقت الذي من المفترض أن تمثله.

كلما أمكن، يستخدم الفريق البيانات الجيولوجية لجعل النماذج واقعية قدر الإمكان: التحليل الكيميائي للرواسب، على سبيل المثال، يمكن أن يكون مؤشرا لمستويات ثاني أكسيد الكربون في الماضي. يمكن أن تظهر الحفريات متى أدت التحولات الجذرية في المناخ إلى انقراضات جماعية، أو تطور أنظمة بيئية جديدة استجابة للظروف المتغيرة.

وتظهر النماذج أن فترات الاستقرار الطويلة تجعل من الممكن ازدهار الغطاء النباتي، وامتصاص ثاني أكسيد الكربون واستقرار مناخ الأرض بمرور الوقت.

وفي نماذجهم، رأى الفريق أن النباتات كانت قادرة على التطور بسرعة كافية للتكيف مع التحولات التدريجية في المناخ والمناظر الطبيعية بسبب الانجراف القاري، على سبيل المثال.

ولكن عندما يتعطل النظام المناخي ويتغير بسرعة كبيرة بحيث لا تتمكن النباتات من التكيف، يحدث العكس: يتم القضاء على النباتات ولا يمكن أن تكون بمثابة حاجز لإبطاء التحولات في المناخ، وبدون النباتات التي تعمل كمكابح، تحدث التغيرات البيئية بشكل أسرع وتدفع نحو التطرف.

يوضح روجر: “إنه مثل تأثير ردود الفعل”. “ونظرًا لتراجع التنظيم، فقد يكون هناك زيادة أكبر في ثاني أكسيد الكربون وتغير مناخي أكبر مما كان متوقعًا في السابق”.

تم اختبار المرونة

في السجل الجيولوجي، غالبًا ما تكون التغيرات المناخية المفاجئة مصحوبة بأحداث انقراض جماعي، يقول روجر: “هناك تغيرات قوية في الغطاء النباتي، حيث استغرق الأمر آلافًا إلى ملايين السنين حتى يتكيف الغطاء النباتي ويتعافى، وما يتعافى يمكن أن يكون مختلفًا تمامًا عما كان عليه من قبل”.

هذه ليست أخبار جيدة، يقول روجر: “يُعتقد أن معدل التغير الذي لدينا في الوقت الحالي لم يسبق له مثيل على مدار الـ 400 مليون سنة الماضية”، “قد يكون هناك انخفاض في قدرة الغطاء النباتي على تنظيم المناخ إذا كان هناك تغير قوي، كما نشهده الآن.”

في الوقت الذي يتغير فيه مناخ الأرض بشكل أسرع من أي وقت مضى، فإن لأبحاث روجر آثارًا عملية: فالمعلومات من الماضي يمكن أن تساعد الناس اليوم على فهم مدى مرونة أنظمة الأرض المتشابكة.

ويقول: “ما مدى سرعة استجابة النظم البيئية للتغيرات في المناخ والمناظر الطبيعية؟ هذا أحد الأمور المجهولة الرئيسية”، “إنه سؤال حاد: ما مدى مرونة الأرض؟”