تالاب‌ها؛ منبع پنهان افزایش متان در عصر گرمایش جهانی

1

با افزایش دماها، ممکن است نبردی پنهان در خاک‌های گلی تالاب‌ها شدت گیرد. این مبارزه‌ی بی‌صدا، میان میکروب‌هایی که متان تولید می‌کنند و آن‌هایی که آن را مصرف می‌کنند، جریان دارد.

اختلال در تعادل طبیعی

با شدت گرفتن تغییرات اقلیمی، تعادلی که تاکنون سطح متان را کنترل می‌کرد ممکن است از هم بپاشد. در یک مطالعه‌ی اخیر، پژوهشگران مرکز تحقیقات محیط زیست اسمیتسونیان این پدیده را مورد بررسی قرار دادند.

در حالی که تالاب‌ها به جذب دی‌اکسید کربن (CO₂) شهرت دارند، بزرگترین منبع طبیعی متان – گازی با توانایی به دام انداختن گرمای بسیار بیشتر – نیز به شمار می‌روند.

نبرد زیر تالاب‌ها

اهمیت شناخت رفتار تالاب‌ها

بر اساس برآوردهای اداره ملی اقیانوسی و جوی آمریکا، ۱۹ درصد از گرمایش جهانی ناشی از متان است. این واقعیت، اهمیت درک رفتار تالاب‌ها در شرایط آب و هوایی متغیر را برجسته می‌کند.

«اگر حجم زیادی از متان از تالاب‌ها آزاد شود، و ما درباره‌ی آن چیزی ندانیم، هدف‌های کاهشی ما برای مهار تغییرات اقلیمی در آینده از مسیر خود منحرف خواهد شد.»
— جی‌هیون لی، نویسنده‌ی اصلی مطالعه

دو گروه از میکروب‌ها در خاک تالاب

خاک‌های تالاب دو نوع میکروب را در خود جای داده‌اند:

• میکروب‌های تولیدکننده‌ی متان: این گاز گلخانه‌ای تا ۴۵ برابر قوی‌تر از دی‌اکسید کربن است.
• میکروب‌های مصرف‌کننده‌ی متان: این موجودات متان را با استفاده از اکسیژن به دی‌اکسید کربن تبدیل می‌کنند. فرآیندی که یکی از راه‌های مهم طبیعت برای کند کردن روند تغییرات اقلیمی است.

میکروب‌ها در تالاب‌های غرقابی

اکوسیستم بدون اکسیژن

مطالعه‌ی اخیر بر روی نوعی میکروب تمرکز داشت که در محیط‌های فاقد اکسیژن (بی‌هوازی) زندگی می‌کند. این میکروب‌ها در تالاب‌های غرقابی رایج هستند.

در گذشته، دانشمندان معتقد بودند که این میکروب‌ها به دلیل نبود اکسیژن نمی‌توانند متان را حذف کنند. حتی پس از کشف اینکه میکروب‌های بی‌هوازی می‌توانند با استفاده از مولکول‌های سولفات متان را مصرف کنند، نقش آن‌ها همچنان ناچیز تلقی می‌شد.

«آن‌ها فکر می‌کردند فرآیند بی‌هوازی مصرف متان خیلی کند است و مقدار قابل توجهی متان را حذف نمی‌کند.»
— لی

نقش چشمگیرتر میکروب‌های بی‌هوازی

اما این فرضیه نادرست از آب درآمد. بیشترین مقدار متان در مناطق کم اکسیژن – همان جایی که این میکروب‌های بی‌هوازی ساکن‌اند – تولید می‌شود.

در تالاب مورد مطالعه، این میکروب‌ها حدود ۱۲٪ متان را حذف کردند. در محیط‌های شورتر که سولفات بیشتری وجود داشت، این میزان تا ۷۰٪ افزایش یافت. سپس تیم تحقیقاتی گرما را افزایش داد.

افزایش دی‌اکسید کربن و دما

آزمایش SMARTX

محققان در مرکز تحقیقات محیط زیست اسمیتسونیان در مریلند، آزمایشی به نام SMARTX (پاسخ رسوب‌گذاری باتلاق‌های شور به افزایش دما) اجرا کردند.

با استفاده از لامپ‌های مادون قرمز و کابل‌های زیرزمینی، بخش‌هایی از تالاب را به میزان ۵.۱ درجه سلسیوس گرم کردند. در برخی قطعات، دی‌اکسید کربن را نیز افزایش دادند تا آینده‌ای واقعی‌تر را شبیه‌سازی کنند.

