یافته‌های علمی جدید نشان می‌دهد که ذخیره‌گاه‌های کربن در شمال تحت فشارند و اهداف اقلیمی جهانی را تهدید می‌کنند

برای دهه‌ها، گستره‌های وسیعی از جنگل‌های شمالی (بوریال)، توندرا و پرمافراست که در سراسر نیمکره شمالی کشیده شده‌اند، به عنوان یکی از مطمئن‌ترین بافرهای اقلیمی سیاره عمل کرده‌اند. این اکوسیستم‌های شمالی از لحاظ تاریخی بخش عظیمی از دی‌اکسید کربن تولید شده توسط انسان را جذب کرده و آن را در خاک‌های عمیق و پوشش گیاهی متراکم ذخیره کرده‌اند. اما موجی از مدل‌سازی‌های علمی جدید که در سال ۲۰۲۶ منتشر شده، نشان می‌دهد که این اسفنج طبیعی حیاتی تحت فشار بی‌سابقه‌ای قرار گرفته است. با به‌روزرسانی مدل‌های اقلیمی قدیمی توسط محققان برای در نظر گرفتن عمق فیزیکی واقعی پرمافراست و افزایش دفعات آتش‌سوزی‌های شدید جنگلی، یک اجماع نگران‌کننده در حال شکل‌گیری است: ذخیره‌گاه کربن زمینی شمال در حال تضعیف است و ممکن است به زودی به یک منبع خالص انتشار گازهای گلخانه‌ای تبدیل شود.[4]

ذخیره‌گاه کربن زمینی شمال بر اساس یک تعادل بیولوژیکی ظریف بین فتوسنتز و تنفس عمل می‌کند. در طول تابستان‌های کوتاه و شدید قطب شمال، مناطق وسیعی از پوشش گیاهی، دی‌اکسید کربن را از جو جذب می‌کنند تا رشد کنند. از آنجا که این منطقه از لحاظ تاریخی بسیار سرد است، مواد گیاهی مرده‌ای که روی زمین می‌افتند، به طرز باورنکردنی کند تجزیه می‌شوند. این مواد آلی به جای پوسیدن و آزاد کردن کربن خود به هوا، در طول هزاران سال لایه به لایه روی هم انباشته شده و رسوبات عمیقی از پیت و پرمافراست را تشکیل می‌دهند که کربن را برای مدت طولانی در خود محبوس می‌کنند.[1][3]

با این حال، ارزیابی‌های اخیر، از جمله گزارش مهم «۱۰ بینش جدید در علم اقلیم ۲۰۲۵/۲۰۲۶»، نشان می‌دهد که این تعادل ظریف در حال تغییر است. ظرفیت این اکوسیستم‌های فراگرمسیری شمالی برای جذب کربن، نشانه‌هایی از یکنواخت شدن بلندمدت را نشان می‌دهد. این کاهش ناشی از ترکیبی از افزایش دمای سطح، ذوب تدریجی پرمافراست باستانی و افزایش شدید دفعات و شدت آتش‌سوزی‌های جنگل‌های شمالی است. این عوامل در کنار هم، سرعتی را که میکروارگانیسم‌ها مواد آلی را تجزیه می‌کنند، تسریع می‌بخشند و کربن ذخیره شده را سریع‌تر از آنکه پوشش گیاهی جدید بتواند آن را جذب کند، به جو آزاد می‌کنند.

برای درک کامل آینده این ذخیره‌گاه، دانشمندان مجبور شده‌اند نرم‌افزارهای بنیادی که سیاست‌های اقلیمی جهانی را هدایت می‌کنند، بازنگری کنند. سال‌ها، بسیاری از مدل‌هایی که به پنل بین‌دولتی تغییرات اقلیمی (IPCC) اطلاعات می‌دادند، بر چارچوب‌هایی متکی بودند که در دهه ۱۹۸۰ برای علفزارهای معتدل توسعه یافته بودند. این مدل‌های قدیمی، مانند چارچوب CENTURY، ذخایر کربن را بر اساس زمان گردش (Turnover Time) آن‌ها دسته‌بندی می‌کردند، نه عمق فیزیکی‌شان. با این کار، آن‌ها عملاً ذخایر عظیم و عمیق کربنی را که منحصر به محیط قطب شمال هستند، نادیده می‌گرفتند و منجر به پیش‌بینی‌های بیش از حد خوش‌بینانه در مورد ثبات بلندمدت منطقه می‌شدند.[1]

یک مطالعه پیشگامانه که در مجله Science Advances منتشر شد، این نقطه کور حیاتی را با به‌روزرسانی مدل سیستم زمین ORCHIDEE-MICT اصلاح کرد. محققان دو فرآیند تشکیل کربن عمیق را که قبلاً کاملاً جداگانه مدل‌سازی شده بودند، ادغام کردند: انباشت پیت‌لندهای هولوسن و رسوب یدوما (Yedoma). یدوما نوع خاصی از پرمافراست غنی از کربن است که در دوران پلیستوسن تشکیل شده و حاوی مقادیر عظیمی از مواد آلی است که برای ده‌ها هزار سال منجمد باقی مانده است. با آوردن این عناصر در یک چارچوب منسجم واحد، دانشمندان سرانجام توانستند عمق فیزیکی واقعی خزانه‌های کربن شمالی را شبیه‌سازی کنند.[1]

