الكشف عن الأشجار يعبث بحسابات المناخ – آرس تكنيكا

في كل عام بين شهري سبتمبر وديسمبر، تصنع لبنى دادا السحب. دادا، عالمة الغلاف الجوي، تجتمع مع العشرات من زملائها لإجراء تجارب في غرفة من الفولاذ المقاوم للصدأ سعة 7000 جالون في CERN في سويسرا. يقول دادا، الذي يدرس كيفية تفاعل الانبعاثات الطبيعية مع الأوزون لتكوين الهباء الجوي الذي يؤثر على المناخ: “إنه مثل معسكر علمي”.

الغيوم هي أكبر مصدر ريبة في التنبؤات المناخية. اعتمادًا على الموقع، يمكن أن يكون الغطاء السحابي تعكس ضوء الشمس بعيدا من الأرض والمحيطات التي من شأنها أن تمتص حرارتها، وهي ميزة نادرة في عالم الاحترار. ولكن يمكن للسحب أيضا فخ الحرارة فوق الجليد في القطب الشمالي والقطب الجنوبي. يريد العلماء معرفة المزيد عن أسباب تشكل السحب، وما إذا كان هذا التأثير هو التبريد أو التسخين. والأهم من ذلك كله، كما يقول دادا، “أننا نريد أن نعرف كيف قمنا نحن البشر بتغيير السحب”.

في السماء، تجذب جزيئات الهباء الجوي بخار الماء أو الجليد. وعندما تصبح الكرات الرطبة الصغيرة كبيرة بدرجة كافية، فإنها تصبح بذور الغيوم. يتكون نصف الغطاء السحابي للأرض حول أشياء مثل الرمل والملح والسخام والدخان والغبار. النصف الآخر يتشكل حول الأبخرة الصادرة عن الكائنات الحية أو الآلات، مثل ثاني أكسيد الكبريت الذي ينشأ من حرق الوقود الأحفوري.

في CERN، يكرر العلماء هذه العملية عن طريق حقن الغرفة الفولاذية بأبخرة تمثل بيئات محددة. (وتسمى غرفة السحابة، نسبة إلى القطرات الكونية التي تترك في الهواء الطلق.) على سبيل المثال، يمكنها محاكاة الغازات الموجودة فوق المدن. لكن دادا، الذي يعمل عادة في معهد بول شيرير في سويسرا، ذهب إلى المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) للنظر في الماضي. أراد فريقها من العلماء من جميع أنحاء العالم إعادة خلق الهواء فوق الغابات، لأن الجو “النقي” يشير إلى ما كان عليه تكوين السحاب قبل التصنيع. وتقول: “نحن بحاجة إلى هذه المقارنة بالوقت الذي لم تكن فيه انبعاثات بشرية، حتى نتمكن من إصلاح نماذجنا المناخية”.

في ورقة نشرت هذا الشهر في Science Advances، أنشأ فريق دادا عاملًا قويًا جديدًا في تكوين السحاب: وهو نوع من المواد الكيميائية تطلقه الأشجار. تنبعث الأشجار المواد المتطايرة الطبيعية مثل الأيزوبرين والمونوتربين، والتي يمكن أن تثير شرارة تشكيل السحابة التفاعلات الكيميائية. يركز عمل دادا الجديد على فئة مهملة من المواد المتطايرة الأقل وفرة تسمى سيسكيتربين، والتي لها رائحة خشبية أو ترابية أو حمضية أو حارة، اعتمادًا على الجزيء ونوع النبات أو الميكروب الذي ينبعث منها.

يوضح الفريق أن السيسكيتربينات أكثر فعالية من المتوقع في زرع السحب. مجرد نسبة 1 إلى 50 من السيسكويتيربين إلى المواد المتطايرة الأخرى تضاعف تشكيل السحابة.

إن الدور الذي تلعبه الأشجار في زرع السحب مهم، لأنه يشير إلى الشكل الذي قد تبدو عليه السماء فوق بعض المناطق إذا تمكنت الحكومات من الحد من انبعاثات الكبريت. وفي عالم يقل فيه التلوث، ستصبح النباتات والأشجار هي المحرك الأكثر هيمنة لتكوين السحب، وهو صدى لعالم ما قبل الحداثة.