«دنیایی گرم‌تر بدون دی‌اکسید کربن بالاتر غیرممکن است. هدف SMARTX شبیه‌سازی چنین جهانی است؛ هم گرمایش سطحی و هم زیرزمینی.»
— جنیویو نویس، دانشمند ارشد SERC

نتایج آزمایش

با افزایش دما، انتشار متان نیز جهش پیدا کرد. اما نه به دلیل ضعف میکروب‌های مصرف‌کننده‌ی متان. در حقیقت، این میکروب‌ها تلاش بیشتری کردند و متان بیشتری حذف کردند.

مشکل اصلی، فعالیت شدیدتر میکروب‌های تولیدکننده‌ی متان بود که از سرعت میکروب‌های مصرف‌کننده پیشی گرفتند.

نقش گیاهان در انتشار متان

تأثیر گونه‌های گیاهی

نوع گیاهانی که در خاک می‌رویند تأثیر زیادی بر میزان انتشار متان داشت:

• در مناطقی با گیاهان ستبر مانند «سج»، انتشار متان تقریباً چهار برابر شد.
• در مناطقی با علف‌های کوتاه‌تر، این افزایش تنها ۱.۵ برابر بود.

افزایش دی‌اکسید کربن شدت این رشد را کاهش داد، اما کاملاً آن را متوقف نکرد. در قطعاتی با پوشش سنگین سج، انتشار متان در حضور CO₂ و گرما دو برابر شد، در حالی که بدون CO₂ این افزایش چهار برابر بود.

نقش ریشه‌های بزرگ‌تر

محققان معتقدند این اثر به دلیل رشد ریشه‌های بزرگ‌تر در گیاهان تحت تأثیر CO₂ است. ریشه‌های بیشتر، اکسیژن بیشتری وارد خاک می‌کند که به نفع میکروب‌های مصرف‌کننده‌ی متان است.

«گرمایش تأثیر بسیار زیادی بر افزایش انتشار متان خواهد داشت. اما افزودن CO₂ این اثر را کمی تعدیل می‌کند.»
— نویس

تولید متان در سراسر تالاب‌ها

الگوی تکرارشونده

این پدیده محدود به یک مکان خاص نیست. در سال ۲۰۲۱ نیز همان تیم تحقیقاتی الگوی مشابهی را در خاک‌های پر اکسیژن مشاهده کرد. شرایط گرم‌تر باعث شد که میکروب‌های تولیدکننده‌ی متان از میکروب‌های مصرف‌کننده پیشی بگیرند. روندی که می‌تواند تالاب‌های سراسر جهان را تحت تأثیر قرار دهد.

ارزش تالاب‌ها

با این حال، پژوهشگران تأکید کردند که حفاظت از تالاب‌ها اهمیت زیادی دارد. این مناطق نقش حیاتی در دفاع در برابر طوفان‌ها و سیلاب‌ها ایفا می‌کنند و کربن را در خاک و گیاهان ذخیره می‌کنند.

«حفاظت و بازسازی تالاب‌های ساحلی ارزش فوق‌العاده‌ای برای آب‌وهوا دارد، به‌ویژه با در نظر گرفتن خدمات گسترده‌ی اکوسیستمی که برای انسان‌ها فراهم می‌کنند.»
— پت مگونیگال، نویسنده‌ی ارشد و معاون پژوهشی SERC

آمادگی برای آینده

اهمیت داده‌های بهتر

در چشم‌انداز آینده، سیاست‌گذاران برای آمادگی بهتر به داده‌های دقیق‌تری نیاز دارند. دانستن میزان انتشار متان از تالاب‌ها در دهه‌های آینده، برای رسیدن به اهداف اقلیمی حیاتی است.

پژوهشگران تأکید می‌کنند که تغییرات اقلیمی تنها به معنای گرمایش هوا نیست، بلکه فرآیندهای میکروبی ظریف نیز می‌توانند به‌آرامی تعادل گازهای گلخانه‌ای را تغییر دهند.

«باید در نظر بگیریم که تغییرات اقلیمی چگونه بر این فرآیندهای میکروبی حساس مانند اکسیداسیون متان و تولید متان تأثیر خواهد گذاشت.»
— لی

این مطالعه به طور کامل در مجله‌ی Science Advances منتشر شده است.