گیاهان ۳۱٪ بیشتر از میزان تخمینی قبلی دی‌اکسید کربن جذب می‌کنند

مطالعه‌ای اخیر نشان داده که گیاهان در سراسر جهان به میزان قابل‌توجهی بیشتر از دی‌اکسید کربن (CO2) نسبت به تخمین‌های قبلی جذب می‌کنند.

این پژوهش نشان می‌دهد که گیاهان زمینی حدود ۳۱٪ بیشتر از CO2 جذب می‌کنند نسبت به آنچه قبلاً محاسبه شده بود.

این یافته‌ها احتمالاً به بهبود مدل‌های سیستم زمین که برای پیش‌بینی تغییرات اقلیمی استفاده می‌شوند کمک کرده و نقش حیاتی جذب طبیعی کربن در کاهش سطح گازهای گلخانه‌ای را برجسته می‌کند.

برآوردهای جذب CO2 توسط گیاهان

مقدار دی‌اکسید کربنی که گیاهان از جو از طریق فرآیند فتوسنتز حذف می‌کنند به عنوان تولید اولیه ناخالص زمینی (GPP) شناخته می‌شود.

این فرآیند بزرگترین انتقال کربن بین زمین و جو را نشان می‌دهد و معمولاً به صورت پتاگرم کربن در سال اندازه‌گیری می‌شود (یک پتاگرم برابر با یک میلیارد تن متریک است).

پیش از این، دانشمندان تخمین زده بودند که GPP حدود ۱۲۰ پتاگرم در سال است؛ رقمی که ۴۰ سال پیش تعیین شده بود.

با این حال، مطالعه جدیدی که توسط پژوهشگران دانشگاه کرنل با حمایت آزمایشگاه ملی اوک ریج (ORNL) وزارت انرژی آمریکا (DOE) هدایت شد، این تخمین را به ۱۵۷ پتاگرم در سال تغییر داده است. این نشان‌دهنده یک تغییر اساسی در درک ما از جذب جهانی کربن توسط گیاهان است.

اندازه‌گیری فتوسنتز در مقیاس بزرگ

تیم پژوهشی مدلی نوآورانه توسعه داد که از سولفید کربونیل (OCS) به عنوان نماینده‌ای برای تخمین فتوسنتز در مقیاس بزرگ استفاده می‌کند. OCS مسیری مشابه با CO2 را از طریق برگ‌های گیاه طی می‌کند و وارد کلروپلاست‌ها می‌شود که مکان انجام فتوسنتز هستند.

برخلاف CO2، OCS آسان‌تر ردیابی و اندازه‌گیری می‌شود و آن را به یک شاخص مناسب برای فتوسنتز تبدیل می‌کند. تیم نشان داد که OCS به‌ویژه برای تخمین فتوسنتز در مناطق گسترده و دوره‌های طولانی مفید است و آن را به یک نماینده قابل‌اعتماد برای تعیین GPP جهانی تبدیل می‌کند.

پژوهشگران از داده‌های گیاهی از منابع مختلف، از جمله پایگاه داده LeafWeb که توسط ORNL تأسیس شده و داده‌های ویژگی‌های فتوسنتزی را از محققان سراسر جهان جمع‌آوری می‌کند، استفاده کردند.

به‌جای تکیه بر داده‌های ماهواره‌ای که می‌توانند به دلیل تداخل ابری، به‌ویژه در مناطق گرمسیری، کمتر دقیق باشند، تیم یافته‌های خود را با داده‌های با وضوح بالا از برج‌های پایش محیطی تأیید کرد.

بهبود مدل‌ها با بینش‌های جدید

یک عامل مهم در به‌روزرسانی تخمین GPP درک بهتر از انتشار مزوفیل، فرآیندی است که طی آن OCS و CO2 از هوا از طریق برگ‌های گیاه به کلروپلاست‌ها وارد می‌شوند.

این فرآیند تعیین می‌کند که گیاهان چقدر کارآمد فتوسنتز را انجام می‌دهند و چگونه ممکن است به تغییرات محیطی واکنش نشان دهند.

لیان‌هونگ گو، یکی از نویسندگان این مطالعه و متخصص فتوسنتز در ORNL، نقشی کلیدی در توسعه مدل رسانایی مزوفیل ایفا کرد که انتشار OCS در برگ‌ها و رابطه آن با فتوسنتز را دنبال می‌کند.