يمكن أن يساعد هذا البحث في تحسين التقديرات لما كان عليه الغلاف الجوي قبل التصنيع. ربما كنا قد قلصنا عدد الهباء الجوي في العالم من خلال إغفال جزء كبير من تلك التي تأتي من الأشجار. وإذا كان الأمر كذلك، فسوف تحتاج النماذج المناخية إلى إعادة التجهيز.

تقول باكيتا زويديما، عالمة الغلاف الجوي بجامعة ميامي، والتي لم تكن جزءًا من الدراسة: “إن تكوين الجسيمات الجديدة هو موضوع ساخن جدًا في الوقت الحالي”. “لقد بدأنا ندرك أكثر فأكثر أننا لا نعرف بالضبط كيف يبدو الجو النقي.”

وفي حين تهيمن الانبعاثات البشرية المنشأ على تكوين السحب في المناطق المأهولة بالسكان، فإن المواد المتطايرة النباتية تهيمن على الأراضي البكر في أماكن أخرى. أصبحت الأدوات المعملية مؤخرًا حساسة بدرجة كافية لفهم أي منها يساهم بشكل أكبر.

العديد من الاكتشافات حول السيسكيتربينات حديثة نسبيًا. في 2010، اكتشفهم الباحثون بالقرب من أرضية غابات الأمازون. في أعلى المظلة، كان من الصعب تتبع السيسكيتربينات. يشير هذا إلى أن الأوزون كان يحول السيسكيتربينات إلى هباءات تلقيح السحب. أبلغت دادا عن نظام مماثل في الغابات الفنلندية والأراضي الخثية العام الماضي. وتقول: “إننا نرى المزيد والمزيد لأن أدواتنا أصبحت أفضل بكثير الآن”. “إنهم ليسوا فقط في منطقة الأمازون.”

عندما بدأت دادا وزملاؤها الدراسة الجديدة، كانوا يهدفون إلى اختبار قدرات السيسكويتيربين على تكوين السحب عن طريق محاكاة الهواء في الغابة التي لم تفسدها الانبعاثات البشرية. لقد بدأوا بخط أساسي، وهو قياس ما يحدث بعد تأين مزيج جوي من المواد المتطايرة “الحيوية” الأكثر شيوعًا: الأيزوبرين وألفا بينين، وهو تربين أحادي. هذا المزيج المصنف الغيوم، كما هو متوقع. بعد ذلك، فعل الفريق الشيء نفسه وقاموا بخلط مادة سيسكويتيربين تسمى β-caryophyllene. يأتي من أشجار الصنوبر والحمضيات ورائحته مثل الفلفل المطحون.

افترض دادا أن بيتا كاريوفيلين يجب أن يتفاعل كيميائيًا، مكونًا الهباء الجوي وفي النهاية سحابة. وقفت هي وفريقها في غرفة التحكم يراقبون 15 شاشة تعرض قراءات في الوقت الفعلي للبيانات، مثل أحجام الهباء الجوي وتركيزاته. سيعرفون أنها كانت على حق إذا تغير لون الرسم البياني لأحجام الجسيمات على إحدى الشاشات. سوف ينمو ويتحول من اللون الأزرق إلى الأصفر الموزي مع تزايد عدد بذور السحابة.

في الجولة الأولى، تحول الرسم البياني إلى اللون الأصفر. كان دادا على حق. (تتذكر قائلة: “كنا جميعًا نصرخ “موز! موز! موز!”). إن إضافة 2% فقط من حجم بيتا-كاريوفيلين إلى المزيج أدى إلى مضاعفة تكوين السحابة وتسبب في نمو الجزيئات. أسرع. كانت هذه أول تجربة توضح كيفية قيام السيسكويتيربين بتكوين السحب. يقول دادا إنه أظهر أنه على الرغم من أن هذه ليست سوى جزء صغير من المركبات التي تزفرها الأشجار، إلا أن “المساهمة هائلة”.

يقول جيوين فان، عالم الغلاف الجوي في مختبر أرجون الوطني غير المشارك في الدراسة: “إن إضافة القليل من السيسكويتيربين له تأثير كبير جدًا”. حتى عندما تنتج السيسكويتيربينات هباءً “متناهيًا” لا يكون كبيرًا بما يكفي لتكوين السحب، إلا أنها لا تزال قادرة على التأثير على الطقس. في عام 2018، أظهر فان أنه عندما “تبتلع” السحب المطيرة الضخمة هباءً فائق الدقة، فإنها تشكل قطرات جديدة تنشيط العواصف الرعدية.

