یافته‌های یک مطالعه بزرگ: بستر اقیانوس منجمد شمالی بیشتر کربن آزاد شده از ذوب شدن پرمافراست را جذب می‌کند

ذوب شدن پرمافراست قطب شمال مدت‌هاست که یکی از خطرناک‌ترین نقاط اوج در سیستم اقلیمی جهانی در نظر گرفته می‌شود. با گرم شدن این زمین یخ‌زده، تهدید می‌کند که ذخایر عظیمی از کربن آلی باستانی را در جو آزاد کند و یک اثر گلخانه‌ای فزاینده ایجاد کند که می‌تواند گرمایش جهانی را فراتر از کنترل انسان تسریع کند. دهه‌هاست که دانشمندان هشدار می‌دهند که فروریختن این خطوط ساحلی یخ‌زده در دریا، باعث افزایش فوری و فاجعه‌بار دی‌اکسید کربن و متان جوی خواهد شد.[5]

با این حال، یک مطالعه مهم که این هفته در مجله نیچر ژئوساینس (Nature Geoscience) منتشر شد، یک چرخش دلگرم‌کننده شگفت‌انگیز به این سناریوی آخرالزمانی ارائه می‌دهد. محققان کشف کرده‌اند که بستر اقیانوس منجمد شمالی به آرامی به عنوان یک مخزن عظیم کربن عمل می‌کند و اکثریت قریب به اتفاق مواد آلی آزاد شده در اثر فرسایش پرمافراست ساحلی را قبل از اینکه بتوانند به گازهای گرم‌کننده اقلیم تبدیل شوند، در خود حبس می‌کند. این مکانیسم حائل طبیعی، یک دفاع حیاتی در برابر حلقه‌های بازخورد سریع جوی فراهم می‌کند و درک دانشمندان از تعامل بین توده‌های زمینی در حال فرسایش و محیط دریایی را اساساً تغییر می‌دهد.[1][3]

این تحقیق که توسط مؤسسه آلفرد وگنر (Alfred Wegener Institute) و ماروم (MARUM) در دانشگاه برمن رهبری شد، اولین اندازه‌گیری دقیق از سرنوشت کربن پرمافراست خشکی را پس از ورود به محیط دریایی ارائه می‌دهد. تیم علمی با تمرکز بر مکانیسم‌های دقیق تجزیه کربن در اقیانوس، توانست مسیر حرکت مواد آلی باستانی را از صخره‌های در حال فروریختن قطب شمال تا اعماق تاریک و یخ‌زده بستر دریا ترسیم کند. یافته‌های آنها فرضیات نظری دیرینه را با داده‌های سخت و تجربی در مورد ظرفیت اقیانوس برای جذب رواناب خشکی جایگزین می‌کند.[2][4]

برای درک این مکانیسم پیچیده، دانشمندان هسته‌های رسوبی را از آب‌های نزدیک ساحل کیکیکتاروک (Qikiqtaruk)، که به عنوان جزیره هرشل (Herschel Island) نیز شناخته می‌شود و در قلمرو یوکان کانادای شمالی واقع شده است، استخراج و تجزیه و تحلیل کردند. این هسته‌های استوانه‌ای حاوی رسوبات زمین‌شناسی دست‌نخورده‌ای بودند که تقریباً پنجاه سال را در بر می‌گرفتند و به تیم تحقیقاتی این امکان را می‌دادند که جریان تاریخی و سرنوشت نهایی کربن را هنگام شسته شدن از خشکی و ته‌نشین شدن در اکوسیستم دریایی ردیابی کنند. محققان با بررسی لایه‌های متمایز گل و لای و بقایای آلی، توانستند دهه‌ها فرسایش ساحلی را بازسازی کرده و دقیقاً اندازه‌گیری کنند که چه مقدار کربن از انتقال از خشکی به دریا جان سالم به در برده است.[1][2]

