درختان چقدر به طور موثر سطح دی اکسید کربن اتمسفر را کاهش می دهند؟

29 دسامبر 2022-© iStock/enot-poloskun

یک تیم بین المللی از محققان روش جدیدی را توسعه داده اند که به طور دقیق نشان می دهد که جنگل ها چقدر در کاهش سطح CO2 جو موثر هستند.این تحقیق که توسط دانشگاه کپنهاگ با همکاری دانشگاه ناتینگهام هدایت می‌شود، نشان می‌دهد که زمانی که جنگل‌ها برای اولین بار روی زمین پدیدار شدند، سطح CO2 اتمسفر بسیار کمتر از آنچه قبلاً تصور می‌شد بود. این یافته ها در طول 30 سال درک قبلی تغییر می کند و می تواند پیامدهای مهمی برای مبارزه با تغییرات آب و هوایی داشته باشد.

این مطالعه با عنوان «سطح پایین دی‌اکسید کربن اتمسفر قبل از ظهور اکوسیستم‌های جنگلی» در Nature Communications منتشر شده است.

چگونه جنگل ها جو زمین را تغییر دادند؟

سیاره ما برای اولین بار در حدود 385 میلیون سال پیش شروع به خلق جنگل ها کرد و قبل از ظهور گیاهان کم عمق بوته مانند با بافت آوندی، ساقه و ریشه های کم عمق که گل نداشتند، وجود داشت.

قبلاً تصور می شد که سطوح CO2 جو در آن زمان بسیار بالاتر از آنچه امروز دیده می شود، باعث ایجاد یک اثر گلخانه ای می شود که منجر به آب و هوای گرم تر می شود. اعتقاد بر این بود که ظهور جنگل ها به حذف CO2 از جو کمک می کند و منجر به خنک شدن زمین می شود.

با این حال، بازسازی سطوح دی‌اکسید کربن اتمسفر در گذشته زمین‌شناسی چالش‌برانگیز است و قبلاً به پروکسی‌های وابسته به پارامترهای فرضی متکی بود که منجر به عدم دقت می‌شد. دانشمندان آب و هوا موافق هستند که CO2 نقش مهمی در شکل‌دهی آب و هوای سیاره ما در گذشته و حال داشته است، اما اینکه چه میزان سطح CO2 اتمسفر کنترل می‌شود به شدت مورد بحث است. روش جدید محققان به دنبال حل این ابهام است.

پروفسور تایس دال، که این مطالعه را از موسسه گلوب در دانشگاه کپنهاگ رهبری کرد، توضیح داد: «ما یک مدل مکانیکی برای تبادل گاز بین برگ‌های گیاه و هوای محیط را به قدیمی‌ترین دودمان گیاهان خشکی آوندی، یعنی خزه‌ها، کالیبره کردیم. با این رویکرد، ما می‌توانیم سطح CO2 در هوا را تنها از روی مشاهدات انجام شده روی مواد گیاهی محاسبه کنیم.»

روش جدید نشان می‌دهد که چگونه جنگل‌ها بر سطح CO2 اتمسفر تأثیر می‌گذارند

روش نوآورانه آنها بر اساس سه دسته مشاهدات است که می توان در گیاهان زنده و بافت گیاهان فسیلی انجام داد، مانند نسبت دو ایزوتوپ کربن پایدار و اندازه و چگالی روزنه که از طریق آن گیاه CO2 جذب می کند. تیم این روش را در خزه‌های کلابی زنده کالیبره کرد و نشان داد که این روش می‌تواند به دقت سطوح CO2 محیط را در گلخانه بازتولید کند.

بری لومکس، پروفسور دانشگاه ناتینگهام و یکی از نویسندگان این مطالعه، اظهار داشت: «روش جدید کالیبره‌شده برای مطالعه سطوح CO2 از سوابق زمین‌شناسی، برتر از رویکردهای قبلی است که تخمین‌هایی با نوارهای خطای نامحدود تولید می‌کنند، صرفاً به این دلیل که به پارامترهایی که نمی توانند به طور مستقل در پرونده زمین شناسی محدود شوند.

این تیم از روش خود بر روی چندین فسیل از قدیمی‌ترین فسیل‌های گیاهان آوندی که قبل و بعد از تکامل درختان در سیاره ما زندگی می‌کردند، استفاده کردند و نشان دادند که نسبت دو ایزوتوپ کربن پایدار، کربن-13 و کربن-12، مشابه گیاهان مدرن است. علاوه بر این، چگالی و اندازه روزنه‌ها نیز مشابه بود، که باعث شد تحقیقات جامع‌تری درباره رکورد اولیه CO2 انجام شود.

دانشمندان داده هایی را از 66 فسیل از سه گونه مجزا از خزه های کلابی که در 9 منطقه مختلف در سطح جهان یافت شده اند، با سن 410 تا 380 میلیون سال به دست آوردند. سطح دی‌اکسید کربن اتمسفر تنها 30 تا 70 درصد بیشتر از امروز بود – 525 تا 715 قسمت در میلیون (PM) – در همه موارد. این به طور قابل توجهی کمتر از 2000 تا 8000 ppm است. علاوه بر این، محققان از مدل paleoclimate برای نشان دادن زمین یک سیاره معتدل با میانگین دمای هوای سطحی گرمسیری 24.1 تا 24.6 درجه سانتی گراد استفاده کردند.

گئورگ فولنر از مؤسسه آب و هوای پوتسدام در آلمان، که یکی از نویسندگان این مطالعه بود، گفت: «ما از یک مدل کاملاً جفت شده جو-اقیانوس استفاده کردیم تا متوجه شویم که زمین در هنگام ظهور جنگل ها دارای قطب های پوشیده از یخ است. با این حال، گیاهان زمینی می توانند در مناطق گرمسیری، نیمه گرمسیری و معتدل رشد کنند.

این تحقیق نشان می‌دهد که درختان واقعاً نقش ناچیزی در کاهش سطح CO2 اتمسفر در دوره‌های طولانی بازی می‌کنند، زیرا درختان اولیه سیستم‌های ریشه‌ای عمیق‌تری داشتند و خاک‌های توسعه‌یافته‌تری را تولید می‌کردند که با کاهش کمتر مواد مغذی همراه بود.

به دلیل بازیافت موثرتر مواد مغذی در خاک، درختان مصرف هوای کمتری نسبت به پوشش گیاهی درختچه مانند کم عمقی دارند که قبل از آنها زندگی می کنند. این با باورهای قبلی مبنی بر اینکه درختانی با سیستم ریشه‌ای عمیق‌تر حذف CO2 را از طریق افزایش هوازدگی شیمیایی و انحلال سنگ‌های سیلیکات تسریع می‌کنند، در تضاد است.

این مدل نشان می‌دهد که گیاهان آوندی بوته‌مانند ابتدایی به طور بالقوه باعث کاهش شدید CO2 جو در اوایل تاریخ و همزمان با انتشار در سیاره شدند. با این حال، این مدل همچنین نشان می‌دهد که اکوسیستم عروقی به طور هم‌زمان منجر به افزایش سطح CO2 اتمسفر می‌شود.