ممکن است گیاهان در صورت ادامه افزایش دما، جذب کربن را متوقف کنند طبیعت از دیرباز خود را با تغییرات اقلیمی زمین وفق داده است، اما توان موجودات زنده در برابر این تغییرات نیز محدودیتهایی دارد. در این میان، گیاهان نقش حیاتی در حفظ تعادل سیاره ایفا میکنند، چرا که دیاکسید کربن را جذب کرده و اکسیژن آزاد میکنند با این حال، پژوهشهای جدید نشان میدهد که افزایش دما ممکن است گیاهان را از آستانه تحملشان عبور دهد و توانایی آنها در تنظیم محیط زیست را تغییر دهد.
نگهداری کربن و چرخه آب به دست گیاهان
گیاهان یکی از پایههای اصلی زندگی روی زمین هستند. از طریق فرآیند فتوسنتز، آنها دیاکسید کربن را جذب کرده، آن را به انرژی تبدیل میکنند و اکسیژن آزاد میسازند. این فرآیند، گیاهان را به نوعی “مخزن کربن” تبدیل میکند که گازهای گلخانهای را جذب میکند؛ گازهایی که در غیر این صورت، منجر به گرمایش زمین میشدند.
علاوه بر جذب کربن، گیاهان در تنظیم چرخه آب نیز نقش دارند. آنها بخار آب را به جو آزاد میکنند که باعث خنک شدن زمین و حفظ سطح رطوبت میشود اما با افزایش دمای زمین، این تعادل ظریف ممکن است بهطور غیرمنتظرهای بههم بخورد دانشمندان همواره معتقد بودند که گیاهان در زمان گرمای شدید برای حفظ آب، روزنههای خود را میبندند. اما دکتر “شان میشالتز” استاد گیاهشناسی در دانشگاه بریتیش کلمبیا، واقعیتی شگفتانگیز را کشف کرده است.
تحقیقات او نشان میدهد که گیاهان بیش از آنچه قبلاً تصور میشد، از طریق سطح برگها (بهویژه لایه مومی یا کوتیکول) آب از دست میدهند. بر خلاف روزنهها که میتوانند در برابر گرما بسته شوند، کوتیکول بسته نمیشود. هر چه این لایه نازکتر باشد، آب بیشتری از گیاه خارج میشود این پدیده میتواند باعث کاهش فتوسنتز شود، جذب کربن را محدود کرده و حتی در شرایط شدید، گیاه را از یک “جذبکننده کربن” به یک “منبع تولید کربن” تبدیل کند.
ریسک پنهان از دست دادن آب توسط گیاهان
برای دههها، دانشمندان فرض میکردند که عمدهی آب گیاهان از طریق روزنهها از دست میرود؛ روزنههایی که در شرایط خشکی یا گرمای شدید میتوانند بسته شوند. این باور، پایه بسیاری از مدلهای اقلیمی و پیشبینیهای مرتبط با چرخه آب بود اما یافتههای جدید نشان میدهد که از دست دادن آب از طریق کوتیکول میتواند بسیار قابل توجهتر از آنچه پیشبینی میشد، باشد.
دکتر میشالتز میگوید:«وقتی دما بالا میرود، گیاهان از طریق کوتیکول بیشتر از روزنهها آب از دست میدهند. این موضوع توانایی آنها در جذب دیاکسید کربن را محدود میکند و نقش آنها بهعنوان مخزن کربن را کاهش میدهد.»در گرمای شدید، گیاهان برای حفظ فتوسنتز دچار مشکل میشوند؛ کربن کمتری جذب کرده و همچنان آب از دست میدهند. اگر دما بیش از حد بالا رود، جنگلها و دیگر اکوسیستمها ممکن است بهجای ذخیره کربن، آن را منتشر کنند. این تغییر نهتنها گرمایش زمین را تشدید میکند، بلکه به اکوسیستمهای جهانی نیز آسیب میزند.
طبق تخمین دکتر میشالتز، یک برگ متوسط اگر در معرض دمای ۵۰ درجه سانتیگراد قرار گیرد، میتواند روزانه نزدیک به یکسوم قاشق چایخوری آب را تنها از طریق کوتیکول از دست دهد اگر این پدیده در مقیاس جنگلها اعمال شود، میتواند چرخههای جهانی آب و کربن را بهشدت دگرگون کند. مدلهای اقلیمی فعلی ممکن است تأثیر این موضوع را دستکم گرفته باشند.
