كيف تطلق أنهار العالم مليارات الأطنان من الكربون “القديم”

هذه التدوينة للضيف 19 يونيو 202511:00 بواسطة:
الدكتور جوشوا دين ، أستاذ مشارك في الكيمياء الحيوية الجيولوجية وزميل قادة المستقبل في معهد المملكة المتحدة للأبحاث الجغرافية في كلية العلوم الجغرافية بجامعة بريستول .
البروفيسور روبرت هيلتون ، أستاذ علم الرواسب في قسم علوم الأرض في جامعة أكسفورد .

إن إدراك كيفية إطلاق سطح الأرض لثاني أكسيد الكربون (CO2) عادة ما يستحضر صور إزالة الغابات على نطاق واسع أو المزارعين الذين يقلبون التربة.

ومع ذلك، هناك دور مثير للاهتمام – وغير مقدر – تلعبه الأنهار في العالم.

في الوقت الحالي، تمتص النباتات والتربة حوالي ثلث ثاني أكسيد الكربون الناتج عن النشاط البشري، وهو ما يشبه الكمية التي تمتصها المحيطات.

على مدى آلاف إلى ملايين السنين، قد ينتهي الأمر ببعض هذا الكربون الثابت في الأرض مدفونًا في الرواسب، حيث يشكل في النهاية الصخور.

تتدفق المياه التي تغذي الأنهار عبر النباتات والتربة والصخور في المناظر الطبيعية، حيث تلتقط الكربون وتطلقه أثناء مرورها.

تعتبر هذه العملية بشكل عام بمثابة “تسرب” جانبي للكربون الذي تمتصه النباتات النامية حديثًا.

ومع ذلك، فإن عمر هذا الكربون – المدة التي بقي فيها في النباتات والتربة قبل أن يصل إلى الأنهار ثم إلى الغلاف الجوي – ظل لغزا.

إذا كان الكربون الذي تطلقه الأنهار صغيرا، فيمكن اعتباره أحد مكونات دورة الكربون السريعة نسبيا.

ومع ذلك، إذا كان الكربون قديمًا، فإنه يأتي من مخازن الكربون في المناظر الطبيعية التي كنا نعتقد أنها مستقرة – وبالتالي، يمثل طريقة يمكن من خلالها زعزعة استقرار مخازن الكربون القديمة هذه.

وفي دراستنا الجديدة المنشورة في مجلة Nature ، أظهرنا أن ما يقرب من 60% من الكربون الذي يتم إطلاقه في الغلاف الجوي عن طريق الأنهار يأتي من هذه المصادر القديمة.

وبالمجمل، يعني هذا أن أنهار العالم تطلق أكثر من 7 مليارات طن من ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي كل عام ــ وهو ما يزيد على انبعاثات الوقود الأحفوري السنوية من أميركا الشمالية .

وهذا يعني أن هناك تسربًا كبيرًا للكربون من المخازن القديمة التي كنا نعتقد أنها مغلقة بأمان.

أظهرت دراسات سابقة أن تغير استخدام الأراضي محليًا، مثل إزالة الغابات وذوبان التربة الصقيعية بفعل تغير المناخ، سيؤدي مباشرةً إلى إطلاق الكربون القديم في الأنهار. ولا يزال من غير المعروف حتى الآن ما إذا كان هذا يحدث على نطاق عالمي.

من تناديه قديما؟
كيف نحدد عمر الكربون؟ نستخدم نفس التقنية المستخدمة لتحديد عمر الآثار أو التحقق من عمر النبيذ القديم، أي التأريخ بالكربون المشع.

الكربون المشع هو النظير المشع للكربون، الذي يتحلل بمعدل معروف. هذا يُمكّننا من تحديد عمر المواد الكربونية التي يصل عمرها الأقصى إلى حوالي 60,000 عام.

ونحن نعلم أن بعض الكربون الذي تطلقه الأنهار هو صغير جدًا، وهو نتاج امتصاص النباتات لثاني أكسيد الكربون مؤخرًا.

ونحن نعلم أيضًا أن الأنهار يمكن أن تتلقى الكربون من مصادر أقدم بكثير، مثل تحلل التربة العميقة بواسطة الميكروبات والكائنات الحية في التربة أو تآكل الكربون القديم في الصخور.

يمكن أن يُطلق تحلل التربة الكربون لمدة تتراوح بين بضع سنوات وعشرات الآلاف من السنين. ومن الأمثلة على انبعاث الكربون من التربة القديمة جدًا ذوبان التربة الصقيعية .

