در ارتفاعات آند اکوادور، برکه‌هایی کوچک‌تر از ۱.۲۵ جریب (نزدیک به نیم هکتار) میزان بیشتری دی‌اکسیدکربن و متان نسبت به آب‌های بزرگ‌تر اطراف خود آزاد می‌کنند. پژوهشی تازه نشان می‌دهد این حوضچه‌های کوچک، که در میان چمنزارهای بادخیز قرار گرفته‌اند، تأثیری بسیار فراتر از اندازه‌شان در داستان اقلیم دارند.
چرخه کربن در برکه‌های کوهستانی
این تحقیق در منطقه مرتفع و مرطوب پارامو (Páramo) انجام شد؛ چمنزارهای استوایی کوهستانی که تحت تأثیر سرما و رطوبت شکل گرفته‌اند. تیم پژوهشی برکه‌ها را نقشه‌برداری کرد، نمونه‌های گازی برداشت و تغییرات دما و سطح آب را ثبت نمود.
رهبری این پروژه را کریدوِن ویت‌مور (Keridwen Whitmore)، دکترای دانشگاه کارولینای شمالی، بر عهده داشت. او در زمینه چرخه کربن در آب‌ها و خاک‌های مرتفع کوهستانی پژوهش می‌کند.
تیم او در مجموع ۱۱ برکه و یک تالاب را بررسی کرد و دریافت برکه‌های کوچک‌تر، کربن بیشتری نسبت به برکه‌های بزرگ مجاور آزاد می‌کنند.
«مطالعه ما نشان می‌دهد برکه‌های کوچک می‌توانند تفاوت بزرگی ایجاد کنند، زیرا میزان انتشار کربن آن‌ها بیشتر از آب‌های بزرگ‌تر در فاصله چند متری است. این یافته‌ها نشان‌دهنده نیاز به تحقیقات بیشتر درباره سامانه‌های آبی کوچک است.» — کریدوِن ویت‌مور
دما، ارتفاع و جریان آب خاک
دما و ارتفاع به‌عنوان دو عامل کلیدی در میزان انتشار متان و دی‌اکسیدکربن شناخته شدند. همچنین اتصال بین آب و خاک — یعنی سهولت حرکت آب و کربن محلول از خاک اطراف به درون برکه — نقشی مهم در این فرآیند دارد.
برکه‌های کوچک و چرخه جهانی کربن
برکه‌های بسیار کوچک تنها بخش ناچیزی از سطح آب‌های کره زمین را تشکیل می‌دهند، اما می‌توانند در میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای غالب باشند. بر اساس یک تحلیل جهانی، این برکه‌ها حدود ۱۵٪ از کل انتشار دی‌اکسیدکربن و بیش از ۴۰٪ از انتشار متان دریاچه‌ها و برکه‌ها را شامل می‌شوند.
آب‌های داخلی به هیچ‌وجه یادداشتی فرعی در چرخه کربن نیستند. پژوهشی پایه‌ای تخمین زده است که آب‌های درون‌قاره‌ای سالانه حدود ۲.۱ میلیارد تن کربن را به‌صورت دی‌اکسیدکربن آزاد می‌کنند.
این داده‌ها برای ساخت بودجه کربن جهانی — یعنی محاسبه میزان ورود و خروج کربن از سامانه‌های زمین — حیاتی‌اند. نادیده گرفتن برکه‌های کوچک می‌تواند به خطا در برآوردهای اقلیمی منجر شود.
گرما، ارتفاع و لوله‌کشی پنهان زمین
پژوهش نشان داد که با افزایش دمای آب، میزان انتشار متان نیز افزایش می‌یابد. برکه‌های در ارتفاع پایین‌تر گرم‌تر و غنی‌تر از کربن هستند، در حالی که برکه‌های مرتفع‌تر خنک‌ترند.
این یافته‌ها با مطالعات جهانی درباره تأثیر دما، آب‌شناسی و موقعیت جغرافیایی بر گازهای گلخانه‌ای در آب‌های داخلی همخوانی دارد، اما داده‌های جدید از مناطق گرمسیری کوهستانی دیدگاه دقیق‌تری ارائه می‌دهد.
پر کردن خلأ جغرافیایی
تمرکز تیم بر برکه‌های پارامو شکاف جغرافیایی مهمی را پر کرده است. بیشتر داده‌های جهانی از مناطق معتدل یا قطبی به‌دست آمده‌اند، نه از ارتفاعات استوایی.
نقش حباب‌های متان
در این مطالعه، تنها گازهای محلول و انتشار مستقیم دی‌اکسیدکربن اندازه‌گیری شدند و متان آزادشده به‌صورت حباب (فرآیندی موسوم به ebullition) بررسی نشد. این نوع انتشار می‌تواند سهم قابل‌توجهی از متان کل را تشکیل دهد.
