مجلة ثقافية منوعة تصدر كل شهرين
مارس - أبريل | 2020

مغاطس الكربون الطبيعية


إيمان عبدالله

طُرحت في الآونة الأخيرة مبادرات لحل أزمة التغير المناخي، كمشروع التريليون شجرة على مساحة تعادل مساحتي الولايات المتحدة الأمريكية والصين مجتمعتين، أو التوسع الكبير بزراعة أشجار المانغروف الساحلية. فهل يمكــن للحلــول الطبيعية، مثل زراعة الغابات أو التوسع في مشاريع الكربون الأزرق، أن تساعد في حل أزمة التغير المناخي عن طريق زيادة امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الغطاء الجوي؟ الإجابة الدارجة في الأوساط العلمية هي “نعم ولكن بشكــل جزئـي” حيث تعتمد بشكل أساسي على حدود المقدرة الذاتية لهذه الحلول الطبيعية وكذلك مدى تأثرها بالتغير المناخي.

يُخزَّن الكربون في أقطاب المناخ، أي النباتات والتربة والمحيطات وباطن الأرض على شكل وقود أحفوري وكذلك الغلاف الجوي، والمقصود بأقطاب المناخ الأشياء والأماكن التي يمكنها أن تحتبس الكربون أو تطلقه في الهواء. ويتغير سلوك المناخ بشكل جوهري بمعدل تدفُّق الكربون بين هذه الأقطاب، في ما يسمى بدورة الكربون الطبيعية. وتحافظ دورة الكربون على توازن طبيعي لمستوى الكربون بين هذه الأقطاب ومعدَّلات تدفّق شبه ثابتة، مما يسهم في الحفاظ على ازدهار الحياة على كوكب الأرض.
ولكن، بحلول الثورة الصناعية، زاد النشاط الصناعي والزراعي باطراد وبممارسات أسهمت في زيادة معدَّل تدفُّق الكربون من القشرة الأرضية إلى الغلاف الجوي وبمستوى متسارع، مما أخل بتوازن مستوى الكربون بين هذه الأقطاب.

يُعرف القطب المناخي على أنه حوض عندما يمتص ثاني أكسيد الكربون أكثر مما ينبعث منه، بينما يبث المصدر ثاني أكسيد الكربون بأكثر مما يمتصه. وتتغيَّر كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي في أي وقت بتغير التوازن الموجود بين الأحواض والمصادر. وقد تكون أحواض الكربون طبيعية، كالغابات والتربة والمحيطات، أو اصطناعية كعملية “حجز ثاني أكسيد الكربون وخزنه”. كذلك قد تكون المصادر طبيعية كانبعاثات البراكين، أو الحرائق، أو التحلل البيولوجي، أو تنفس الكائنات الحية، وقد يكون اصطناعياً ناتجاً عن النشاط البشري، حيث تُعدُّ الانبعاثات من المصادر الأحفورية من مسببات عدم توازن الكربون. بينما تُعدُّ الأحواض الطبيعية الرئيسة، الغابات والتربة والمحيطات، الأقطاب الأهم لتعديل أي خلل في توازن الكربون.
وهنالك نوعان من الأحواض الطبيعية: الأحواض الحيوية كالنباتات وغير الحيوية كالمحيطات. ويتم تبادل ثاني أكسيد الكربون بين الغطاء الجوي والمغاطس الطبيعية عبر عمليات مثل التمثيل الضوئي أو الامتصاص من خلال اختلافات الضغط.
يؤطر بعض علماء المناخ قضية التغير المناخي على النحو التالي. قبل الثورة الصناعية، كان مستوى تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي شبه ثابت، بينما بقي الكربون المخزَّن في الوقود الأحفوري محجوزاً في باطن الأرض لملايين السنين. ونظراً إلى المعدَّل الذي يتم به إطلاق ثاني أكسيد الكربون بعد الثورة الصناعية بسبب طريقة الاستخدام غير الفاعلة والمثيرة لانبعاث الوقود الأحفوري، لا تستطيع المغاطس الطبيعية امتصاصها كلياً بسبب مستواها المرتفع ووتيرتها المتسارعة، رغم أن هذه الزيادة هي صغيرة نسبياً مقارنة بمجمل الانبعاثات (كما يوضح الرسم البياني التالي). فقد أدَّى معدَّل التدفق نحو الغلاف الجوي بمرور الوقت إلى تراكم ثاني أكسيد الكربون فيه بمستويات عالية. بسبب حدود قدرة المغاطس الطبيعية الأخرى على امتصاص ثاني أكسيد الكربون، أدَّى ذلك لأن يكون مستوى الكربون بين قشرة الأرض والغلاف الجوي في حالة “توازن غير طبيعية”. وإذا أضفنا زيادة تراكم غازات الدفيئة الأخرى كالميثان وثاني أكسيد النيتروجين الناجمين عن النشاط الزراعي، تنتج عن ذلك ظاهرة الاحتباس الحراري ومجموعة واسعة من التغيرات المناخية غير الاعتيادية.