ادعای اصلی که توسط تجزیه و تحلیل رسوبات ثابت شد این است که بستر دریا تقریباً ۹۰ درصد از کربن پرمافراست مشتق شده از خشکی را به دام می‌اندازد. تنها حدود ۱۰ درصد از مواد آلی باستانی دوباره معدنی می‌شوند—به این معنی که توسط میکروارگانیسم‌های دریایی به کربن غیرآلی محلول و گازهای گلخانه‌ای تجزیه می‌شوند که در نهایت می‌توانند به جو برسند. این نرخ دفن فوق‌العاده بالا، کربن را به طور مؤثری جدا می‌کند و آن را برای هزاران سال از چرخه فعال و کوتاه‌مدت اقلیم خارج می‌کند. حجم محض موادی که در رسوبات حبس می‌شوند، ترمز عظیمی را بر تسریع انتشار گازهای گلخانه‌ای قطب شمال ایجاد می‌کند که قبلاً اندازه‌گیری نشده بود.[1][3]

این یافته اساساً فرضیات قبلی را که فرسایش ساحلی منجر به آزادسازی فوری و عظیم دی‌اکسید کربن و متان در جو می‌شود، به چالش می‌کشد. شواهد این نرخ دفن بالا مبتنی بر تجزیه و تحلیل ایزوتوپی دقیق است، به ویژه با استفاده از ایزوتوپ‌های کربن-۱۳ و کربن-۱۴ برای تعیین سن و منشأ مواد آلی موجود در آب منفذی رسوبات. دانشمندان با ردیابی این امضاهای ایزوتوپی، توانستند کربن باستانی خشکی را به طور قطعی از کربن دریایی مدرن جدا کنند.[1][5]

امضاهای ایزوتوپی یک ویژگی رفتاری جذاب از میکروارگانیسم‌های دریایی را آشکار کرد: آنها بسیار گزینشی غذا می‌خورند. هنگامی که مخلوطی از کربن باستانی و خشکی از پرمافراست در حال ذوب و کربن دریایی تازه از شکوفایی‌های جلبکی اخیر به آنها ارائه می‌شود، میکروب‌ها به طور قاطع مصرف مواد دریایی تازه را ترجیح می‌دهند. کربن پرمافراست قدیمی‌تر، که برای هزاران سال تجزیه و منجمد شده است، تا حد زیادی توسط جوامع میکروبی که فرآیند معدنی‌سازی مجدد اقیانوس را هدایت می‌کنند، نادیده گرفته می‌شود. از آنجایی که میکروب‌ها هضم کربن خشکی را دشوار می‌یابند، آن را دست‌نخورده رها می‌کنند و به آن اجازه می‌دهند تا به طور ایمن در سوابق زمین‌شناسی ته‌نشین شود.[2][4]

از آنجایی که میکروارگانیسم‌ها تا حد زیادی کربن پرمافراست قدیمی‌تر را نادیده می‌گیرند، این کربن دست‌نخورده باقی می‌ماند و در بستر دریا ته‌نشین می‌شود و عملاً آن را از چرخه فعال کربن حذف می‌کند. این ترجیح میکروبی، مکانیسم بیولوژیکی حیاتی است که از یک حلقه بازخورد سریع جوی جلوگیری می‌کند. اگر میکروب‌ها کمتر گزینشی بودند و کربن باستانی را با همان سرعتی که جلبک‌های تازه را مصرف می‌کردند، مصرف می‌کردند، انفجار حاصل از تولید گاز گلخانه‌ای دریایی به شدت گرمایش جهانی را تسریع می‌کرد. در عوض، حیات میکروسکوپی اقیانوس به عنوان یک فیلتر غیرفعال عمل می‌کند و تضمین می‌کند که خطرناک‌ترین انتشارات خشکی به جای اینکه در هوا تنفس شوند، دفن می‌شوند.[1][2]

