واحدة من أكثر الأشياء الرائعة عن كوكب الأرض هي الطريقة التي تشكل بها الحياة الأرض والأرض تشكل الحياة. علينا فقط أن ننظر إلى الوراء إلى حدث الأوكسجين الكبير (GOE) قبل 2.4 مليار سنة لمعرفة كيف شكلت أشكال الحياة الأرض. في تلك الحالة ، قامت العوالق النباتية المسماة البكتيريا الزرقاء بضخ الأكسجين في الغلاف الجوي ، مما أدى إلى إطفاء معظم الحياة على الأرض ، ومهد الطريق لتطوير الحياة متعددة الخلايا.
لقد استوفت الأرض المبكرة الشروط الأولية لظهور الحياة ، والآن ، تشكل أشكال الحياة الغلاف الجوي والمناظر الطبيعية والمحيطات بعدة طرق مختلفة.
أساس العديد من هذه التغييرات هو العوالق النباتية.
تتكون العوالق النباتية من أشكال الحياة المجهرية التي تعيش في كل من المياه المالحة والعذبة. إنهم منتجون أساسيون ، مما يعني أنهم في قاعدة السلسلة الغذائية. هم ذاتي التغذية ، وهذا يعني أن الكائنات الحية التي تتكون منها العوالق النباتية تصنع طعامها. إنهم ينتجون مركباتهم العضوية مثل الكربوهيدرات والبروتينات والدهون ، من مواد بسيطة في الغلاف الجوي مثل ثاني أكسيد الكربون (CO).2) ، وكل ذلك مدفوع بالشمس. كما أنها تأخذ العناصر الغذائية من الماء المحيط بها.
الرسوم التوضيحية (ليست على نطاق واسع) لبعض أنواع العوالق النباتية ، من اليسار إلى اليمين: البكتيريا الزرقاء ، المشطورة ، دينوفلاجيلات ، الطحالب الخضراء ، كوكوليثوفور. حقوق الصورة: بواسطة Collage مقتبس من الرسومات والصور الدقيقة بواسطة Sally Bensusen ، مكتب علوم مشروع EOS التابع لناسا - مرصد الأرض التابع لناسا ، المجال العام ، https://commons.wikimedia.org/w/index.php؟curid=78955265
الآن دراسة جديدة من وكالة الفضاء الأوروبية مبادرة تغير المناخ ينظر إلى العوالق النباتية العالمية على مدى 20 عامًا. بيان صحفي من وكالة الفضاء الأوروبية تعلن أن الدراسة تسمي العوالق النباتية 'مضخة الكربون' للكوكب.
ماذا يعني ذلك؟
ضخ الكربون ، ويسمى أيضًا الضخ البيولوجي ، هو تحويل الكربون من الغلاف الجوي إلى كربون عضوي. ثم يغوص هذا الكربون العضوي في أعماق المحيط ويتحلل. نتيجة لذلك ، يحتفظ المحيط بالكربون بدلاً من الغلاف الجوي. ينتهي جزء من هذا الكربون في الرواسب ، ويمكن عزله بعيدًا عن الغلاف الجوي لملايين السنين. يساعد ضخ الكربون في تنظيم الغلاف الجوي ، وبدونه يحتفظ الغلاف الجوي بنحو 200 جزء في المليون من الكربون أكثر مما يحتويه.
هذا مثال توضيحي لكيفية تشكيل الحياة للأرض: كيف يمكن أن تكون الأشياء إذا لم يكن غلافنا الجوي 407 جزء في المليون من ثاني أكسيد الكربون2(2018) ، ولكن كان أكثر من 600 جزء في المليون؟
يوضح هذا الرسم البسيط ضخ الكربون بين الغلاف الجوي والمحيطات. حقوق الصورة: من خلال العمل المشتق: McSush (talk) CO2_pump_hg.png: Hannes Grobe 21:52 ، 12 أغسطس 2006 (UTC) ، معهد ألفريد فيجنر للبحوث القطبية والبحرية ، بريمرهافن ، ألمانيا - CO2_pump_hg.png ، CC BY-SA 2.5 ، https://commons.wikimedia.org/w/index.php؟curid=4956173
تلعب العوالق النباتية دورًا مهمًا آخر: إنتاج الأكسجين. يقول العلماء إنهم ينتجون بين 50٪ و 85٪ من الأكسجين في العالم. من الصعب معرفة ذلك بالضبط ، لأن أعداد العوالق النباتية تتغير مع تغير الفصول.
