کشف یک فرآیند زمین‌شناختی پنهان که انتشار کربن ناشی از ذوب شدن خاک منجمد دائمی را جبران می‌کند

برای دهه‌ها، ذوب شدن پرمافراست قطب شمال به عنوان یکی از خطرناک‌ترین نقاط عطف در سیستم اقلیمی جهانی در نظر گرفته شده است. تخمین زده می‌شود که ۱۴۰۰ گیگاتن کربن در خاک‌های یخ‌زده نیمکره شمالی محبوس شده است—تقریباً دو برابر مقداری که در حال حاضر در جو زمین وجود دارد. ترس غالب این بوده است که با افزایش دمای جهانی، یخ ذوب شده و به میکروب‌ها اجازه می‌دهد تا از مواد آلی باستانی تغذیه کرده و مقادیر فاجعه‌باری دی‌اکسید کربن و متان را در هوا منتشر کنند.[3][4]

اما یک کشف مهم که این هفته در نشریه «نیچر ژئوساینس» (Nature Geoscience) منتشر شد، نشان می‌دهد که زمین دارای یک کمک‌فنر داخلی است که مدل‌های اقلیمی کاملاً آن را نادیده گرفته بودند. محققان یک فرآیند زمین‌شناختی پنهان—یک واکنش شیمیایی شامل مواد معدنی آهن و کلسیم واکنش‌پذیر—را شناسایی کرده‌اند که فعالانه کربن آلی را هنگام ذوب شدن پرمافراست به دام می‌اندازد و از رسیدن آن به جو جلوگیری می‌کند.[1][6]

این سازوکار، که به عنوان کمپلکس‌سازی کربن آلی-معدنی شناخته می‌شود، مانند یک اسفنج میکروسکوپی عمل می‌کند. وقتی پرمافراست ذوب می‌شود، نه تنها مواد گیاهی مرده را در معرض دید قرار می‌دهد، بلکه سطوح معدنی عمیق و دست‌نخورده‌ای را نیز نمایان می‌کند که از دوران پلیستوسن در یخ محبوس بوده‌اند. با جریان یافتن آب از طریق این لایه‌های خاکی تازه ذوب شده، کربن آلی با این مواد معدنی بسیار واکنش‌پذیر مخلوط می‌شود.[1][2]

در سطح مولکولی، آهن و کلسیم محکم به مولکول‌های کربن متصل می‌شوند. این پیوند شیمیایی از نظر فیزیکی کربن را محافظت می‌کند و مصرف آن را برای میکروب‌های خاک غیرممکن می‌سازد. اگر میکروب‌ها نتوانند کربن را بخورند، نمی‌توانند آن را به صورت دی‌اکسید کربن یا متان تنفس کنند. کربن با خیال راحت در زمین قفل می‌ماند و از یک تهدید بیولوژیکی به یک ترکیب زمین‌شناختی پایدار تبدیل می‌شود.[2][7]

مقیاس این بافر طبیعی قابل توجه است. بر اساس داده‌های جمع‌آوری شده در طول آزمایش آسیب‌پذیری قطب شمال-شمالگان ناسا (ABoVE) و تجزیه و تحلیل شده در مطالعات جدید، این فرآیند به دام انداختن معدنی می‌تواند انتشار کربن مورد انتظار پرمافراست را تا ۲۰ تا ۲۵ درصد جبران کند. اگرچه انتشار گازها را به طور کامل متوقف نمی‌کند، اما منحنی حلقه بازخورد قطب شمال را به طور قابل توجهی مسطح می‌کند.[3][5]

شواهد این پدیده از طریق کار میدانی گسترده در سراسر آلاسکا و سیبری جمع‌آوری شد. دانشمندان هسته‌های استوانه‌ای عمیق خاک را از مناظر ترموکارست—مناطقی که زمین به دلیل ذوب شدن یخ فروریخته است—استخراج کردند. با تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی این هسته‌ها، نوارهای متراکم «زنگ‌زده» و غنی از آهن را یافتند که به شدت با کربن آلی به دام افتاده اشباع شده بودند.[1][5][7]