يُطلق تجوية الصخور وتآكلها كربونًا عمره ملايين السنين. ويُشار إليه أحيانًا باسم “الكربون الميت” نظرًا لعمره الطويل الذي تحلل فيه كل الكربون المشع.

الأنهار تطلق الكربون القديم
في دراستنا الجديدة، قمنا بتجميع تواريخ الكربون المشع الجديدة والموجودة لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون من حوالي 700 امتداد من الأنهار حول العالم.

لقد وجدنا أن ما يقرب من 60% من الكربون الذي يتم إطلاقه في الغلاف الجوي عن طريق الأنهار يأتي من مصادر أقدم (مئات إلى آلاف السنين، أو أكثر)، مثل التربة القديمة والكربون الصخري القديم.

في الشكل أدناه، نقترح كيف يمكن للعمليات المختلفة التي تجري داخل المناظر الطبيعية أن تطلق الكربون من مختلف الأعمار في الأنهار، مما يؤدي إلى انبعاثه المباشر إلى الغلاف الجوي.

رسم بياني يُظهر العمليات التي تُسبب انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الحديثة (العقدية) والقديمة (الألفية والبتروجينية) من الأنهار. القيم مُعطاة على شكل بيتاغرام من الكربون، أي ما يعادل مليارات الأطنان. حقوق الصورة: دين وآخرون (2025).

وهكذا، في حين أن الأنهار تتسرب منها بعض الكربون الحديث من النباتات والتربة كجزء من العمليات الطبيعية التي تزيل ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي، فإن الأنهار تتسرب منها أيضا الكربون من مخازن الكربون الأقدم بكثير في المناظر الطبيعية.

أحد الآثار الرئيسية لهذا الاكتشاف هو أن النباتات والتربة الحديثة تسرب كمية أقل من الكربون إلى الغلاف الجوي مما كان يعتقد في السابق، مما يجعلها أكثر أهمية للتخفيف من تغير المناخ الناجم عن الإنسان.

لقد وجدنا أن نسبة الكربون القديم الذي يساهم في انبعاثات الأنهار تتفاوت عبر النظم البيئية المختلفة والجيولوجيا الأساسية للمناظر الطبيعية التي تستنزفها.

في الشكل أدناه، نوضح أن المناظر الطبيعية الواقعة تحت الصخور الرسوبية، والتي يُحتمل أن تحتوي على كميات كبيرة من الكربون القديم (أو “البتروجيني”)، شهدت أيضًا أقدم انبعاثات نهرية. كما نوضح أن نوع النظام البيئي (النظام الحيوي) كان مهمًا أيضًا، على الرغم من أن الأنماط كانت أقل وضوحًا.

محتوى الكربون المشع (العمر) لانبعاثات الكربون النهرية في مختلف النظم البيئية (المنطقة الحيوية) وفي المناظر الطبيعية التي تقع تحتها جيولوجيا مختلفة (الصخور). كلما انخفضت كمية الكربون المشع (F14Catm)، زاد العمر. حقوق الصورة: دين وآخرون (2025).

ومن الواضح أن بعض الكربون القديم على الأقل كان شائعًا في معظم الأنهار التي رصدناها، بغض النظر عن الحجم والموقع.

نُقدّم أدلةً على وجود تحكّم جيولوجي في انبعاثات الأنهار. كما يُشير تباين النظام البيئي إلى عوامل تحكّم مهمة، مثل خصائص التربة ونوع الغطاء النباتي والمناخ، وخاصةً أنماط هطول الأمطار ودرجة الحرارة، والتي من المعروف أنها تؤثر على معدل انبعاث الكربون من التربة وتجوية الصخور.

هل مخازن الكربون القديمة مستقرة؟
يعد تخزين الكربون على المدى الطويل في التربة والصخور عملية مهمة لتنظيم المناخ العالمي.

على سبيل المثال، تُعدّ أراضي الخث في المملكة المتحدة مهمة لتنظيم المناخ، إذ يمكنها تخزين الكربون لآلاف السنين. ولذلك، يُعدّ استصلاح أراضي الخث حلاً مناخياً ممتازاً.

تطلق الأنهار أكثر من 7 مليارات طن من ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي كل عام – وهو ما يعادل حوالي 10-20٪ من الانبعاثات العالمية من حرق الوقود الأحفوري سنويا.

إذا كان 60% من انبعاثات الكربون في الأنهار تأتي من مخازن الكربون القديمة، فهذا يشكل تسربًا كبيرًا للكربون من المخازن القديمة التي كنا نعتقد أنها مغلقة بأمان.