يتنقل الكربون بين الغلاف الجوي وأشجار الغابات في دورة مستمرة، تُعرف باسم “دورة الكربون الحرجية”. حيث تمر الغابات عموماً بدورات بين النمو والموت، والتناوب بين امتصاص الكربون وإطلاقه. وجوهر دورة الكربون الحرجية هو تراكم الكربون مع النمو، وإطلاقه عندما تموت الشجرة.

خصائص مغاطس الكربون الطبيعية
الغابات والتربة

الغابات جزء مهم من دورة الكربون الطبيعية. فالنباتات تستخدم أشعة الشمس لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء والمواد المغذية في التربة إلى سكريات وكربوهيدرات أخرى تتراكم في الأوراق والأغصان والسيقان والجذور وكذلك التربة المحيطة، عبر عملية التمثيل الضوئي. وتختلف كفاءة ونسب التخزين في كل جزء من النبتة بشكل كبير، اعتماداً على نوع النبات وعمره ونمط نموه والظروف البيئية المحيطة، كنمط الانكشاف لأشعة الشمس وتوفر المياه والمواد المغذية. وفي الوقت نفسه، تُطلق الغابات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بمستوى أقل، ولكن بمستوى قريب من القابلية للامتصاص. ويحصل ذلك عن طريق تنفس النبات في حال غياب ضوء الشمس أو الجفاف وكذلك حرائق الغابات.
يتنقل الكربون بين الغلاف الجوي وأشجار الغابات في دورة مستمرة، تُعرف باسم “دورة الكربون الحرجية”. حيث تمر الغابات عموماً بدورات بين النمو والموت، والتناوب بين امتصاص الكربون وإطلاقه. وجوهر دورة الكربون الحرجية هو تراكم الكربون مع النمو، وإطلاقه عندما تموت الشجرة.
تموت الشجرة إما طبيعياً أو بقطعها أو حرقها أو اقتلاعها في عاصفة أو تجمدها أو قتلها من الحشرات أو الأمراض. وقد يستغرق التحلل الطبيعي من عدة أسابيع إلى عدة عقود لكي تتحلل الكتلة الحيوية تماماً، تبعاً لظروف الموقع، حيث يتم تخزين بعض الكربون في التربة وبعضه الآخر يطلق في الغلاف الجوي مباشرةً. وفي المحصلة، تتأثر عمليات دورة الكربون الحرجية، أي التمثيل الضوئي، والتنفس النباتي والتحلل البيولوجي، في غابة معينة بالظروف المناخية وتركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

في الآلية العضوية، توفِّر بعض النظم البيئية الأخرى تخزيناً عالي الكثافة للكربون، وتشمل هذه الأراضي الرطبة الساحلية عن طريق أشجار المانغروف كما على جزر فرسان في إمارة جازان بالمملكة العربية السعودية