گرمای شدید میتواند عملکرد گیاهان را متوقف کند
همه گیاهان نسبت به گرما واکنش یکسانی ندارند. برخی گونهها میتوانند دماهای بالا را تحمل کنند، در حالی که سایرین در همان ابتدای افزایش دما آسیب میبینند در مطالعهای در شهر ونکوور، واکنش ۲۰۰ گونه گیاهی به گرما بررسی شد دکتر میشالتز میگوید:«پژوهش ما نشان میدهد که فتوسنتز در دمای بین ۴۰ تا ۵۱ درجه سانتیگراد شروع به فروپاشی میکند. در جریان موج گرمایی ۲۰۲۱، دما به ۴۹.۶ درجه رسید و گیاهان به مرز تحمل خود نزدیک شدند.»
اگر روند افزایش دما ادامه یابد، گیاهان ممکن است به نقطه شکست بحرانی برسند. تیم پژوهشی تخمین میزند که دمای ۶۰ درجه سانتیگراد حداکثر دمایی است که گیاهان میتوانند در آن زنده بمانند فراتر از این آستانه، پروتئینهای درون سلولهای گیاه تجزیه میشوند و این آسیب غیرقابل بازگشت است و در نهایت منجر به مرگ گیاه خواهد شد برخی گیاهان بیابانی و مناطق گرمسیری توانستهاند با شرایط سخت سازگار شوند، اما بیشتر گونهها این مقاومت را ندارند.
گیاهان ممکن است به منابع انتشار کربن تبدیل شوند
درک اینکه گرما چگونه بر گیاهان تأثیر میگذارد، برای پیشبینی تغییرات اقلیمی حیاتی است. اگر گیاهان به مرز دمایی خود برسند، ممکن است دیگر نتوانند دیاکسید کربن را جذب کنند و در عوض، آن را به جو بازگردانند؛ این یعنی کمک به گرمایش، نه مقابله با آن.دکتر میشالتز میگوید:«در سطح جهانی، پژوهشگران در تلاشاند نقطه عطفی را بیابند که در آن پوشش گیاهی زمین بیشتر از آنکه کربن جذب کند، آن را آزاد کند.
تخمینهای ما نشان میدهد که این نقطه ممکن است در حدود دمای ۳۰ درجه سانتیگراد باشد، اما هنوز عدم قطعیتهایی وجود دارد بهویژه در مورد اینکه چگونه ریزاقلیمها و میزان دسترسی به آب، فتوسنتز را در گرمای شدید تحت تأثیر قرار میدهند.»با توجه به اینکه میانگین دمای زمین هماکنون در حدود ۱۶ درجه سانتیگراد است، این آستانه ممکن است بسیار نزدیکتر از آن باشد که انتظار میرفت اگر گیاهان شروع به انتشار کربن بیشتری نسبت به جذب آن کنند، افزایش دمای زمین ممکن است سریعتر از پیشبینیهای فعلی رخ دهد.
درسهایی از پروژه بایوسفر ۲
رابطه گیاهان و محیط زیست مدتهاست که دانشمندان را مجذوب خود کرده و به اجرای آزمایشهایی منجر شده تا واکنش پوشش گیاهی به شرایط شدید بررسی شود.یکی از بلندپروازانهترین پروژههای تحقیقاتی در این زمینه، «بایوسفر ۲» بود؛ یک تأسیسات محصور که برای شبیهسازی یک اکوسیستم مستقل ساخته شد.
دکتر میشالتز بهعنوان پژوهشگر پسادکتری در این پروژه فعالیت داشت.او میگوید:«بایوسفر ۲ در ابتدا بهعنوان محیطی خودکفا طراحی شد که در آن انسانها بدون نیاز به اکسیژن یا منابع خارجی زندگی کنند. بعدها این پروژه به مرکز آموزش عمومی و تحقیقات تبدیل شد، جایی که من اثر دمای بالا بر گیاهان را در جنگل بارانی آزمایشگاهی بررسی کردم.»در طول این آزمایش، چالشهای غیرمنتظرهای نمایان شد. سطح دیاکسید کربن بهدلیل واکنشهای شیمیایی بالا رفت و انزوای طولانی باعث ایجاد استرس روانی در شرکتکنندگان شد. این نتایج غیرمنتظره، پیچیدگیهای نگهداری از محیط زیست مصنوعی را نشان داد.