الورقة الجديدة بعنوان ' الإنتاج الأولي ، مؤشر تغير المناخ في المحيط: التقديرات المعتمدة على الأقمار الصناعية على مدى عقدين . ' المؤلف الرئيسي هو جيما كولك ، عالمة فسيولوجيا العوالق النباتية من مختبر بليموث البحري في المملكة المتحدة. تم نشر الورقة في المجلة الاستشعار عن بعد .
نظرًا لأن العوالق النباتية هي منتجة أساسية في قاعدة السلسلة الغذائية ، فإن الاختلافات في أعدادها لها عواقب بعيدة المدى على الأرض. يمكن أن تؤثر التغييرات ليس فقط على تركيز ثاني أكسيد الكربون2في الغلاف الجوي ، ولكن أيضًا أشياء مثل التنوع البيولوجي ومجموعات الأسماك.
قال المؤلف الرئيسي كولك في بيان صحفي: 'يتفهم الجميع سبب أهمية الغابات المطيرة والأشجار - فهي رئتي الأرض ، حيث تمتص ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي'. 'ما يتم تجاهله هو أن المحيطات لها نفس الأهمية - فكل نفس ثانية تأخذه تأتي من المحيطات.'
مع التأثير المتزايد لتغير المناخ في عالمنا ، فإن حالة العوالق النباتية تلفت انتباه العلماء. إنهم يريدون أن يعرفوا كيف ستستجيب العوالق النباتية لارتفاع درجة حرارة المحيط على السطح ، حيث تعيش العوالق النباتية. تعتبر بيانات الأقمار الصناعية جزءًا مهمًا من فهمهم.
تختلف العوالق النباتية وتأثيراتها بشكل كبير ، بسبب الموقع الجغرافي والتغيرات الموسمية والتغيرات من سنة إلى أخرى. لكن بشكل عام ، وجدت الدراسة التي استمرت عقدين ذلك الإنتاج الأولي تتراوح بين حوالي 38 إلى 42 جيجا طن من الكربون سنويًا. كما سلطت الدراسة الضوء على بعض الاختلافات الإقليمية. الإنتاج الأولي أكبر في المناطق الساحلية مقارنة بالمحيطات المفتوحة.
كتب المؤلفون في ورقتهم البحثية ، 'يتم فرض الإنتاج الأولي للعوالق النباتية بفعل الظروف الفيزيائية والكيميائية في عمود الماء ، بما في ذلك درجة الحرارة والضوء والمغذيات الدقيقة والمغذيات الكبيرة. وتتأثر هذه الدوافع بالتغيرات الموسمية وبين السنوية والمتعددة العقود في عمليات المحيطات والغلاف الجوي '.
أشار الفريق إلى المناطق القطبية على سبيل المثال. 'على سبيل المثال ، يتأثر الإنتاج الأولي للعوالق النباتية في المناطق القطبية بشدة بأنماط الإشعاع الشمسي الموسمية وتكوين طبقات مختلطة سطحية بسبب ذوبان الجليد في الربيع والصيف.'
أظهرت الدراسة أيضًا أن نشاط العوالق النباتية تغير استجابة لأشياء مثل الطفل ، ال تذبذب شمال الأطلسي ، و ال المحيط الهندي ثنائي القطب. هذه الظواهر الثلاث هي التغيرات في درجة حرارة المحيط في حالات النينيو والمحيط الهندي ثنائي القطب ، والضغط الجوي في تذبذب شمال الأطلسي.
يمكن للدراسات طويلة المدى مثل هذه أن تخدم غرضين. يمكنهم إظهار كيفية استجابة العوالق النباتية للتغيرات في المناخ ، ويمكنهم أيضًا الإشارة إلى التحولات.
تكاثر الطحالب في بحر البلطيق. تكاثر الطحالب هو التكاثر السريع للعوالق النباتية. في هذه الأحداث ، يتم تلوين المحيط باللون الأخضر بواسطة الكلورفيل ، مما يجعل من السهل اكتشاف هذه الإزهار بواسطة الأقمار الصناعية. ائتمان الصورة: يحتوي على بيانات Copernicus Sentinel المعدلة (2019) ، التي تتم معالجتها بواسطة ESA ، CC BY-SA 3.0 IGO
Shubha Sathyendranath من مختبر بليموث البحري ، وهي أيضًا رائدة العلوم في مبادرة تغير المناخ بلون المحيط. Sathyendranath هو مؤلف مشارك في الدراسة ، وفي أ خبر صحفى قالت ، 'على الرغم من أن سجلات البيانات تمتد لمدة 20 عامًا ، فمن المهم الانتظار 30 عامًا على الأقل حتى تتمكن من تحديد أي اتجاه مناخي واضح بثقة كافية.'
