درختان از موثرترین ابزارهای طبیعت برای جذب دی‌اکسید کربن هستند. آن‌ها هنگام رشد این گاز گرمازا را جذب می‌کنند، بنابراین جنگل‌ها از متحدان کلیدی ما در مبارزه با تغییرات اقلیمی محسوب می‌شوند.
اما وقتی زمستان‌ها گرم‌تر شوند و برف به ندرت ببارد، چه اتفاقی می‌افتد؟ این همان سوالی است که پژوهشگران دانشگاه بوستون تلاش کردند در یک آزمایش بلندمدت جنگلی به آن پاسخ دهند.
طراحی آزمایش: شبیه‌سازی زمستان‌های گرم آینده
استفاده از کابل‌های زیرزمینی برای گرم کردن خاک
پژوهشگران با استفاده از کابل‌هایی در زیر خاک، گرمای خاک را شبیه‌سازی کرده، و با حذف برف از سطح زمین، شرایط زمستان‌های آینده را بازسازی کردند. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که رشد آینده جنگل‌ها – و ظرفیت ذخیره‌سازی کربن آن‌ها – ممکن است به اندازه‌ای که انتظار داریم قوی نباشد.
کاهش برف، رشد جنگل‌ها را کند می‌کند
در یک مطالعه اخیر، محققان دانشگاه بوستون نشان دادند که تابستان‌های گرم‌تر باعث رشد بیشتر درختان می‌شود. اما نکته‌ای مهم وجود دارد: وقتی پوشش برفی در زمستان کاهش یابد، این رشد به شدت کند می‌شود.
اگرچه گرما باعث تسریع رشد می‌شود، نبود یک لایه محافظتی از برف، جنگل‌ها را دچار مشکل می‌کند.
«ما از تحقیقات پیشین می‌دانیم که کاهش پوشش برفی اثرات منفی متعددی دارد. دمای هوا در حال افزایش است، و پوشش برفی نیز در حال کاهش است.»
— پروفسور پاملا تمپلر، از نویسندگان مقاله
اهمیت نگاه سالانه به تغییرات اقلیمی
تمپلر افزود: «ما می‌خواستیم تعاملات بین تغییرات اقلیمی در طول سال را بررسی کنیم و تا حد امکان تصویری واقع‌بینانه از آب‌وهوای آینده جنگل‌ها ارائه دهیم.»
نبود برف، ریشه‌های درختان را آسیب‌پذیر می‌کند
نقش برف در عایق‌سازی سطح جنگل
برف مانند یک لایه عایق، از خاک جنگل در برابر یخ‌زدگی محافظت می‌کند. اما وقتی این لایه از بین می‌رود، خاک بیشتر دچار یخ‌زدگی شده و به ریشه‌ها آسیب می‌زند. این وضعیت تعادل حساسی را که درختان به آن وابسته‌اند، مختل می‌کند.
به‌جای سرمای ثابت، خاک دچار چرخه‌های یخ‌زدایی و ذوب می‌شود که برای گیاهان تنش‌زا است.
تأثیر تابستان‌های گرم بر تجزیه مواد آلی
در عین حال، تابستان‌های گرم‌تر باعث سرعت بخشیدن به فرآیند تجزیه در خاک می‌شوند که می‌تواند به رشد سطحی درختان کمک کند.
«وقتی درباره تغییرات اقلیمی فکر می‌کنیم، فقط گرمای تابستان یا دمای کلی مدنظر نیست. باید تغییرات سالانه را نیز در نظر بگیریم که در هر فصل می‌تواند متفاوت باشد.»
— امرسون کنراد-رونی، نویسنده اصلی مقاله و دانشجوی دکتری در آزمایشگاه تمپلر
حذف برف، مزایای گرما را نصف می‌کند
طراحی آزمایش میدانی
تیم دانشگاه بوستون شش قطعه جنگلی با ابعادی به‌اندازه یک کلاس درس ایجاد کرد. چهار قطعه با کابل‌های زیرزمینی تا ۵ درجه سلسیوس گرم شدند. در دو تای آن‌ها، برف زمستانی نیز برداشته شد. دو قطعه باقی‌مانده بدون دخالت رها شدند تا به‌عنوان گروه کنترل عمل کنند.