با گنجاندن تا ۲۰ متر یدوما و ۱۰ متر پیت در سراسر سرزمین‌های شمالی، مدل به‌روز شده یک واقعیت تکان‌دهنده را آشکار کرد. ذخیره کربن آلی پیش از صنعتی شدن در نیمکره شمالی در واقع ۲,۰۲۸ پتاگرم است – تقریباً ۲۲۶ پتاگرم بیشتر از آنچه مدل‌های قدیمی تخمین زده بودند. نکته مهم این است که این کربن تازه محاسبه شده در ذخایر غیرفعال و بسیار پایدار محبوس نشده است. در عوض، عمدتاً در ذخایر «فعال» و «کند» متمرکز شده است که به محض شروع ذوب شدن یخ‌های اطراف، در برابر تجزیه سریع میکروبی بسیار آسیب‌پذیر هستند.[1]

پیامدهای این یافته‌ها برای چرخه جهانی کربن عمیق است. بر اساس مدل‌های قدیمی، پیش‌بینی می‌شد که منطقه پرمافراست شمالی تا پایان قرن، حتی تحت سناریوهای انتشار بالا، یک ذخیره‌گاه خالص کربن باقی بماند. با این حال، چارچوب به‌روز شده، یک جدول زمانی کاملاً متفاوت را پیش‌بینی می‌کند. این مدل نشان می‌دهد که منطقه پرمافراست آنقدر گرما انباشته خواهد کرد که از یک آستانه حیاتی عبور کرده و تا دهه ۲۰۵۰ تحت مسیرهای انتشار بالا، به یک منبع خالص کربن تبدیل می‌شود و قرن را با از دست دادن خالص کربن تا ۳۲ پتاگرم به پایان می‌رساند.[1]

این جدول زمانی تسریع شده توسط مدل‌سازی‌های مستقلی که با استفاده از چارچوب PRIME و مدل سطح زمین JULES انجام شده و اخیراً در Earth System Dynamics منتشر شده، تأیید می‌شود. محققان با شبیه‌سازی صریح فیزیک پرمافراست در کنار پوشش گیاهی پویا و آتش‌سوزی، دریافتند که انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از پرمافراست، خطر تبدیل شدن عرض‌های جغرافیایی بالای شمالی به یک منبع خالص کربن را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. نکته نگران‌کننده این است که این انتقال می‌تواند حتی اگر گرمایش جهانی زیر آستانه ۲ درجه سانتیگراد حفظ شود، رخ دهد، که نشان‌دهنده حساسیت شدید این اکوسیستم‌های آب و هوای سرد حتی به افزایش دمای متوسط است.[2]

فشار بر ذخیره‌گاه شمالی فقط یک پیش‌بینی نظری برای آینده نیست؛ بلکه امروز در جو قابل مشاهده است. داده‌های مورد حمایت آژانس فضایی اروپا نشان می‌دهد که موج‌های گرمای شدید در سال‌های اخیر به شدت ظرفیت زمین برای جذب کربن را تضعیف کرده است. در سال ۲۰۲۳، ذخیره‌گاه کربن زمینی جهانی به تنها یک پنجم ظرفیت معمول خود کاهش یافت، که ضعیف‌ترین عملکرد آن در دو دهه اخیر بود و سطح دی‌اکسید کربن جوی را به بالاترین حد خود رساند. اندازه‌گیری‌های رصدخانه‌های جهانی نشان داد که غلظت کربن جوی در مقایسه با سال قبل به طور قابل توجهی افزایش یافته است، که مستقیماً نشان‌دهنده توانایی کاهش یافته زیست‌کره برای تعدیل انتشار گازهای انسانی است.[3][4]

یکی از عوامل مهم این کاهش اخیر، مقیاس بی‌سابقه آتش‌سوزی‌ها در سراسر جنگل‌های شمالی کانادا بود. این آتش‌سوزی‌های عظیم تقریباً به اندازه کل انتشار سوخت‌های فسیلی آمریکای شمالی در آن سال، کربن در جو آزاد کردند، که آسیب‌پذیری شدید زیست‌توده روی زمین را که ذخیره‌گاه شمالی را تشکیل می‌دهد، آشکار ساخت. محققان اشاره می‌کنند که نیمکره شمالی، که معمولاً مسئول بیش از نیمی از جذب کربن جهانی است، نزدیک به یک دهه است که روند نزولی واضحی در ظرفیت جذب خود مشاهده کرده است.[3]