مقیاس کربن درگیر، این مکانیسم دفن را در سطح جهانی مهم می‌سازد. اکوسیستم‌های پرمافراست خشکی قطب شمال در حال حاضر تخمین زده می‌شود که ۱,۳۰۰ گیگاتن کربن آلی را ذخیره می‌کنند، که بخش عمده‌ای از آن از بقایای گیاهی دوران پلیستوسن (Pleistocene-era) مشتق شده است. ۴۰۰ گیگاتن دیگر نیز در حال حاضر در رسوبات اقیانوس و دلتاهای رودخانه ذخیره شده است. اگر حتی کسری از این مخزن عظیم به سرعت به گازهای جوی تبدیل شود، تلاش‌های فعلی انسان برای کاهش انتشار کربن صنعتی و تثبیت اقلیم را تحت‌الشعاع قرار خواهد داد. درک دقیق اینکه چه مقدار از این کربن فعالانه در گردش است در مقابل چه مقدار به طور ایمن دفن شده است، برای پیش‌بینی مسیر واقعی آینده اقلیم زمین ضروری است.[2][3]

در حال حاضر، فرسایش ساحلی سالانه تا ۰.۰۲ گیگاتن از این کربن را وارد اقیانوس منجمد شمالی می‌کند. با گرم شدن سیاره و عقب‌نشینی یخ‌های دریا—که خطوط ساحلی را در معرض طوفان‌های شدیدتر و تأثیر امواج قرار می‌دهد—پیش‌بینی می‌شود که این ورودی تا پایان قرن ۷۰ تا ۱۵۰ درصد افزایش یابد. فروریختن فیزیکی سریع خط ساحلی قطب شمال به این معنی است که ظرفیت بستر دریا برای جذب و دفن این مواد با حجم فزاینده‌ای از رواناب خشکی مورد آزمایش قرار خواهد گرفت.[4][5]

در حالی که توانایی بستر دریا برای جداسازی این کربن، بدترین سناریوهای جوی را کاهش می‌دهد، محققان بر عدم قطعیت‌های شفاف در یافته‌های خود تأکید می‌کنند. این مطالعه به طور خاص از رسوبات نزدیک ساحل نمونه‌برداری کرده است، به این معنی که ممکن است سرنوشت کامل بخش‌های کربن بسیار واکنش‌پذیر را که می‌توانند در ستون آب قبل از رسیدن به بستر دریا تجزیه شوند، در بر نگیرد. علاوه بر این، اگر دمای گرم‌تر اقیانوس در نهایت نرخ‌های متابولیک یا ترجیحات غذایی جوامع میکروبی دریایی را تغییر دهد، پویایی دفن کربن می‌تواند تغییر کند. اگر اقیانوس بیش از حد گرم شود، میکروب‌های در حال حاضر کند ممکن است شروع به مصرف کربن پرمافراست باستانی کنند و به طور بالقوه مخزن را به یک منبع تبدیل کنند.[1][5]

علاوه بر این، هجوم فیزیکی این حجم عظیم رسوب به اقیانوس ساحلی، پیامدهای زیست‌محیطی ثانویه‌ای ایجاد می‌کند که با دفن کربن کاهش نمی‌یابند. حجم عظیم خاک در حال فرسایش، آب را کدر می‌کند و به طور قابل توجهی دسترسی نور را برای فتوسنتز دریایی کاهش می‌دهد. همانطور که پرمافراست تیره در محیط نزدیک ساحل حل می‌شود، توده‌های وسیع و گل‌آلودی ایجاد می‌کند که نور خورشید مورد نیاز جلبک‌هایی را که میکروب‌های دریایی ترجیح می‌دهند بخورند، خفه می‌کند. این تیرگی فیزیکی ستون آب، یک عامل استرس‌زای شدید زیست‌محیطی را نشان می‌دهد که کاملاً مستقل از چرخه گاز گلخانه‌ای عمل می‌کند و لایه‌های بنیادی اکوسیستم ساحلی را تهدید می‌کند.[2][4]