اندازه‌گیری رشد با نوارهای دندرو‌متری
هر سال، پژوهشگران به محل آزمایش بازگشتند و با استفاده از نوارهای فنری فلزی که دور تنه درختان پیچیده می‌شود، رشد آن‌ها را اندازه‌گیری کردند. این داده‌ها برای برآورد مقدار کربن ذخیره‌شده در هر درخت استفاده شد.
نتایج قابل توجه
درختانی که خاکشان گرم شده ولی برف آن‌ها حفظ شده بود، ۶۳ درصد بیشتر از درختان قطعات بدون تغییر رشد کردند. اما وقتی برف حذف شد – که منجر به چرخه‌های یخ‌زدایی مکرر شد – این رشد به تنها ۳۱ درصد نسبت به گروه کنترل کاهش یافت.
به‌عبارتی، حذف برف مزایای رشد ناشی از گرما را تقریباً به نصف کاهش داد.
«بسیاری از مدل‌های اقلیمی که پیش‌بینی می‌کنند جنگل‌ها چقدر می‌توانند کربن ذخیره کنند، پیچیدگی‌های تغییرات زمستانی را در نظر نمی‌گیرند. بنابراین ممکن است این مدل‌ها ظرفیت واقعی جنگل‌های معتدل را بیش‌ازحد تخمین بزنند.»
— کنراد-رونی
آنچه زیر زمین اتفاق می‌افتد
در حال حاضر تیم تحقیقاتی تمرکز خود را به بخش زیرزمینی معطوف کرده‌اند. تمپلر معتقد است که چرخه‌های مکرر یخ‌زدایی، به ریشه درختان آسیب وارد می‌کند؛ ریشه‌هایی که به سرمای پایدار و پیوسته زمستان‌های برفی عادت دارند.
ردیابی رشد ریشه‌ها
در سال ۲۰۲۳، کنراد-رونی سیلندرهای مشبکی به‌نام «هسته‌های رشد ریشه» در خاک دفن کرد تا رشد ریشه‌ها را در هر قطعه بررسی کند. انتظار می‌رود نتایج این بخش از مطالعه تا پایان سال جاری آماده شود.
«ما این پروژه را تا جایی که ممکن باشد ادامه خواهیم داد. خوش‌شانس هستیم که چنین مطالعه بلندمدتی داریم، چون هر چه بیشتر ادامه دهیم، چیزهای بیشتری می‌آموزیم.»
— تمپلر
اهمیت داده‌های طولانی‌مدت
«در حال حاضر ما شاهد یک پاسخ رشد از سوی درختان به دلیل گرما هستیم، اما شاید این واکنش موقتی باشد. شاید درختان به گرما عادت کنند و رشدشان کند شود. هنوز نمی‌دانیم. به همین دلیل داشتن داده‌های بلندمدت بسیار ارزشمند است.»
یک پازل اقلیمی با قطعات فراوان
این مطالعه تنها بخشی از یک پازل بزرگ‌تر است. پژوهشگران در حال بررسی رفتار درختان در محیط‌های شهری، در حاشیه جنگل‌ها، و تحت تهدیداتی مانند آلودگی هوا، کاهش حشرات و بیماری‌ها هستند.
اما گردآوری همه این عناصر برای ارائه یک پیش‌بینی شفاف از آینده جنگل‌ها، همچنان چالشی عظیم است.
«تغییرات جهانی بسیار زیادی به‌طور همزمان در حال وقوع است. نمی‌توان به همه آن‌ها همزمان پرداخت. ما هر کدام تا حد توان خود کار می‌کنیم.»
— تمپلر
«دلیل اینکه اصلاً توانستیم این پژوهش را انجام دهیم، این است که دیگران پیش از ما، تغییرات اقلیمی را رصد کرده‌اند. مشارکت در علم بلندمدت با این مطالعه واقعاً شگفت‌انگیز است.»
این پژوهش کامل در ژورنال Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است.
