الأشجار الميتة حول العالم تثـــير صدمة للعلماء
مصر: إيهاب محمد زايد
إن الغابات التي كانت تعتبر ذات يوم قادرة على الصمود تعاني من حالات موت مفاجئ. للتنبؤ بمصير غابات العالم في مواجهة تغير المناخ ، يحتاج الباحثون إلى فهم كيفية موت الأشجار.
نظرًا لأننا نعلق بعيدًا فوق سطح الأرض في يوم مشمس من شهر أكتوبر ، سيكون من السهل التركيز على قمم التلال الزرقاء والمدن الصغيرة الموجودة بينها.
نحوم فوق الأغصان القاحلة الخالية من الأوراق لشجرة زان فقدت تاجها بسبب الجفاف ، ونبتة شجرة التنوب برأس مجردة من الإبر ، ونرى من بعيد الهياكل العظمية الصلعاء للصنوبريات دمرتها خنافس اللحاء.
يصرخ بيترز بالتعليمات ويقوم الرجل الذي يدير الرافعة بتوجيه الذراع التي يبلغ طولها 50 مترًا في دائرة ، مما يسمح للجندول بالانزلاق فوق سطح الغابة بينما يدغدغ النسيم الأوراق برفق. إنها طريقة سريالية لمشاهدة مظلة الغابة ، وبالنسبة لبيترز والعلماء الآخرين الذين يعملون هنا ، فهي أكثر من ذلك بكثير. يزورون بانتظام هذا البستان في منطقة هولشتاين في سويسرا في جبال جورا لإجراء قياسات دقيقة لما يقرب من 80 من أصل 480 شجرة ، في المنطقة التي يتنفسون فيها.
صورة لجندول أحمر مع أشخاص بداخله معلقون من رافعة. يوجد أدناه غابة.
في موقع لرصد الغابات بالقرب من هولشتاين ، سويسرا ، يستخدم العلماء رافعة للمناورة في المظلة لأخذ القياسات التي توثق استجابات الأشجار للتغيرات البيئية ، مثل الجفاف.
ينمو هنا حوالي 14 نوعًا من الأشجار الأوروبية ، معظمها من خشب الزان والتنوب ، موضوع دراسة طويلة الأمد بقيادة عالم البيئة النباتية وعالم وظائف الأعضاء أنسجار كهمين من جامعة بازل. عندما تم إطلاق المشروع في عام 2018 ، كان الهدف هو محاكاة آثار الجفاف من خلال بناء أسقف فوق أرضية الغابة لاعتراض المطر. لكن في ذلك الصيف وبداية الخريف ، أقام الطقس نفسه التجربة ، حيث انخفض هطول الأمطار إلى النصف تقريبًا ودرجات الحرارة أعلى بثلاث درجات عن المعتاد كجزء من أسوأ موجة جفاف تجتاح وسط أوروبا منذ 250 عامًا.
تم القضاء على العديد من الأشجار ؛ استسلمت 10 شجرة التنوب في الموقع الذي تبلغ مساحته هكتارين (حوالي خمسة أفدنة). تم اختبار عدد لا يحصى من الأشجار الأخرى إلى أقصى حدودها في ذلك العام وفي السنوات التي تلت ذلك.
يشعر علماء الغابات في جميع أنحاء العالم بالقلق من رؤية حالات الجفاف ، التي غالبًا ما تتفاقم بسبب الحرائق وانتشار خنافس اللحاء ، وتقتل الأشجار بمقاييس لم يسبق لها مثيل من قبل – من مساحات شاسعة من الغابات الأمريكية ، إلى الغابات الجافة في أستراليا حيث يمكن أن تصل الجذور إلى حوالي 50 مترًا (أكثر من 160 قدمًا) ، إلى المناطق المعتدلة والغابات الاستوائية الرطبة حيث كانت مثل هذه الأحداث لفترة طويلة لا يمكن تصورها. يقول هنريك هارتمان ، عالم الفسيولوجيا البيئية في معهد يوليوس كوهن ، مركز الأبحاث الفيدرالي للنباتات المزروعة في ألمانيا والمؤلف الرئيسي لنظرة عامة على موت الغابات في المراجعة السنوية لبيولوجيا النبات لعام 2022.