او گفت: “فهمیدن اینکه گیاهان هر سال چقدر CO2 جذب می‌کنند، مسئله‌ای است که دانشمندان مدت‌هاست روی آن کار می‌کنند.”

“تخمین اولیه ۱۲۰ پتاگرم در سال در دهه ۱۹۸۰ تعیین شد و از آن زمان به عنوان یک استاندارد ثابت ماند، تا اینکه رویکرد جدیدی یافتیم. این مهم است که برآوردی دقیق از GPP جهانی داشته باشیم، زیرا این جذب اولیه کربن زمینی بر دیگر نمایش‌های چرخه کربن زمین تأثیر می‌گذارد.”

درک بهبود یافته از انتشار مزوفیل امکان مدل‌سازی دقیق‌تر فتوسنتز در مقیاس جهانی را فراهم می‌کند و تصویر واضح‌تری از نحوه کمک گیاهان به جذب کربن ارائه می‌دهد.

نقش جنگل‌های بارانی در جذب کربن

این مطالعه نشان داد که جنگل‌های بارانی نواحی گرمسیری نقش قابل‌توجهی در برآوردهای به‌روزرسانی شده ایفا کردند، به طوری که این جنگل‌ها بسیار بیشتر از آنچه قبلاً تخمین زده شده بود، کربن جذب می‌کنند.

این یافته با اندازه‌گیری‌های زمینی تأیید شد، که نشان می‌دهد جنگل‌های بارانی به‌عنوان یک منبع طبیعی کربن از اهمیت بیشتری برخوردارند. این کشف اهمیت جنگل‌های بارانی در مدیریت جهانی کربن و تنظیمات اقلیمی را برجسته می‌کند.

پیتر تورنتون، رهبر بخش علم سیستم‌های زمین در ORNL، گفت: “تعیین دقیق برآوردهای GPP با مشاهدات قابل‌اعتماد در مقیاس جهانی، گامی حیاتی در بهبود پیش‌بینی‌های ما از میزان CO2 آینده در جو و پیامدهای آن برای اقلیم جهانی است.”

پیش‌بینی دقیق تغییرات اقلیمی

درک مقدار کربنی که می‌توان در اکوسیستم‌های زمینی ذخیره کرد، به‌ویژه در جنگل‌ها با زیست‌توده متراکم آن‌ها، برای انجام پیش‌بینی‌های دقیق از تغییرات اقلیمی آینده ضروری است.

با اصلاح تخمین‌های GPP جهانی، این پژوهش به کاهش عدم قطعیت در مدل‌های اقلیمی کمک خواهد کرد، به‌ویژه آن‌هایی که پاسخ جنگل‌های گرمسیری به شرایط متغیر اقلیمی را پیش‌بینی می‌کنند.

این بینش‌ها برای ابتکاراتی مانند “آزمایش‌های اکوسیستم نسل بعدی” در نواحی گرمسیری وزارت انرژی آمریکا ارزشمند است که هدف آن‌ها بهبود پیش‌بینی‌ها درباره چگونگی پاسخ جنگل‌های گرمسیری به تغییرات اقلیمی است.

گو توضیح داد: “باید مطمئن شویم که فرآیندهای اساسی در چرخه کربن به درستی در مدل‌های بزرگتر نشان داده می‌شوند. برای اینکه شبیه‌سازی‌های در مقیاس زمین به‌خوبی کار کنند، باید بهترین درک از فرآیندها را در اختیار داشته باشند. این کار یک گام بزرگ به جلو برای ارائه یک عدد دقیق است.”

تأثیر اقلیمی افزایش سطوح CO2

نتایج این مطالعه بر اهمیت گنجاندن فرآیندهای دقیق مانند رسانایی مزوفیل در مدل‌های فتوسنتز تأکید می‌کند و درک دقیق‌تری از چگونگی جذب کربن توسط اکوسیستم‌های زمینی ارائه می‌دهد.

با این دانش به‌روز، دانشمندان می‌توانند بهتر تأثیر افزایش سطح CO2 بر اقلیم جهانی را پیش‌بینی کرده و استراتژی‌های بهتری برای کاهش اثرات تغییرات اقلیمی از طریق منابع طبیعی جذب کربن مانند جنگل‌ها ایجاد کنند.

این مطالعه در مجله “Nature” منتشر شده است.