این تیرگی آب‌های ساحلی مستقیماً بر تولید اولیه جلبکی، که پایه شبکه غذایی دریایی قطب شمال را تشکیل می‌دهد، تأثیر می‌گذارد. در نتیجه، در حالی که کربن ممکن است جو را گرم نکند، فرآیند فرسایش همچنان ماهی‌ها، سخت‌پوستان، فک‌ها و جوامع بومی محلی را که به این اکوسیستم‌ها وابسته هستند، تهدید می‌کند. از دست دادن تولید اولیه به سمت بالا آبشار می‌شود و به طور بالقوه پستانداران دریایی بزرگ‌تر را گرسنه نگه می‌دارد و شیوه‌های سنتی شکار و ماهیگیری چند صد ساله را در امتداد خطوط ساحلی شمالی مختل می‌کند. آسیب زیست‌محیطی نشان می‌دهد که حتی اگر از یک فاجعه اقلیمی در جو جلوگیری شود، تخریب محلی محیط دریایی همچنان یک بحران مبرم باقی می‌ماند.[3][4]

اکنون مدل‌سازان اقلیمی موظفند این نرخ‌های دقیق دفن را در پیش‌بینی‌های اقلیمی جهانی ادغام کنند. مدل‌های قبلی اغلب در درک ظرافت مرز اقیانوس و خشکی مشکل داشتند و گاهی اوقات سهم فوری گاز گلخانه‌ای ناشی از فرسایش پرمافراست ساحلی را بیش از حد تخمین می‌زدند. با گنجاندن نرخ دفن ۹۰ درصدی، دانشمندان می‌توانند الگوریتم‌های خود را برای تولید پیش‌بینی‌های دقیق‌تر و کمی کمتر نوسانی برای تجمع کربن جوی اصلاح کنند و به سیاست‌گذاران اجازه دهند استراتژی‌های کاهش خود را بر اساس شواهد تجربی قوی به جای فرضیات نظری بدترین حالت، بنا کنند.[5]

تیم تحقیقاتی AWI قصد دارد این یافته‌ها را از طریق کمپین آتی «نبض قطب شمال» (Arctic Pulse) در سال ۲۰۲۷ گسترش دهد و از کشتی یخ‌شکن پولاراشترن (Polarstern) استفاده کند تا بررسی کند که آیا این نرخ دفن بالا در سایر مناطق اقیانوس منجمد شمالی نیز صادق است یا خیر. گسترش دامنه جغرافیایی نمونه‌برداری رسوبات کمک خواهد کرد تا تأیید شود که آیا ترجیح میکروبی برای کربن دریایی تازه یک ویژگی جهانی اکوسیستم قطب شمال است، یا اینکه به مناطق ساحلی خاصی مانند جزیره هرشل محدود می‌شود. این تحقیق آینده برای تعیین انعطاف‌پذیری نهایی اقیانوس جهانی در مواجهه با ذوب شدن فزاینده خشکی حیاتی خواهد بود.[2][4]

در نهایت، بسته شواهد ارائه شده توسط این مطالعه بر پیچیدگی حلقه‌های بازخورد اقلیمی زمین تأکید می‌کند. در حالی که قطب شمال سریع‌تر از هر منطقه دیگری در سیاره گرم می‌شود، ظرفیت حائل طبیعی محیط دریایی، یک دفاع حیاتی، هرچند جزئی، در برابر انتشار فزاینده کربن فراهم می‌کند. توانایی بستر دریا برای حبس کردن ارواح اکوسیستم‌های باستانی، لحظه‌ای نادر از اطمینان علمی را ارائه می‌دهد و ثابت می‌کند که سیاره هنوز مکانیسم‌های پنهان و قدرتمندی برای جذب شوک‌های یک اقلیم در حال تغییر سریع دارد.[1][5]