تعد التربة حوضاً مهماً للكربون، يرتبط ارتباطاً وثيقاً بالغطاء النباتي. ويُخزن الكربون في التربة من الغلاف الجوي عن طريق جذور النباتات، أو بقايا الكتلة الحيوية للنباتات والكائنات الحية التي يتم تخزينها أو الاحتفاظ بها كجزء من المادة العضوية للتربة. كما يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون من التربة ببطء إلى الغلاف الجوي بالتحلل البيولوجي، عن طريق الكائنات المجهرية المستوطنة للتربة. وتعتمد كفاءة خزن الكربون في التربة على طبيعة الكتلة الحيوية، والمحتوى الطيني، والمحتوى المعدني، والرطوبة وأنماط تغير درجات الحرارة. وتتميز تدفقات ثاني أكسيد الكربون إلى التربة بوتيرة موسمية في معظم المواقع، حيث يتزامن الحد الأقصى من الانبعاثات مع فترات نمو النبات النشط. ويتم استنفاد محتوى الكربون المختزن في التربة بانخفاض كمية الكتلة الحيوية عبر الزمن. فمثلاً يؤدي تخصيب التربة بالأسمدة غير العضوية على حساب العضوية إلى تحجيم المادة العضوية المحتواة وندرة المواد المغذية، مما يؤدي إلى أن تشرع الكائنات المجهرية المستوطنة في تحليل مركبات الكربون الموجودة في التربة بوتيرة متسارعة، والمساهمة في تقليل خصوبتها.
إن الممارسات البشرية، كقطع الأشجار وتحويل الغابات لأراضٍ زراعية وتربية الماشية، تغيِّر دورة الكربون الحرجية. فهي تغير تدفق وتخزين الكربون عن طريق تغيير مستويات الكتلة الحيوية، وأنماط النمو النباتي، وتغيير الخصائص الكيميائية والفيزيائية للتربة. فمثلاً، قطع الأشجار لاستغلالها تجارياً قد يؤثر سلباً أو إيجاباً على محصلة تدفق ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي. فهي تعتمد على نسبة الكربون الذي تمت إزالته من الموقع وكيفية التخلص من المنتجات الثانوية وكفاءة ممارسات إعادة التشجير، كما أن قطع الأشجار المعمّرة لاستغلالها تجارياً وإحلالها بأشجار أكثر شباباً هو ذو مردود إيجابي لأنه يزيد من امتصاص الكربون وتخزينه.
فبشكل عام، تؤدي الممارسات البشرية السلبية في إزالة الغابات إلى انخفاض مستويات الكربون في التربة وإطلاقه في الغلاف الجوي، ولكن تأثيرها يختلف باختلاف مناخها المحلي. وباختلاف نوعية الغابات. إذ تُعدُّ الغابات المدارية التي تحصل على أمطار غزيرة أو “الأدغال”، ذات أهمية بالغة لامتصاص الكربون وخزنه على حساب إطلاقه، حيث يبلغ متوسط امتصاصها حوالي 110 أطنان لكل فدان. ويخزن نصف الكربون في الكتلة النباتية، والكربون المتبقي في التربة. بينما تخزن الغابات المعتدلة بشكل عام كمية أقل من الكربون، حيث يبلغ متوسطها حوالي 70 طناً لكل فدان، أكثر من ثلث هذه الكمية في الغطاء النباتي، والباقي في التربة. ويرجع ارتفاع النسبة إلى تباطؤ معدَّلات التحلل البيولوجي. أما الغابات الشمالية فمعدّل خزن الكربون فيها أكبر من الغابات المعتدلة أو المدارية، حيث يبلغ متوسطها أكثر من 180 طناً لكل فدان، ولكن مساحاتها محدودة. ونحو سدس الكربون في الغابات الشمالية يُخزن في النباتات. أما الباقي، أي %84، فيخزن في التربة. ومقارنة بالمعتدلة، فإن إزالة الغابات المدارية بغرض الزراعة هو أكثر ضرراً على صعيد بإطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

المحيطات والكربون الأزرق
تختزن المحيطات، الكربون بمستوى أقل من الغابات والتربة، ولكنه كبير جداً، ويرجع ذلك أساساً إلى الحجم الكبير ووجود آلية الخزن غير العضوية، بتدفّق ثاني أكسيد الكربون إلى المحيطات بفعل الفرق في الضغط، وخزنه في شكل كربونات الكالسيوم والمغنيسيوم. إضافة إلى الآلية العضوية، حيث تقوم بعض الكائنات البحرية الحية بدور مهم في تدوير الكربون وإعادة توزيعه رأسياً في عمود الماء وأفقياً عبر أحواض المحيط.
في الآلية العضوية أيضاً، توفر بعض النظم البيئية الأخرى تخزيناً عالي الكثافة للكربون، وتشمل هذه الأراضي الرطبة الساحلية عن طريق أشجار المانغروف و”المستنقعات المدية” و”الأعشاب البحرية”. وغالباً ما يشار إليه باسم الكربون الأزرق. وفي المتوسط، فإن آلية الكربون الأزرق أسرع بنحو 35 إلى 57 مرّة من الغابات المدارية. على الرغم من تشكيلها حوالي 0.2 في المئة فقط من سطح المحيط، فإنها مسؤولة عن تخزين أكثر من 50 في المئة من الكربون في الرواسب البحرية. وعلى الرغم من تغطية هذه الأراضي حوالي 3 في المئة بالنسبة لمساحة اليابسة، فإنها تحتوي على حوالي 30 في المئة من الكربون العضوي في التربة. وتمتص ثاني أكسيد الكربون عن طريق التمثيل الضوئي وتبني كتلتها الحيوية التي يمكن أن تتراكم في التربة البحرية كمادة عضوية، كما تطلق كلاً من غاز ثاني أكسيد الكربون والميثان، بنسبة أقل قليلاً. ويختلف التوازن بين امتصاص الكربون وإطلاقه حسب الظروف البيئية للأراضي الرطبة.
تترابط النظم البيئية الساحلية وقيعان المحيطات ارتباطاً وثيقاً. قد تكون بعض مناطق قاع البحر إما حوضاً أو مصدراً صافياً للكربون. إذ تختلف كمية الكربون المختزن في المحيط، والكمية التي يتم عزلها في الرسوبيات الساحلية تبعاً لهذا الترابط. فالسواحل الأكثر عرضة للكوارث الطبيعية، والتلوث، هي في أعلى السلسلة الغذائية لهذا الترابط، مما يجعل الحفاظ عليها أهم للحياة والتنوع البيولوجي في البيئة البحرية.