وتابع ساتيندراناث قائلاً: 'من الأهمية بمكان أن يتم توسيع مجموعة بيانات لون المحيطات كجزء من مبادرة تغير المناخ والحفاظ عليها على أساس منتظم ، حتى يكون لدينا سجل تجريبي لاستجابة الكائنات الحية في المحيطات للتغيرات في المناخ'. 'من هذا ، يمكننا تطوير نماذج موثوقة ، حتى نتمكن من التنبؤ بدقة بالتغيير من أجل التكيف مع تأثيرات العالم المتغير.'
إن دراسة تأثيرات العوالق النباتية ليست سهلة ، ولا يمكن للاستشعار عن بعد عبر الأقمار الصناعية أن يفعل ذلك بمفرده. يتطلب أيضًا قياسات في الموقع. ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن الاستشعار عن بعد يجب أن يحدد معدل نشاط التمثيل الضوئي للألوان التي تراها في المحيط حيث تنشط العوالق النباتية. لا تستطيع قياسات الأقمار الصناعية التمييز بسهولة بين نشاط التمثيل الضوئي والإشعاع. تستخدم الدراسة ما يسمى ب التمثيل الضوئي مقابل منحنى الإشعاع (PI) .
في هذه الدراسة ، استخدم المؤلفون 83 مقاطعة مختلفة من المحيط ، أو المقاطعات البحرية ، واعتمدوا أيضًا على قياسات في الموقع للعوالق النباتية من دراسات أخرى.
تم الحصول على عينات من تجارب التركيب الضوئي مقابل تجارب الإشعاع (PI) من قواعد البيانات والأدبيات ذات التغطية الموسمية في كل مقاطعة جغرافية حيوية. تم استخدام ما مجموعه 8676 تجربة P-I في هذه الدراسة ، غطت 53 مقاطعة جغرافية حيوية و 96.6٪ من محيطات العالم. تم الحصول على تغطية معطيات موسمية عالية لـ 37 مقاطعة (3-4 مواسم ، تغطية 79.9٪). حقوق الصورة: Kulk et al ، 2020.
هذه الدراسة مهمة ليس فقط لأنها تمتد إلى عقدين من الزمن. كما أنها شاملة بشكل استثنائي ، وتستفيد من تقنية لم تكن متوفرة في الماضي.
في ختام ورقتهم ، كتب المؤلفون: 'إنها المرة الأولى التي يتم فيها الجمع بين الملاحظات الخاضعة للرقابة العالية ، والمتعددة المستشعرات ، والتصحيح بين أجهزة الاستشعار ، ولون المحيطات الممتدة على مدى عقدين تقريبًا مع زيادة التغطية المكانية والزمانية من الملاحظات في الموقع لبارامترات التمثيل الضوئي للعوالق النباتية ، لحساب حجم وتقلب الإنتاج الأولي على نطاق عالمي. '
ولكن حتى مع هذه الدراسة المثيرة للإعجاب ، يقول المؤلفون - الحذرون كعلماء - إن عقدين من البيانات لا يمكن أن تخبرنا عن تغير المناخ. 'يمكن أن يكون التباين في الإنتاج الأولي العالمي السنوي مرتبطًا بالتقلبات السنوية والمتعددة العقود ، مثل أن السجل الحالي لملاحظات لون المحيط ليس بطول كافٍ لاكتشاف الاتجاهات المرتبطة بتغير المناخ.'
يشير المؤلفون أيضًا إلى الضعف في البيانات. 'ومع ذلك ، لا تزال هناك حاجة لتحسين تغطية بيانات P-I في مناطق واسعة من المحيطات العالمية. على وجه الخصوص ، لا تزال عينات مناطق واسعة من المحيط الهادئ والمحيط الهندي سيئة. '
أكثر:
- خبر صحفى: تسليط الضوء على مضخة الكربون الحية في المحيط
- ورقة ابحاث: الإنتاج الأولي ، مؤشر تغير المناخ في المحيط: التقديرات المعتمدة على الأقمار الصناعية على مدى عقدين
- الكون اليوم: كما تراه من الفضاء: تزهر العوالق النباتية الجميلة