با این حال، یک نیروی متعادل‌کننده در این اکوسیستم وجود دارد که به عنوان «سبز شدن قطب شمال» شناخته می‌شود. با افزایش دما و بالا رفتن سطح دی‌اکسید کربن، حیات گیاهی در دوردست‌های شمال با قدرت بیشتری رشد کرده و دامنه خود را به توندراهای قبلاً بایر گسترش می‌دهد. در تمام سناریوهای انتشار مدل‌سازی شده، این رشد پوشش گیاهی پویا به تقویت ذخیره‌گاه کربن کمک می‌کند، دی‌اکسید کربن بیشتری را از هوا خارج کرده و از لحاظ نظری برخی از تلفات ناشی از ذوب پرمافراست و افزایش تنفس میکروبی را جبران می‌کند. این اثر سبز شدن یک بافر حیاتی ایجاد می‌کند که از وقوع سریع‌تر تبدیل ذخیره‌گاه به منبع جلوگیری می‌کند.[2]

با وجود این افزایش رشد گیاهی، بوم‌شناسان اکوسیستم هشدار می‌دهند که اثر سبز شدن محدودیت‌های بیولوژیکی سخت‌گیرانه‌ای دارد. انتظار می‌رود تقویت پیش‌بینی شده ذخیره‌گاه کربن از طریق پوشش گیاهی جدید، به دلیل محدودیت‌های شدید مواد مغذی در خاک نازک قطب شمال، نسبتاً سریع به اشباع برسد. علاوه بر این، حجم عظیم کربن باستانی محبوس شده در رسوبات عمیق پرمافراست، بسیار بیشتر از مقداری است که درختچه‌ها و درختان جدید می‌توانند به طور واقع‌بینانه جذب کنند، به این معنی که سبز شدن تنها می‌تواند انتقال نهایی را به تأخیر اندازد، نه اینکه از آن جلوگیری کند.[2]

درک این واقعیت که ذخیره‌گاه زمینی شمال به محدودیت‌های خود نزدیک می‌شود، اساساً محاسبات سیاست اقلیمی جهانی را تغییر می‌دهد. اهداف اقلیمی بین‌المللی، از جمله اهداف تعیین شده در توافقنامه پاریس، با استفاده از «بودجه کربن باقی‌مانده» محاسبه می‌شوند – یعنی کل مقدار گازهای گلخانه‌ای که بشریت هنوز می‌تواند منتشر کند در حالی که گرمایش را زیر یک آستانه مشخص نگه دارد. این بودجه‌ها از لحاظ تاریخی بر این فرض تکیه داشتند که ذخیره‌گاه‌های طبیعی به انجام کارهای سنگین ادامه خواهند داد و تقریباً نیمی از کل انتشار گازهای ناشی از فعالیت‌های انسانی را تا پایان قرن جذب خواهند کرد.[1]

اگر خاک‌های شمالی دهه‌ها زودتر از آنچه قبلاً تصور می‌شد به یک منبع خالص کربن تبدیل شوند، آن بودجه باقی‌مانده به طور قابل توجهی کوچک‌تر از آن چیزی است که سیاست‌گذاران برای آن برنامه‌ریزی کرده‌اند. این بدان معناست که انتشار گازهای گلخانه‌ای انسانی باید بسیار سریع‌تر کاهش یابد تا همان مسیر اقلیمی حفظ شود. سیستم زمین دیگر همان سطح از تعدیل طبیعی را فراهم نخواهد کرد و بشریت را مجبور می‌کند تا سهم بزرگ‌تری از بار تثبیت جو را بر عهده بگیرد.[1]

تحلیلگران سیاست اقلیمی تأکید می‌کنند که این علم جدید، خطر اتکای بیش از حد به راه‌حل‌های مبتنی بر طبیعت برای جبران انتشار گازهای صنعتی را برجسته می‌کند. در حالی که حفاظت و احیای اکوسیستم‌ها یک جزء حیاتی از مدیریت محیط زیست باقی می‌ماند، تضعیف ذخیره‌گاه‌های طبیعی کربن نشان می‌دهد که کاهش‌های عمیق و سریع انتشار گازهای گلخانه‌ای در منبع، حیاتی‌تر از همیشه است. کارشناسان استدلال می‌کنند که اتکا به طبیعت به تنهایی به طور فزاینده‌ای خطرناک است و روش‌های جدید و مبتنی بر فناوری برای حذف کربن باید برای تکمیل کاهش انتشار گازها، گسترش یابند.

در نهایت، در حالی که این مدل‌های به‌روز شده یک نقشه راه چالش‌برانگیزتر و فوری‌تر ارائه می‌دهند، اما یک خدمت حیاتی به جامعه جهانی می‌کنند. دانشمندان با نقشه‌برداری از عمق فیزیکی واقعی خزانه‌های کربن شمالی و شبیه‌سازی تعاملات پیچیده آتش، پوشش گیاهی و پرمافراست، تصویری بسیار دقیق‌تر از سیستم زمین به جهان ارائه می‌دهند. این وضوح به سیاست‌گذاران اجازه می‌دهد تا استراتژی‌های خود را بر واقعیت فیزیکی بنا نهند تا فرضیات قدیمی، و تضمین می‌کند که اقدامات اقلیمی آینده بر اساس دقیق‌ترین علم موجود استوار باشد.[1][2]