ومن بين النتائج الرئيسية لدراستنا أن هذه المخزونات القديمة من الكربون يمكن تحريكها وتوجيهها مباشرة إلى الغلاف الجوي عن طريق الأنهار، وهو ما من شأنه أن يؤدي إلى تفاقم تغير المناخ إذا تعرضت هذه المخزونات لمزيد من عدم الاستقرار.

وكما هو واضح في الشكل أدناه، فقد وجدنا أن انبعاثات الكربون في الأنهار تبدو وكأنها أصبحت أقدم منذ أن بدأت القياسات لأول مرة في تسعينيات القرن العشرين (يعني انخفاض F14Catm أعمارًا أقدم للكربون المشع).

لقد وجدنا أن انبعاثات الكربون في الأنهار تبدو وكأنها أصبحت أقدم من أن بدأت القياسات لأول مرة في تسعينيات القرن العشرين.

ورغم وجود العديد من التحذيرات بشأن تفسير هذا الاتجاه، فإنه يشكل إشارة تحذيرية إلى أن الأنشطة البشرية، وخاصة تغير المناخ، قد تؤدي إلى تكثيف إطلاق الكربون في الغلاف الجوي عبر الأنهار.

ونظراً للارتباط القوي بين الكربون في التربة وانبعاثات الأنهار، فإذا كان هذا الاتجاه علامة على أن النشاط البشري يخل بدورة الكربون العالمية، فمن المرجح أن يكون ذلك بسبب اضطراب المناظر الطبيعية الذي يحرك الكربون في التربة.

يبدو أن عمر انبعاثات الكربون من الأنهار يتقدم في السن منذ بدء القياسات في أوائل تسعينيات القرن الماضي. تُظهر الرموز الكربون غير العضوي المذاب (النقاط الرمادية)، وثاني أكسيد الكربون (المربعات البرتقالية)، والميثان (علامات رمادية). يشير الخط الأفقي المتقطع إلى أن F14Catm = 1.0، حيث يكون محتوى F14C في حالة توازن مع المستويات الجوية في سنة جمع العينة. حقوق الصورة: دين وآخرون (2025).

استخدام الأنهار لمراقبة تخزين الكربون في التربة العالمية
تجمع الأنهار المياه من المناظر الطبيعية التي تتدفق من خلالها، وبالتالي توفر أداة لتتبع العمليات التي تحدث خارج نطاق الرؤية.

إن قطرة الماء التي تهبط على المناظر الطبيعية تنتقل عبر التربة والصخور قبل أن تصل إلى النهر، ويعكس تركيبها الكيميائي، بما في ذلك عمرها الكربوني المشع، العمليات التي تحدث داخل المناظر الطبيعية.

وبناء على ذلك فإن مراقبة عمر الكربون في الأنهار يمكن أن تخبرنا بالكثير حول ما إذا كانت مناظرها الطبيعية تخزن الكربون أم تطلقه.

وقد ثبت أن هذا يساعد في تحديد فقدان الكربون في أراضي الخث الاستوائية المتدهورة ، وذوبان الجليد الدائم في القطب الشمالي ، ونتيجة لإزالة الغابات .

يعتبر الكربون المشع في الأنهار حساسًا للتغير البيئي، وبالتالي يمكن أن يكون أداة مراقبة قوية للكشف عن بداية نقاط التحول المناخية أو نجاح مشاريع استعادة المناظر الطبيعية، على سبيل المثال.

وفي حين أننا نعرض بيانات موزعة في مختلف أنحاء العالم، إلا أن هناك فجوات عديدة في مناطق مهمة، ولا سيما المناطق التي تشهد تغيرات في الأنهار الجليدية والمناطق الأخرى التي تتغير فيها موجات الجفاف وتواتر الفيضانات.

وتشمل هذه المناطق التي تحتوي على كميات قليلة من البيانات في جرينلاند، والقارة الأفريقية، والمناطق القطبية الشمالية والشمالية، والشرق الأوسط، وأوروبا الشرقية، وغرب روسيا، وآسيا الوسطى، وأستراليا، وأميركا الجنوبية خارج منطقة الأمازون.

وتتمتع كل هذه المناطق بالقدرة على تخزين الكربون على المدى الطويل، ونحن لا نعرف حتى الآن ما إذا كانت هذه المخزونات الكربونية مستقرة أم لا في ظل تغير المناخ الحالي والمستقبلي.

يقدم الكربون المشع النهري طريقة قوية لمراقبة صحة النظم البيئية العالمية الآن وفي المستقبل.

أُعيد نشر هذه المقالة من موقع https://www.carbonbrief.org/  بموجب رخصة المشاع الإبداعي. اقرأ المقال الأصلي .

Guest post: How the world’s rivers are releasing billions of tonnes of ‘ancient’ carbon