دراسة: تغير المناخ قد يعيق قدرة الغابات على سحب الكربون من الغلاف الجوي

أفادت دراسة جديدة بأن قدرة الغابات على سحب ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي ستتأثر مع ارتفاع درجة حرارة الكوكب بسبب تغير المناخ.

ويشرح العلماء عملية التمثيل الضوئي التي تقوم فيها الأوراق بتحويل ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين وطاقة على شكل سكر، والتي تحدث بشكل أفضل بين 59 درجة فهرنهايت و 86 درجة فهرنهايت (15 درجة مئوية و 30 درجة مئوية)، ويتم قبول أوراق المظلة على نطاق واسع لتكون قادرة على الحفاظ على درجة حرارة مثالية لعملية التمثيل الضوئي، حتى عندما يسخن الهواء المحيط بها.

ووجد الباحثون في جامعة ولاية أوريغون أن الأوراق تكافح بالفعل لتنظيم درجة حرارتها عندما ترتفع درجة حرارتها، ويتوقعون أن الاحترار العالمي يمكن أن يضعف قدرة الأوراق على البقاء باردة وبالتالي إجراء عملية التمثيل الضوئي، لا سيما في المناخات الدافئة.

قال المؤلف الرئيسي الدكتور كريس ستيل: “لطالما تم الاعتراف بدرجة حرارة الأوراق على أنها مهمة لوظيفة النبات بسبب تأثيرها على استقلاب الكربون وتبادل الماء والطاقة، إذا انخفض التمثيل الضوئي للمظلة مع زيادة درجة الحرارة، فإن قدرة الغابات على العمل كبالوعة كربون ستنخفض.”

ويضيف ستيل :”التمثيل الضوئي ضروري لبقاء النباتات الخضراء ويطلق الأكسجين كمنتج ثانوي، ويجب أن يتجاوز المعدل الذي يمتصه النبات للكربون معدل ثاني أكسيد الكربون المفقود أثناء التنفس حتى يكون له صافي بناء ضوئي إيجابي”.

ويُعتقد أن للأوراق مجموعة متنوعة من الآليات التي تمكنها من الاحتفاظ بالبرودة حتى مع ارتفاع درجة حرارة الهواء المحيط، فيما يُعرف باسم “حرارة الأوراق المنزلية، وتشمل تغيير زاوية الورقة بالنسبة للشمس، والتضحية ببعض الماء كـ “عرق” يتكثف عن سطحه ويخفض درجة حرارته”.

وتعد قدرة الأوراق على القيام بذلك ضرورية للحفاظ على درجة حرارة مثالية لعملية التمثيل الضوئي، مما يسمح للعملية أن تحدث بشكل أسرع من التنفس، وتقلل الآليات أيضا من خطر الإجهاد الحراري ونخر الأوراق، أو موت الأنسجة نتيجة لتدفق المياه المحدود.

قال الدكتور ستيل:”تقول الفرضية المعروفة باسم الحرارة المنزلية المحدودة للأوراق أنه من خلال مجموعة من السمات الوظيفية والاستجابات الفسيولوجية، يمكن للأوراق أن تحافظ على درجة حرارة النهار قريبة من أفضل درجة حرارة لعملية التمثيل الضوئي وأقل مما هو ضار لها، وعلى وجه التحديد يجب أن تبرد الأوراق تحت درجة حرارة الهواء عند درجات حرارة أعلى، وعادة ما تكون أعلى من 25 أو 30 درجة مئوية”.

تشير هذه النظرية أيضا بحسب الخبراء إلى أن تأثير ارتفاع درجة حرارة المناخ على الغابات سيتم تخفيفه جزئيا من خلال “استجابة التبريد” للأوراق.

لكن الدراسة التي نُشرت اليوم في Proceedings of the National Academy of Sciences تشير إلى أن الأوراق في مظلات الغابات غير قادرة على القيام بذلك.

استخدم الباحثون التصوير الحراري لفحص درجة حرارة أوراق المظلة في العديد من المواقع المجهزة جيدا في أمريكا الشمالية وأمريكا الوسطى على مدار عدة مواسم، وشمل ذلك الغابات المطيرة في بنما وخط الأشجار المرتفع في كولورادو.

تم تركيب الكاميرات الحرارية على أبراج مجهزة بأنظمة تقيس “تدفقات” الكربون والماء والطاقة – التبادلات بين الغابة والغلاف الجوي – بالإضافة إلى مجموعة من المتغيرات البيئية.

وجد أن أوراق المظلة لا تبرد نفسها باستمرار تحت درجات حرارة الهواء أثناء النهار أو تظل ضمن نطاق درجة حرارة ضيق، ورتفعت درجة حرارة أوراق المظلة بشكل أسرع من الهواء، متعارضة مع ما تنبأت به نظرية الحرارة المنزلية المحدودة للأوراق.

وظلت درجة حرارتهم في الواقع أعلى من المناطق المحيطة معظم اليوم، فقط لتبرد تحت درجة حرارة الهواء في منتصف بعد الظهر.

وبحسب الباحثين نظرا لأن الاحترار المناخي في المستقبل من المحتمل أن يؤدي إلى درجات حرارة أعلى لأوراق المظلة، فإن عدم القدرة الملحوظة على التنظيم الذاتي يمكن أن يؤدي إلى مشاكل خطيرة لأشجار الغابات، ويمكن للحرارة أن تجعل الأوراق تتجاوز الحد الحراري، حيث يبدأ صافي التمثيل الضوئي السلبي ويزداد خطر موت الغابات.

قال المؤلف المشارك في الدراسة أندرو ريتشاردسون، الأستاذ في جامعة شمال أريزونا: ” إذا كانت الأوراق أكثر دفئا بشكل عام من الهواء المحيط، كما تشير النتائج التي توصلنا إليها، فقد تقترب الأشجار من العتبات الحرجة لضغط درجة الحرارة بشكل أسرع مما نتوقع “.

ويقول العلماء إن درجة حرارة الأوراق تتأثر أيضا بحجمها، والذي يختلف وفقا للمناخ والموئل، مثل خط العرض أو هيكل المظلة.

وبحسب الخبراء عادة ما تكون النباتات التي تنمو في المناطق الحارة والجافة أصغر حجما ولديها قدرة أكبر على عكس ضوء الشمس، مما يسمح لها بإلقاء مزيد من الحرارة، ومع ذلك  فإن تلك التي تنمو في المناخات الدافئة والرطبة لها أوراق أكبر، وبالتالي يمكن بالفعل أن تقترب أو تتجاوز عتبات البناء الضوئي الصافي الإيجابي.

قال الدكتور ريتشاردسون لا تزال نتائجنا لها آثار كبيرة على فهم كيفية تأقلم النباتات مع الاحترار، وهي تشير إلى قدرة محدودة لأوراق المظلة على تنظيم درجة حرارتها، وتشير بياناتنا وتحليلاتنا إلى أن ارتفاع درجة حرارة المناخ سيؤدي إلى درجات حرارة أعلى لأوراق المظلة، مما يؤدي على الأرجح إلى تقليل قدرة امتصاص الكربون وفي النهاية تلف الحرارة.