چقدر به آستانه خطر نزدیک شدهایم؟ و چرا این موضوع اهمیت دارد؟
گیاهان میلیونها سال با تغییرات اقلیمی سازگار شدهاند، اما آنها شکستناپذیر نیستند. آنها دارای محدودیتهایی هستند که توسط قوانین فیزیکی زیستی تعیین شدهاند. اگرچه برخی گیاهان توانستهاند به گرمای شدید عادت کنند، اما بسیاری دیگر چنین ظرفیتی ندارند.دانشمندان اکنون در تلاشاند تا دقیقاً تعیین کنند که گیاهان در چه زمان و کجا تحت فشار گرمای جهانی به مشکل برمیخورند. برخی اندازهگیریهای اخیر نشان میدهد که گیاهان ممکن است هماکنون نیز به آستانههای خطرناک گرما نزدیک شده باشند.
اگر گرمایش زمین همچنان ادامه یابد، ممکن است گیاهان توانایی خود در تنظیم کربن موجود در جو را از دست بدهند و این، به ایجاد زنجیرهای از چرخههای بازخورد اقلیمی منجر میشود.پرسش اساسی دیگر این نیست که آیا گیاهان تحت تأثیر افزایش دما قرار خواهند گرفت یا نه، بلکه این است که چه زمانی این تأثیرات آشکار خواهند شد درک این محدودیتها برای پیشبینی آینده اکوسیستمهای زمین و نقش گیاهان در جهانی در حال گرم شدن، حیاتی است.
درک اثر گرما بر گیاهان نهتنها از نظر بومشناسی اهمیت دارد، بلکه برای امنیت غذایی، منابع آب، و برنامهریزی اقلیمی جهانی نیز حیاتی است. اگر پوشش گیاهی نتواند در برابر دماهای بالاتر تاب بیاورد، بسیاری از پیشبینیهای اقلیمی موجود ممکن است نیازمند بازنگری شوند اگر گیاهان بهویژه در مقیاسهای بزرگ مانند جنگلهای آمازون، تایگا و جنگلهای استوایی نقش خود را بهعنوان مخزن کربن از دست بدهند، ما نهتنها یکی از اصلیترین ابزارهای طبیعی خود را برای مقابله با تغییرات اقلیمی از دست خواهیم داد، بلکه ممکن است روند گرم شدن زمین تسریع یابد.
تأثیر بر کشاورزی و منابع طبیعی
تغییر در توانایی گیاهان برای جذب کربن، مستقیماً بر کشاورزی نیز تأثیر خواهد گذاشت. دمای بالا میتواند رشد محصولات زراعی را کاهش دهد، بهرهوری غذایی را کاهش داده و امنیت غذایی را به خطر بیندازد.در مناطقی که در حال حاضر با کمبود آب مواجهاند، افزایش تبخیر ناشی از کوتیکول میتواند تنشهای آبی را تشدید کند. در چنین شرایطی، حتی گیاهانی که قبلاً مقاوم تلقی میشدند، ممکن است دیگر نتوانند عملکرد مناسبی داشته باشند.
پژوهشگران تأکید میکنند که با وجود ناشناختههای فراوان، اطلاعات فعلی به اندازه کافی هشداردهنده هستند. ما به نقطهای نزدیک میشویم که گیاهان ممکن است بهجای کمک به کاهش گرمایش زمین، به تشدید آن دامن بزنند.این نقطه واژگونی (tipping point) اگر فرا برسد، میتواند به یک چرخه بازخورد منفی منجر شود: دمای بالا موجب کاهش فتوسنتز میشود، کربن بیشتری وارد جو میگردد، و این امر خود باعث افزایش بیشتر دما میشود چرخهای که ممکن است کنترل آن بسیار دشوار شود.
اقدامات لازم چیست؟
دکتر میشالتز و همکارانش توصیه میکنند که مدلهای اقلیمی باید دقیقتر و جامعتر شوند و تأثیر واقعی گرما بر گیاهان را در نظر بگیرند. همچنین، لازم است سیاستگذاران و برنامهریزان محیط زیست در تصمیمگیریهای آینده، ظرفیت گرمایی گیاهان و تغییر در رفتار آنها را لحاظ کنند علاوه بر این، توسعه گونههای گیاهی مقاوم به گرما، اصلاح ژنتیکی محصولات زراعی، و مدیریت منابع آب بهصورت کارآمدتر از جمله راهکارهایی است که باید با فوریت بیشتری پیگیری شوند.
بیشتر بدانیم: شکست اعتبار کربن؛ راهحل چیست؟
لینک منبع: earth
نظرات کاربران