بالنسبة لفان، تشير البيانات الجديدة إلى أن السيسكيتربينات قد تساعد في تفسير التدفق العالمي للهباء الجوي بشكل أفضل. يتسبب الهباء الجوي في تحويل السحب لمزيد من الحرارة بعيدًا عن الأرض، وهو تأثير يُعرف باسم “التأثير الإشعاعي”. (هذه هي الفكرة وراء المؤامرات إلى مهندس جيولوجي الغلاف الجوي بالهباء الجوي: زرع السحب بشكل اصطناعي يمكنه تبريد الأرض.) المزيد من الهباء الجوي يعني المزيد من السحب العاكسة التي تبدو أكثر بياضًا، وتدوم لفترة أطول، وتهطل أمطار أقل.

لكن العلماء يواجهون صعوبة في محاكاة عدد الهباء الجوي الذي يجب أن يؤخذ في الاعتبار في النماذج. يقول فان: “لقد كانت مشكلة طويلة الأمد”. “إن الكثير من النماذج المناخية تبالغ في تقدير تأثير الهباء الجوي الناتج عن النشاط البشري.” ولعل السبب في ذلك هو أنهم يقللون من شأن انتشار الهباء الجوي الطبيعي – من الميكروبات والنباتات والأشجار – قبل الثورة الصناعية. يوافق زويديما على ذلك قائلاً: “ربما لا يكون ما نستخدمه كنقطة مرجعية في الواقع منخفض الهباء الجوي كما كنا نعتقد”.

ومن خلال القياس الكمي لكيفية تكوين الأشجار للسحب، يمكن للعلماء التنبؤ بشكل أفضل بمستقبل المناخ وماضيه. تعمل الانبعاثات الصناعية على تقليل بعض الاحترار من خلال التأثير الإشعاعي، حيث أن هباء الكبريت يمكن أن يخلق سحبًا عاكسة. ولكن إذا كانت الهباء الجوي الحيوي أكثر وفرة مما كان متوقعا قبل التصنيع، فإن المساهمات من الصناعة أقل أهمية.

من الصعب أن نتكهن بما قد تنبئنا به عملية إعادة الحساب هذه عن الانحباس الحراري العالمي، وذلك لأن هناك العديد من الأجزاء المتحركة في المناخ الديناميكي. على سبيل المثال، يؤدي الإجهاد الحراري والطقس القاسي والجفاف إلى تدهور النباتات إطلاق المزيد من المواد المتطايرة الحيوية– التي تزرع المزيد من السحب. إزالة الغابات والإجهاد الحراري هي دفع خطوط الأشجار للهجرة إلى ارتفاعات وخطوط عرض أعلى. التي تؤثر أين تشكل الغيوم.

يقول دادا: “إنها حلقة من ردود الفعل”. “المناخ يؤثر على تكوين السحب، والسحب تؤثر على المناخ.”

ستساعد النماذج المناخية الأفضل العلماء على التنبؤ بأفضل طرق التخفيف: “إذا كنا بحاجة إلى المزيد من السحب، إذا كنا بحاجة إلى سحب أقل”، كما يقول دادا. لكن المعضلة هنا هي أن النماذج المناخية تتطلب الكثير من العمليات الحسابية بشكل لا يصدق. قد لا يكون من السهل دمج فيزياء شيء صغير مثل رذاذ الأشجار.

يعود دادا إلى CERN هذا الخريف لإجراء المزيد من الاختبارات. ويريد فريقها الآن أن يرى كيف تؤثر الانبعاثات البشرية المنشأ، مثل ثاني أكسيد الكبريت، على قدرة النباتات على زرع السحب. قد يبطئ كل منهما الآخر، أو يسرعان بعضهما البعض. هدفهم هو توسيع نطاق استنتاجاتهم لتشمل المناطق التي ليست نقية مثل الغابات، حيث توجد أنواع كثيرة من الانبعاثات المختلطة. وتقول: “إننا نحاول إضافة عوامل بشرية المنشأ، للحصول على رؤية أكثر واقعية حول كل مكان تقريبًا حول العالم”.

ظهرت هذه القصة في الأصل على Wired.com.