مروری بر مطالعات جهانی نشان می‌دهد سهم حباب‌ها از ۰ تا ۹۹.۶ درصد از کل انتشار متان متغیر است، که نشان می‌دهد در برخی برکه‌های گرم و کوچک ممکن است مقدار واقعی متان حتی بیشتر باشد.
نادیده گرفتن انتشار حبابی احتمالاً موجب شده داده‌های این تحقیق محافظه‌کارانه باشند. افزودن این بخش به محاسبات می‌تواند تصویر دقیق‌تری از بودجه کربن ارائه دهد.
اهمیت لایه‌های پیت در آند
در زیر بسیاری از این برکه‌ها لایه‌هایی از پیت (peat) یا تورب قرار دارد — لایه‌ای از مواد گیاهی نیمه‌تجزیه‌شده که در طول قرن‌ها شکل گرفته و ذخیره‌ای غنی از کربن است.
پژوهش‌ها نشان داده‌اند که زمین‌های پیت در پارامو اکوادور سهم بزرگی از کربن خاک این کشور را در خود جای داده‌اند، با وجود اینکه تنها بخش کوچکی از مساحت آن را تشکیل می‌دهند. این ذخایر درست در کنار برکه‌هایی قرار دارند که گازهای گلخانه‌ای را به هوا می‌فرستند.
در تماس آب گرم با خاک غنی از کربن، فعالیت میکروب‌ها شدت می‌گیرد. الگوی مشاهده‌شده در آند — برکه‌های گرم‌تر در ارتفاع پایین — کاملاً از نظر بیوشیمیایی منطقی است.
پر کردن شکاف در مدل‌های اقلیمی
نتایج نشان می‌دهد دو عامل اصلی بیشتر تغییرات را توضیح می‌دهند: دما که فرآیندهای زیستی را تسریع می‌کند و آب که خاک و سطح آزاد را به هم پیوند می‌دهد و گازها را منتقل می‌کند.
از آنجا که برکه‌های کوچک در هر واحد سطح، گاز بیشتری آزاد می‌کنند و فراوان‌اند، نادیده گرفتن آن‌ها می‌تواند باعث سوگیری در بودجه‌های منطقه‌ای کربن شود. افزودن آن‌ها به مدل‌ها حتی با قوانین ساده مرتبط با دما و ارتفاع می‌تواند دقت پیش‌بینی‌ها را افزایش دهد.
«این مناطق مدت‌ها در مدل‌های اقلیمی جهانی نادیده گرفته شده‌اند. با شناسایی محرک‌های انتشار کربن در این اکوسیستم‌های مرتفع و دورافتاده، ما در حال پر کردن یکی از شکاف‌های مهم علم اقلیم هستیم.» — دیه‌گو ریوروس-ایرِگی، استاد جغرافیا و محیط زیست در دانشگاه کارولینای شمالی
قدم بعدی: نقشه‌برداری و اندازه‌گیری دقیق‌تر
برای گسترش این یافته‌ها باید نقشه‌های دقیق‌تری از آب‌های کوچک و اندازه‌گیری‌های سالانه تهیه شود. همچنین لازم است تمام انواع گازهای گلخانه‌ای از جمله متان و دی‌اکسیدکربن بررسی شوند.
این داده‌ها هم هشدار و هم راهنما هستند: برکه‌هایی که در تصاویر ماهواره‌ای ناچیز به‌نظر می‌رسند، ممکن است در حسابداری کربن نقشی بزرگ داشته باشند.
چگونه برکه‌های کوچک اثرگذار می‌شوند
تیم پژوهشی در منطقه‌ای کوچک کار کرد که امکان مقایسه دقیق بین برکه‌ها را فراهم می‌کرد. برخی از این برکه‌های چند ده متری، حتی پس از در نظر گرفتن مساحت سطحی، بیش از همسایگان بزرگ‌تر خود گاز آزاد می‌کردند.
عامل دیگر فراوانی است. برکه‌های کوچک‌تر در دره‌های کوهستانی بسیار بیشتر از دریاچه‌های بزرگ دیده می‌شوند و مجموع اثر آن‌ها قابل‌توجه است.
- مدیران منابع آب، مسئولان پارک‌های طبیعی و مدل‌سازان اقلیم می‌توانند از این داده‌ها استفاده کنند.
- برکه‌های گرم‌تر، در ارتفاع پایین‌تر و با ارتباط قوی‌تر به خاک اطراف، احتمالاً نقاط داغ انتشار کربن هستند.
- پژوهش‌های آینده باید نمونه‌گیری از گازهای محلول را با اندازه‌گیری انتشار حبابی ترکیب کنند تا تخمین دقیق‌تری ارائه شود.
نتایج این تحقیق در مجله Limnology and Oceanography منتشر شده است.