أثر التغير المناخي
على أحواض الكربون الطبيعية

لا تتأثر كفاءة أحواض الكربون الطبيعية في امتصاص ثاني أكسيد الكربون بالممارسات البشرية السلبية فحسب، بل تتأثر سلباً كذلك بالتغير المناخي. إذ يحذر بعض علماء المناخ من تحوُّل بعض أحواض الكربون الطبيعية المؤثرة إلى مصادر، فقد تبدأ قريباً في إصدار الغازات الدفيئة بمعدل أكبر من امتصاصها، إذا ظل الاحترار في منحى متصاعد. لذا، ينادي هؤلاء العلماء بوقف الانبعاثات أو تقليلها بشكل جذري بدلاً من الاتكال على تعزيز كفاءة وانتشار الأحواض الطبيعية.
يعتمد مدى تخزين الكربون في التربة على وتيرة ظروف الطقس المحلية. وبالتالي، فإنه يتغيَّر في سياق تغيُّر المناخ. فيعد “تنفس التربة” وتدفق ثاني أكسيد الكربون منها أحد أكثر المخاطر البيئية السلبية للتغير المناخي على الأحواض الطبيعية. كذلك من الممكن أن تكون الغابات مصدراً للكربون، كما يحدث أثناء حرائق الغابات أو عندما يكون هناك موت كثير من الأشجار الحية الذي يتعزَّز بزيادة درجة الحرارة والجفاف. وفي سياق آخر، تؤدي ظاهرتا النينيو والنينيا، اللتان يعتقد أنهما تحدثان نتيجة للتغير المناخي، إلى تغيرات في درجات حرارة سطح البحر، مما يؤدي بالطقس إلى أن يكون أدفأ وأجف في عديد من المناطق ومنها الغابات المدارية المطيرة، مما يقلل من النمو الطبيعي للنباتات ويحدُّ من قدرة الغطاء النباتي والتربة على امتصاص مزيـد من انبعاثـات ثـاني أكسيد الكربون.
كما أن زيادة تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون في الجو تؤدي إلى زيادة امتصاصه من قبل المحيطات وزيادة حمضيتها. ومع ذلك، تعتمد كفاءة حوض الكربون المحيطي على عديد من التأثيرات المتنافسة التي تؤدي إلى محصلة سلبية للامتصاص. فالاحترار يزيد من التقسيم الطبقي للمحيط ويقلل من الذوبان ويقلل من الخلط العمودي ويزيد من تركيز ثاني أكسيد الكربون في الطبقة المختلطة بشكل أكبر من الطبقات السفلى، فيبطئ الدورة الحرارية الملحية، مما يؤدي إلى إبطاء إزالة الكربون الزائد من المحيط السطحي، وهذا ما يخل بالسلسلة الغذائية للكائنات وبإيصال الغذاء وغاز ثاني أكسيد الكربون لها في الطبقات الأعمق. كذلك، يؤدي التحميض إلى إضعاف قدرة الشعاب المرجانية على بناء الهياكل العظمية الخاصة بها، مما يؤدي إلى تآكلها بشكل أسرع مما يمكنها إعادة البناء. ومن جهة أخرى، تؤدّي زيادة احترار المحيطات إلى إطلاق الميثان المثلج القابع في القيعان.

