تظهر دراسة جديدة كيف يمكن أن يؤدي اختراق 'عتبة الكربون' إلى الانقراض الجماعي في محيطات الأرض
بين المجتمع العلمي والحكومات والمنظمات الإنسانية وحتى المخططين العسكريين ، يعتبر تغير المناخ أكبر تهديد فردي يواجه البشرية اليوم. بين الزيادات في المجاعة والمرض والفيضانات والنزوح والطقس القاسي والفوضى التي تنتج عن ذلك ، من الواضح أن الطريقة التي نتسبب بها في زيادة حرارة كوكبنا لها عواقب وخيمة.
ولكن هناك عددًا من السيناريوهات التي يمكن أن يؤدي فيها الضرر الذي يحدث الآن إلى تأثير جامح يؤدي إلى انقراضات جماعية. تم توضيح هذا الاحتمال في دراسة حديثة أجراها الأستاذ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا دانيال روثمان بدعم من وكالة ناسا والمؤسسة الوطنية للعلوم (NSF). وفقًا لـ Rothman ، نحن في خطر اختراق 'عتبة الكربون' التي يمكن أن تؤدي إلى تأثير هائل في محيطات الأرض.
روثمان ، أستاذ الجيوفيزياء والمدير المشارك لـ مركز لورنز في قسم علوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، أمضى السنوات القليلة الماضية في تحذيرنا بشأن العتبة الحرجة التي نواجهها. خلف في عام 2017 ، نشر ورقة فيتقدم العلمالذي حذر من أن محيطات الأرض قد تحتوي على ما يكفي من ثاني أكسيد الكربون بحلول عام 2100 لإحداث انقراض جماعي.
تحمض المحيطات وتأثيراته على الشعاب المرجانية. الائتمان: O. Hoegh-Guldberg (وآخرون)
منذ ذلك الحين ، صقل روثمان هذا التوقع من خلال دراسة الطريقة التي تستجيب بها دورة الكربون بمجرد تجاوزها عتبة حرجة. في ورقة جديدة ، والتي ظهرت فيوقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، استخدم روثمان نموذجًا رياضيًا بسيطًا طوره لتمثيل دورة الكربون في المحيط العلوي للأرض وكيف يمكن أن يتصرف عند تجاوز هذه العتبة.
تتكون هذه الدورة من الكربون الذي يتم إطلاقه في الغلاف الجوي للأرض (إلى حد كبير من خلال النشاط البركاني) ويتم تخزينه في وشاح الأرض على شكل معادن كربونات. تعمل محيطاتنا أيضًا بمثابة 'حوض للكربون' ، حيث تزيل الكربون الجوي من الهواء وتحوله إلى حمض الكربونيك. حافظت هذه الدورة على استقرار درجات حرارة الكوكب ومستويات حموضة المحيط بمرور الوقت.
عندما يذوب ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي في مياه البحر ، يكون له أيضًا تأثير في تقليل تركيزات أيونات الكربونات في المحيط. عندما تنخفض إلى ما دون عتبة معينة ، تبدأ الأصداف المصنوعة من كربونات الكالسيوم في الذوبان وتجد الكائنات الحية التي تعتمد عليها في الحماية صعوبة في البقاء على قيد الحياة.
هذا ضار لسببين. من ناحية أخرى ، فهذا يعني أن جزءًا مهمًا من دورة الحياة البحرية سيبدأ في الاختفاء. من ناحية أخرى ، تلعب الأصداف دورًا مهمًا في إزالة ثاني أكسيد الكربون من أعالي المحيط. يحدث هذا نتيجة اعتماد الكائنات الحية على أصدافها لمساعدتها على الغرق في قاع المحيط ، حاملة معها الكربون العضوي المتبقي.
منذ ما يقرب من 2.5 مليار سنة ، قرب نهاية العصر الأركي ، بدأت أكسدة غلافنا الجوي. الائتمان: ocean.si.edu
لذلك ، فإن الزيادات في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي (وما ينتج عنها من تحمض المحيطات) ستعني تقليل عدد الكائنات الحية المتكلسة وإزالة ثاني أكسيد الكربون. كما أوضح روثمان في مقابلة أجريت معه مؤخرًا أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا :
'إنها ردود فعل إيجابية. المزيد من ثاني أكسيد الكربون يؤدي إلى المزيد من ثاني أكسيد الكربون. السؤال من وجهة نظر رياضية هو ، هل هذه التغذية الراجعة كافية لجعل النظام غير مستقر؟ '
حدثت هذه العملية عدة مرات على مدار تاريخ الأرض. كما أشار روثمان في دراسته ، فإن الأدلة المستمدة من دراسة الطبقات الرسوبية تظهر أن مخازن المحيطات للكربون تغيرت بسرعة (ثم تعافت) عشرات المرات على مدى الـ 540 مليون سنة الماضية. أكثرها دراماتيكية حدث في نفس الوقت تقريبًا مع أربعة من خمسة انقراضات جماعية كبيرة في تاريخ الأرض.