أصاب الجفاف العديد من هذه النظم البيئية من قبل ، ولكن الشيء المختلف الآن هو “موجات الجفاف الأكثر سخونة” الناتجة عن ارتفاع درجات الحرارة. ويحذر هارتمان وزملاؤه من المزيد من حالات الوفاة الدراماتيكية في الغابات في طريقهم. إن معرفة عدد عمليات الإعدام التي ستضرب ، وأين ، أمر بالغ الأهمية ؛ الغابات هي منازل حيوية للحياة الأرضية وتعمل كمكيفات هواء كوكبية من خلال امتصاص ما يصل إلى ثلث انبعاثات الوقود الأحفوري التي تؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الكوكب التي تنتجها البشرية سنويًا. يتوقع بعض الخبراء أنه إذا تسارعت وتيرة موت الأشجار وطردت المزيد من الكربون في الهواء ، فقد تصبح الغابات منتجة صافية لثاني أكسيد الكربون ، مما يؤدي إلى تسريع تغير المناخ.
لكن التنبؤ بالمستقبل يمثل تحديًا هائلاً – لدرجة أن التنبؤات المناخية الرئيسية للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) من المرجح أن تقلل بشدة من موت الأشجار الناتج عن الجفاف. لا يعرف العلماء حتى عدد الأشجار التي تموت في يومنا هذا. إنهم يسجلون إلى حد كبير الوفيات فقط في المواقع المدروسة جيدًا ، لذلك ربما يموت الكثير دون أن يلاحظها أحد.
والأهم من ذلك ، أن الكثير من الفهم العلمي لكيفية استجابة الأشجار للجفاف عفا عليه الزمن ، بناءً على دراسة غير مكتملة لفيزيولوجيا الأشجار ، مما يجعل من الصعب بناء نماذج دقيقة. بريدإن تحديد ما يخبئه المستقبل يعني فك تشابك العمليات الصامتة التي تتكشف داخل أجسام الأشجار أثناء معاناتها من الطقس الأكثر حرارة وجفافًا ، وفي النهاية فهم كيفية موت الأشجار.
مراقبة آثار الجفاف أثناء العمل
قد يبدو غريباً أن العلماء ما زالوا لا يعرفون بالضبط كيف تقتل موجات الجفاف الأشجار. ثم مرة أخرى ، نادرًا ما تتاح لهم الفرصة لتتبع موت الشجرة من البداية إلى النهاية ، نظرًا لأن الأمر قد يستغرق سنوات ، أو حتى عقودًا ، حتى تستسلم الشجرة ، وأقرب بوصات عديدة من حافة الهاوية دون أن يلاحظها أحد.
وهذا جزئيًا ما يجعل موقع المراقبة في هولشتاين ذا قيمة كبيرة. إذا ماتت شجرة في هذه الغابة ، سيسمعها العلماء بصوت عالٍ وواضح.
بعد القيادة في طريق عاصف قبالة الطريق السريع بالقرب من بازل ، وصلت قبل الفجر إلى الموقع المسور في منتصف أكتوبر الخميس ، مع بيترز ، عالم فيزيولوجيا الأشجار في جامعة بازل ، وديفيد ستيجر ، الذي يحضر الدكتوراه في نفس المؤسسة المعنية بالاستجابة للجفاف تحت الأرض. نحن نرتدي الخوذات ، جزئيًا لحماية أنفسنا من سقوط أغصان الزان التي تضررت من الجفاف ، ويتأرجح العلماء إلى العمل. يبحث Steger عن الصنوبريات التي سيتم فحصها اليوم ويضيء مصباحًا يدويًا على جذوعها حتى يتمكن عالم الفسيولوجيا البيئية غونتر هوش ، الموجود في الأعلى في الجندول ، من المناورة نحو الستائر لجمع عينات من الأغصان.
أثناء التحديق في الظلام ، أرى أدوات موصولة بأسلاك للأشجار لمراقبة عناصرها الحيوية بانتظام: تقلص وتورم أنسجة اللحاء أثناء شرب الأشجار ، وحركة النسغ من الجذور إلى الأوراق ، والحجم الكلي للجذع. تعطي الأشجار المليئة بوسائل منع الحمل انطباعًا بوجود وحدة العناية المركزة الكبيرة في الهواء الطلق.
صورة لجذع شجرة به أجهزة مراقبة مختلفة. الأوراق الخضراء لأشجار أخرى في الخلفية.
معدات مراقبة الأشجار في موقع Hölstein. يمكن للعلماء تتبع صحة الأشجار من خلال الأجهزة التي تقيس تدفق النسغ عبر الجذع ومحيط الشجرة وسماكة أنسجة اللحاء.