ضرورة تعزيز أحواض الكربون الطبيعية
إن حل أزمة المناخ لا يكمن في وقف الانبعاثات الذي يصعب تطبيقه في الوقت الحاضر، بل يكمن في تزامن تقليـل هذه الانبعاثات وزيادة كفاءة أحواض الكربون الطبيعية، كحل واقعي. إذ ما زال هناك مجال واسع لزيادة كفاءتها وانتشارها، وبالتالي تعزيز إسهاماتها في التصدي للتغير المناخي ومكافحة تحوُّلها إلى مصادر، وذلك ضمن إطار أوسع للحل. إن كلاً من إعادة زراعة المناطق الساحلية وزيادة انتشارها، وكذلك زراعة غابات مدارية جديدة، وإعادة تأهيل الغابات المتدهورة، وإثراء الغابات الحالية والحد من تقلصها لأغراض الزراعة ورعي الماشية أو التوسع الحضري، هي ممارسات أساسية تزيد من معدّل امتصاص وخزن الكربون في الكتلة الحيوية إذا ما اقترنت بتقليل الانبعاثات الصادرة من استخدام الوقود الأحفوري. وضمن هذا المنحى، لا بد من الإدارة الفعَّالة لممارسة قطع أشجار الغابات بتقنينها، بحيث تكون عاملاً إيجابياً في زيادة كفاءتها، وليس العكس. وأيضاً، لا بد من تعزيز التربة كحوض بتقنين الممارسات الزراعية الإيجابية. أما النباتات الساحلية، أي المنغروف والأعشاب البحرية والمستنقعات المدية، فلا بد من حماية آلياتها البيولوجية، التي يتم من خلالها تدوير الكربون وتخزينه داخل البيئة البحرية، وذلك لتعزيز كفاءة المحيطات كأحواض.
ختاماً، يشكك كثير من العلماء في قدرة مغاطس الكربون الطبيعية على التصدي بشكل منفرد للتغير المناخي بناءً على معطيين: الأول هو محدودية كلِّ من الموارد الطبيعية والتمويلية للوصول بانتشارها إلى “الكتلة الحرجة” القادرة على امتصاص تدفقات ثاني أكسيد الكربون الناتجة من استخدام الوقود الاحفوري. أما الثاني فيرجع إلى تأثير التغير المناخي على كفاءة مغاطس الكربون الطبيعية التراكمية بالسلب، والتي تعتمد أساساً على تفاوت كمي محدود بين امتصاص ثاني أكسيد الكربون وإطلاقه كما يحدث بين عملية التمثيل الضوئي وتنفس النبات. مما قد يحدُّ من قدرتها على التصدي لتطور تأثيرات التغير المناخي. لذلك فالحل يكمن في مزيج من تقليل الانبعاثات قدر الإمكان، وزيادة استخدام أحواض الكربون الاصطناعية، بالإضافة إلى زيادة كفاءة وانتشار مغاطس الكربون الطبيعية.


مقالات ذات صلة

يُعدُّ مشروع الجينوم السعودي واحداً من المشروعات الضخمة التي من شأنها أن تحدث نقلة نوعية متميزة تضع المملكة في مصاف الدول المتقدِّمة في أكثر البحوث العلمية تطوراً. وقد انطلق هذا المشروع الذي يُعدُّ واحداً من أفضل عشرة مشروعات في علم الجينوم حالياً عام 2013م، ودشَّن مختبره المركزي صاحب السمو الملكي الأمير محمد ابن سلمان في […]

هاجس الخوف من انقراض الأنواع قديم جداً. فالبشر يسعون إلى حفظ التنوّع البيولوجي للأنواع والنُّظُم البيئية التي يعتمدون عليها في الحصول على الغذاء والأكسجين. وبعدما كان حفظ البذور منذ آلاف السنين حُلماً، حَوّلت حضارتنا الحاليّة الحُلم إلى حقيقة. فاليومَ، توجد بنوك للبذور هدفها الحفاظ على التنوّع البيولوجي الجيني لضمان الأمن الغذائي للأجيال المقبلة. وتخزن هذه […]

تُعدُّ إزالة الأعشاب الضارة التي تنمو بين المزروعات والمحاصيل من أكبر التحديات التي واجهت وتواجه المزارعين منذ فجر عصر الزراعة. واعتبرت إزالتها عملاً مضنياً على مر العصور، إذ كانت تُقتلع بواسطة الأيدي حتى وقت قريب. أما في الوقت الحالي فتتم مكافحتها بالمبيدات الكيميائية التي تؤثر بشكل سلبي جداً على البيئة والصحة. لكن الذكاء الاصطناعي يعدنا […]


0 تعليقات على “مغاطس الكربون الطبيعية”


اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *