با ذوب شدن یخچال‌ها، رسوباتی که هزاران سال زیر یخ مدفون بوده‌اند، دوباره در معرض نور خورشید قرار می‌گیرند. در ابتدا، این مواد معدنی تازه قادر به جذب دی‌اکسید کربن هستند، اما به مرور زمان، نقش آن‌ها تغییر کرده و به منبع انتشار گازهای گلخانه‌ای تبدیل می‌شوند که گرما را در جو به دام می‌اندازند.
یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه فلوریدا به سرپرستی «جاناتان مارتین» و همکاری دانشگاه مریلند، این تغییر نقش را در منطقه «کوببف‌یورد» گرینلند بررسی کردند.
روند تبدیل زمین‌های تازه‌نمایان‌شده به منبع گاز گلخانه‌ای
بررسی میدانی منابع مختلف آب
نویسندگان اصلی مطالعه، «آندریا پین» و «جاناتان مارتین»، جریان‌هایی را بررسی کردند که از دو منبع مختلف سرچشمه می‌گرفتند:
- آب‌های ذوبی مستقیم از یخچال‌های کوچک
- آب‌هایی که از طریق خاک‌های توندرا (پیر و بالغ) نفوذ می‌کردند
این دو نوع آب، از نظر ایزوتوپ‌های اکسیژن و شفافیت، تفاوت قابل‌توجهی داشتند. آب ذوبی به‌دلیل آرد سنگی (Rock Flour) حالت گچی داشت، در حالی که آب نفوذی رنگ چای به خود گرفته بود به‌خاطر وجود ترکیبات آلی محلول.
تغییر عملکرد زمین از جذب به انتشار
مارتین می‌گوید:
«فرضیه اصلی ما این بود که انتقال گازهای گلخانه‌ای بین مناظر و جو از زمان اوج یخبندان حدود ۱۵۰۰۰ سال پیش تاکنون تغییر کرده است.»
داده‌های میدانی این فرضیه را تأیید کردند:
- جریان‌های یخچالی همچنان دی‌اکسید کربن را جذب می‌کردند،
- در حالی که خاک‌های قدیمی‌تر به تولید متان مشغول بودند.
مکانیسم‌های شیمیایی درگیر
- مواد معدنی کربنات و سیلیکات تازه آسیاب‌شده با اسید کربنیک واکنش می‌دهند و دی‌اکسید کربن را به شکل بی‌کربنات ذخیره می‌کنند.
- پس از رشد میکروارگانیسم‌ها در خاک، آن‌ها با تجزیه بقایای گیاهی مدفون، فرایند «متانوژنز» را آغاز کرده و متان تولید می‌کنند؛ این فرآیند چرخه گاز را معکوس می‌کند.
متان و زمان‌بندی تغییرات اقلیمی
قدرت گرمایی متان و اکسید نیتروژن
متان نسبت به دی‌اکسید کربن حدود ۲۸ برابر بیشتر گرما را در طول یک قرن به دام می‌اندازد.
اکسید نیتروژن با ضریب گرمایی ۲۷۳ برابر، سومین گاز گلخانه‌ای مهم است.
این بدان معناست که افزایش تدریجی متان می‌تواند مزایای کوتاه‌مدت جذب دی‌اکسید کربن را خنثی کند.
اهمیت در مدل‌سازی اقلیم آینده
مدل‌های اقلیمی که افق قرن‌ها را بررسی می‌کنند، باید این زمان‌بندی را لحاظ کنند؛ در غیر این صورت، ممکن است تخمین‌های اشتباهی از اثرات گرمایش به‌دست دهند.
طبق یافته‌های تیم مارتین، بازه‌ی جذب خالص دی‌اکسید کربن ممکن است تنها چند قرن در قطب شمال به طول انجامد؛ این عدد در مقابل عمر ۱۰ هزار ساله‌ی خاک‌های پسایخبندان بسیار ناچیز است.
مطالعه موردی: دره کوببف‌یورد در گرینلند
مشخصات منطقه
دره کوببف‌یورد در حدود ۱۰ کیلومتری جنوب‌غربی شهر نوک واقع شده و مساحتی حدود ۳۱ کیلومتر مربع دارد. تنها ۱٫۷٪ از حوضه آبریز آن همچنان دارای یخچال طبیعی است، اما آب ذوب‌شده‌ی باقی‌مانده تأثیر زیادی بر شیمی آب پایین‌دست دارد.
تغییرات سریع در گازها
در دوره‌ای از هوای صاف در ماه ژوئیه، آب ذوبی یخچال‌ها جریان را کنترل می‌کرد و دی‌اکسید کربن در سطح تعادل جوی باقی می‌ماند.
اما یک هفته بعد، با ابری شدن هوا و کاهش ذوب یخچال، آب‌های نفوذی غالب شدند و سطح متان در خروجی جریان بیش از چهار برابر افزایش یافت.
این تغییر حتی در ایزوتوپ استرانسیوم نیز منعکس شد که معیاری برای پیشرفت فرسایش شیمیایی است:
- در آب‌های نفوذی، مقدار نزدیک به صفر نشان‌دهنده‌ی مواد معدنی تحلیل‌رفته
- در سرمنشأ یخی، مقدار بالا نشان‌دهنده‌ی سنگ‌های تازه و تحلیل‌نشده
نتایج عددی
- در دوره‌ی غالبِ ذوب، خالص جذب گاز معادل ۶۴ میلی‌مول دی‌اکسید کربن در ثانیه ثبت شد.
- چند روز بعد، همان جریان به منبعی با خروج ۴۴ میلی‌مول متان در ثانیه تبدیل شد.
واکنش‌های شیمیایی در منابع مختلف آب
نقش اسیدهای مختلف
- فرسایش اسید کربنیک باعث جذب دی‌اکسید کربن می‌شود،
- در حالی که فرسایش با اسید سولفوریک می‌تواند دی‌اکسید کربن را به جو بازگرداند.
مقایسه خصوصیات آب
- روان‌آب حاصل از یخچال‌ها، کربن آلی کمتری دارد ولی واکنش‌پذیرتر است و تولید اسید را تحریک می‌کند.
- آب نفوذی، سرشار از کربن هومیکی (پایدارتر) است که شرایط بی‌هوازی برای رشد باکتری‌های تولیدکننده متان فراهم می‌آورد.
یخچال‌ها و چرخه‌های گاز در آینده
مراحل شیمیایی پیاپی
این مطالعه نشان می‌دهد که ذوب یخ‌ها یک واقعه‌ی آنی نیست، بلکه زنجیره‌ای از مراحل شیمیایی است. درک مرحله‌ی فعلی هر حوضه آبریز کمک می‌کند تا بتوان پیش‌بینی کرد که در دهه‌های آینده نقش آن منطقه در گرمایش یا سرمایش زمین چیست.
بررسی آینده: گاز اکسید نیتروژن
پین و مارتین قصد دارند رفتار اکسید نیتروژن را نیز در همین دره بررسی کنند، چرا که این گاز در صورت آزاد شدن، می‌تواند هوا را ۲۰۰ برابر سریع‌تر از دی‌اکسید کربن گرم کند.
نتایج اولیه آزمایشگاهی نشان می‌دهد که اکسید نیتروژن ممکن است زودتر از متان به اوج برسد، که پیچیدگی بیشتری در تعامل بین سه گاز گلخانه‌ای مهم ایجاد می‌کند.
گرایش جهانی به متان
تحقیقات موازی در نقاط دیگر، از جمله فلات تبت، نشان می‌دهد که دریاچه‌هایی که دیگر از یخچال‌ها تغذیه نمی‌شوند، حدود سه برابر بیشتر از دریاچه‌های یخچالی متان منتشر می‌کنند.
این یافته‌ها نشان می‌دهد که با از دست رفتن یخ در حوضه‌های مرتفع یا عرض‌های شمالی، گرایش عمومی به سمت غلبه‌ی متان خواهد رفت.
هشدار پایانی
مارتین هشدار می‌دهد که گرم شدن سریع ناشی از فعالیت‌های انسانی، ممکن است به طور موقت جذب گازها را از طریق افزایش روان‌آب یخچالی افزایش دهد، اما این اثر موقتی خواهد بود.
با ناپدید شدن آخرین یخ‌ها، خاک‌ها در سراسر زمین وارد مرحله‌ی سرشار از متان خواهند شد، همان‌طور که در داده‌های تیم کوببف‌یورد مشاهده شد.