يسقط Hoch كيسًا مليئًا بالأغصان ، وتوجهت أنا وبيترز إلى مقصورة صغيرة لأخذ قياس رئيسي منها: إمكانات ماء الأوراق ، وهو مؤشر على مدى توتر الشجرة. الأوراق مرصعة بصمامات صغيرة تسمى الثغور ، والتي من خلالها تنقل الأشجار ثاني أكسيد الكربون والأكسجين وتسمح للماء بالخروج ؛ تمامًا مثل التعرق ، فإن فقدان الماء هذا يبرد الشجرة. عندما يخرج الماء ، فإنه يولد ضغطًا سلبيًا يمتص المزيد من الماء عبر نسيج الخشب – قنوات تحويل المياه داخل جذع وأغصان الشجرة – باتجاه الأوراق. نحن نقيس هذا الضغط السلبي ، والذي يسمى أيضًا التوتر.
تكون إمكانات ماء الأوراق سلبية بشكل عام ، ولكن كلما كانت سلبية ، كان ذلك أفضل. عند قياسها قبل الفجر ، تظهر ما إذا كانت الأشجار قادرة على إعادة ترطيبها طوال الليل ، وتجديد المياه التي فقدتها في اليوم السابق. لهذا السبب أنا هنا في الخامسة صباحًا ، أشاهد بينما يقوم بيترز بتقييم حالة أغصان التنوب النرويجي (Picea abies) والتنوب الفضي (Abies alba) والصنوبر الاسكتلندي (Pinus sylvestris). يقوم بوخز كل غصين في غرفة محكمة الإغلاق ويسمح ببطء بدخول الهواء المضغوط حتى تنفجر فقاعات النسغ من الطرف المقطوع للغصين. مقدار الضغط المطلوب لحدوث ذلك يساوي شد الماء الذي كان يعاني منه الغصين.
يبدو أن بيترز سعيد عندما اكتشف أن قيم المياه المحتملة للأغصان مرتفعة نسبيًا ، في حدود -0.6 إلى -0.7 ميجا باسكال. بفضل الأمطار الأخيرة ، تعافت الأشجار من صيف العام القاسي ، حيث انخفضت إمكانات أوراقها المائية إلى -2 ميغا باسكال بسبب جفاف الأشجار. يقول بيترز: “إنها أشجار سعيدة للغاية”.
في صيف وخريف 2018 القاسيين ، شاهد العلماء انخفاض إمكانات المياه خلال النهار في أغصان 10 من أشجار التنوب التي كانوا يتتبعونها في الغابة إلى أقل من -2.3 ميجا باسكال. من الواضح أن الجفاف المصحوب بموجة حر قد دفع الأشجار إلى أقصى حدودها. يمكن للهواء الدافئ أن يحتفظ بكمية كبيرة من الماء أكثر مما يمكن للهواء البارد ، مما يؤدي إلى حالة يتم فيها سحب المزيد من الرطوبة من الثغور والشجرة ككل ، بدرجة بدرجة. يمكن للأشجار أن تغلق ثغورها لوقف فقد الماء هذا ، لكن بعض الماء لا يزال يهرب.
يعتقد الفريق أنه بمجرد نفاد الماء من الجذور ، بدأت شجرة التنوب في الجفاف ، حيث استنفدت احتياطياتها المائية الداخلية وفقدت الماء من خلال إبرها. أصبح الضغط على الأعمدة المائية للأشجار كبيرًا لدرجة أن الماء السائل تبخر ، مما أدى إلى تكوين جيوب هوائية تسمى الانسدادات التي أدت إلى انسداد نسيج الخشب. إذا كانت الشجرة تحتوي على الكثير من الانسدادات ، فإن نظام نقل المياه بأكمله سيفشل في توفير المياه للمظلة عندما تصبح رطوبة التربة متاحة مرة أخرى ، كما يقول كهمين – وهو ما حدث لخمسة من أشجار التنوب التي تقلصت إمكانياتها المائية عن -7 ميجا باسكال. ماتوا بسبب فشل هيدروليكي – من العطش في الأساس. يقول كهمين: “كانت العمليات التي لاحظناها في شجرة التنوب في النرويج رائعة جدًا ولم نشهدها من قبل”. “من النادر إظهار أن الفشل الهيدروليكي هو في الحقيقة الآلية الوحيدة للوفاة.”