مناظر ترموکارست، که قبلاً تصور می‌شد آسیب‌پذیرترین مناطق در برابر انتشار سریع کربن هستند، در واقع این اختلاط شیمیایی محافظ را تسریع می‌کنند. همانطور که زمین فرو می‌ریزد و آب جمع می‌شود، یک اثر همزن ایجاد می‌کند که کربن آلی محلول را با لایه‌های معدنی واکنش‌پذیر عمیق‌تر در پروفایل خاک در تماس مستقیم قرار می‌دهد. همان فروریزش فیزیکی که دانشمندان می‌ترسیدند، در واقع اختلاط مورد نیاز برای قفل کردن کربن را تسریع می‌کند.[2][5]

این کشف یک ناهنجاری پایدار در علم اقلیم را توضیح می‌دهد. سال‌هاست که اندازه‌گیری‌های میدانی انتشار CO2 از برخی مناطق در حال ذوب شدن قطب شمال به طور مداوم کمتر از آنچه مدل‌های بیولوژیکی پیش‌بینی می‌کردند، بوده است. تا کنون، دانشمندان نمی‌توانستند توضیح دهند که کربن گمشده به کجا می‌رود. درک اینکه ژئوشیمی به آرامی در حال غلبه بر زیست‌شناسی در این خاک‌ها است، این راز را حل می‌کند.[3][6]

مدل‌های اقلیمی جهانی، معروف به مدل‌های سیستم زمین (ESMs)، اکنون باید بازنویسی شوند. از لحاظ تاریخی، این مدل‌ها پرمافراست را صرفاً به عنوان یک سیستم بیولوژیکی در نظر می‌گرفتند و انتشار گازها را صرفاً بر اساس دما، رطوبت و فعالیت میکروبی محاسبه می‌کردند. با نادیده گرفتن شیمی خاک عمیق، مدل‌ها به طور سیستماتیک سرعت و شدت بازخورد کربن پرمافراست را بیش از حد تخمین زده بودند.[3][4]

با این حال، محققان مراقب هستند که محدودیت‌های این ترمز طبیعی را ذکر کنند. بافر معدنی دارای نقطه اشباع است. هنگامی که تمام سطوح آهن و کلسیم در معرض دید به مولکول‌های کربن متصل شوند، «اسفنج» پر خواهد شد. هر کربن اضافی که توسط ذوب شدن بیشتر آزاد شود، در برابر مصرف میکروبی و انتشار جوی آسیب‌پذیر خواهد بود.[1][4]

علاوه بر این، سازوکار به دام انداختن معدنی در جلوگیری از انتشار دی‌اکسید کربن بسیار مؤثر است، اما تأثیر آن بر متان پیچیده‌تر است. در محیط‌های به شدت غرقاب و کم‌اکسیژن مانند باتلاق‌های قطب شمال، دسته‌های مختلفی از میکروب‌ها متان تولید می‌کنند. اگرچه بافر آهن همچنان دسترسی کلی به کربن را کاهش می‌دهد، اما تهدید متان ناشی از مرطوب‌ترین مناطق پرمافراست را به طور کامل خنثی نمی‌کند.[6][7]

با وجود این هشدارها، پیامدهای این کشف برای سیاست اقلیمی جهانی به شدت مثبت است. این کشف به این معنی است که بودجه کربن جهانی—مقدار گازهای گلخانه‌ای که بشریت هنوز می‌تواند منتشر کند در حالی که گرمایش را زیر ۱.۵ یا ۲ درجه سانتیگراد نگه دارد—کمی بزرگتر و بخشنده‌تر از آنچه قبلاً محاسبه شده بود، است. «بمب کربنی» در حال نشت است، نه انفجار.[4][6]

در نهایت، این یافته بر انعطاف‌پذیری قابل توجه و اغلب پنهان سیستم‌های طبیعی زمین تأکید می‌کند. اگرچه بافر معدنی بشریت را از نیاز به کربن‌زدایی سریع اقتصاد جهانی مبرا نمی‌کند، اما حاشیه ایمنی حیاتی را فراهم می‌آورد. طبیعت در حال ارائه تخفیفی بر پیامدهای گرمایش است و زمان حیاتی را برای اجرای راه‌حل‌های انرژی پاک برای جهان می‌خرد.[3][6]