في كل حالة من هذه الحالات ، استنتج روثمان أن الزيادات في ثاني أكسيد الكربون (سواء كانت تدريجية أو مفاجئة) تجاوزت في النهاية عتبة ، مما أدى إلى تأثير تسلسلي سريع يتضمن ردود فعل كيميائية. وقد أدى ذلك إلى ارتفاع شديد في درجة حموضة المحيطات وتضخيم تأثيرات العامل الأصلي.
علاوة على ذلك ، بالنسبة لما يقرب من نصف الاضطرابات في نموذج روثمان ، كان معدل زيادة الكربون هو نفسه بشكل أساسي بمجرد بدء الحركة. في حين أن المحفزات في الماضي كانت على الأرجح بسبب زيادة النشاط البركاني أو الأحداث الطبيعية الأخرى ، فقد حدثت على مدار عشرات الآلاف من السنين. اليوم ، تضخ البشرية ثاني أكسيد الكربون2في الغلاف الجوي بمعدل لم يسبق له مثيل في السجل الجيولوجي.
ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض إذا لم يتم امتصاص نصف انبعاثات الاحتباس الحراري. الائتمان: NASA / JPL / GSFC
كانت هذه إحدى النتائج الرئيسية لدراسة روثمان ، والتي أظهرت أن المعدل الذي يتم به ثاني أكسيد الكربون2تم تقديمه يلعب دورًا رئيسيًا في إخراج النظام من اللعبة. في حين أن الاضطرابات البسيطة في دورة الكربون ستستقر بمرور الوقت ولن تؤثر على الاستقرار المحيطي العام ، فإن الإدخال السريع لثاني أكسيد الكربون2من شأنه أن يؤدي إلى سلسلة من ردود الفعل الإيجابية التي تضخم المشكلة.
اليوم ، يدعي روثمان أننا 'على شفا الإثارة' ، وإذا حدث ذلك ، فمن المرجح أن تكون ردود الفعل والتأثيرات الناتجة مماثلة للكوارث العالمية الماضية. قال: 'بمجرد أن نتجاوز العتبة ، قد لا يكون من المهم كيف وصلنا إلى هناك'. 'بمجرد أن تتخطى الأمر ، فإنك تتعامل مع كيفية عمل الأرض ، وتذهب في رحلتها الخاصة.'
على الجانب الإيجابي ، أظهرت دراسته أيضًا أن محيطات الأرض (بناءً على المستويات الحالية من التحمض) ستعود إلى التوازن في النهاية ، ولكن فقط بعد عشرات الآلاف من السنين. يتوافق هذا النمط مع السجل الجيولوجي ، وتحديداً مع ثلاثة انقراضات جماعية على الأقل يعتقد أنها مرتبطة بالبراكين الضخمة المستمرة.
بعبارة أخرى ، إذا تجاوزت انبعاثات الكربون البشرية المنشأ العتبة واستمرت إلى ما بعده ، فقد تكون العواقب شديدة مثل الانقراض الجماعي السابق. قال روثمان: 'من الصعب معرفة كيف ستنتهي الأمور في ضوء ما يحدث اليوم'. 'لكننا على الأرجح اقتربنا من العتبة الحرجة. أي ارتفاع سيصل إلى أقصى حد له بعد حوالي 10000 سنة. نأمل أن يمنحنا ذلك الوقت لإيجاد حل '.
بالفعل ، يدرك المجتمع العلمي أن ثاني أكسيد الكربون البشري المنشأ2للانبعاثات تأثير على بيئة الأرض - وهو تأثير يمكن الشعور به لآلاف السنين. ومع ذلك ، تشير هذه الدراسة إلى أن هذه النتائج يمكن أن تكون أكثر دراماتيكية مما كان متوقعًا في السابق ويمكن أن تكون لا رجعة فيها بعد نقطة معينة. إذا لم يكن هناك شيء آخر ، فإن دراسة روثمان تسلط الضوء على الحاجة إلى تنفيذ الحلول الآن ، بينما لا يزال هناك متسع من الوقت.
قراءة متعمقة: مع