أشارت النتائج ، التي نُشرت في عام 2021 ، إلى أن شجرة التنوب النرويجية أكثر عرضة للجفاف مما كان يعتقد سابقًا – وهذه مشكلة ، حيث يتم زرع الشجرة في معظم أنحاء أوروبا للحصول على الأخشاب. وغذى العمل أيضًا نقاشًا ساخنًا حول كيفية قتل الجفاف للأشجار بالضبط. على الرغم من أنه يُعتقد في كثير من الأحيان أن الفشل الهيدروليكي هو الضربة القاتلة – وبالتأكيد كان ذلك لشجرة التنوب النرويجية – إلا أن بعض العلماء يجادلون بأن الجفاف يمكن أن يتسبب في تجويع الأشجار أولاً. تحترق الأشجار من خلال احتياطياتها من الطاقة بشكل أسرع في درجات الحرارة الأكثر دفئًا بسبب زيادة معدل الأيض. وإذا قاموا بإغلاق ثغورهم لحماية أنفسهم من فقدان الماء ، فلن يتمكنوا من تبريد أنفسهم أو امتصاص نفس القدر من ثاني أكسيد الكربون الذي يحتاجونه لعملية التمثيل الضوئي وصنع السكريات الضرورية مثل التمثيل الغذائي وامتصاص الماء وإصلاح الانسدادات. إنها حلقة مفرغة ، والتي بدورها تجعلها أكثر عرضة للفشل الهيدروليكي.
كم منه يتلخص في الجوع مقابل الجفاف؟ أم أنها تعتمد على الأنواع؟ إن الحصول على إجابة لا يختلف عن فك شفرة السبب النهائي للوفاة في الأشخاص الذين يعانون من حالات صحية متعددة ومتشابكة ، كما تقول ألانا تشين ، عالمة فيزيولوجيا الأشجار في ETH Zürich. “هذا جزء من سبب اندهاشنا من أحداث موت الأشجار هذه ، لأننا لسنا متأكدين تمامًا من كيفية عملها.”
حيل البقاء على قيد الحياة
الموت والموت هو نهاية الطريق. لكن السؤال الذي لا يقل أهمية عن ذلك هو ما الذي يجعل الأشجار عرضة للجفاف منذ البداية. العديد من الأشجار لديها حيل لدرء المستويات الخطيرة من الجفاف والانسداد. الصنوبر الاسكتلندي ، وهو صنوبر متقلب ، بطيء النمو ، يغلق ثغوره بسرعة – على الأقل بالمقارنة مع التنوب. تساعد إبرها القاسية على منع الماء من الهروب ؛ غالبًا ما تجعل قنوات النسيج الخشبي النحيلة قليلاً من الصعب تطوير الانسداد ؛ وتساعد المياه المخزنة في أنسجة لحاءها على المثابرة خلال أوقات الجفاف. يقول بيترز: “هذا في الأساس نوع يحبس أنفاسه”.
وعلى النقيض من ذلك ، فإن شجرة التنوب النرويجية تعطي الأولوية لعملية التمثيل الضوئي والنمو السريع على حساب السلامة ؛ إنه كسول فيما يتعلق بإغلاق ثغوره ولديه سعة تخزين أقل للمياه في صندوقه.
يعتبر خشب الزان الأوروبي ، وهو نوع سريع النمو نسبيًا ، حساسًا أيضًا للجفاف ، ولكن يمكنه التخلص من أوراقه لمنع فقدان الماء من خلال ثغوره ، وخلال فترات الجفاف الشديدة يمكن أن ينسلخ من أغصان بأكملها.
يُظهر الرسم كيف أن فسيولوجيا ثلاث أشجار – شجرة التنوب النرويجية والصنوبر والبلوط – تؤثر على أدائها أثناء فترات الجفاف.
شجرة التنوب النرويجية ، وهي نوع سريع النمو نسبيًا وتنافسية تعطي الأولوية للنمو على توفير المياه ، وهي شديدة الحساسية للجفاف. على النقيض من ذلك ، فإن خشب الصنوبر والبلوط الاسكتلنديين يتكيفان بشكل جيد مع الجفاف ولكنهما يستخدمان استراتيجيات مختلفة بشكل ملحوظ للتعامل معه ؛ الأول يحافظ على المياه قدر الإمكان ، بينما يركز الأخير على تجديد إمدادات المياه بسرعة.
لكن الثغور والخشب ليسا القصة الكاملة. خلال جفاف 2018 ، لاحظ كهمين وزملاؤه أن بعض الأنواع تبلي بلاءً حسنًا على الرغم من أنها تركت ثغورها مفتوحة على مصراعيها. يتضمن ذلك أشجار البلوط وما يسميه بيترز بفخر “الشجرة الفائقة” لموقع بازل: Sorbus torminalis ، والمعروفة أيضًا باسم شجرة الخدمة البرية. يعتقد الفريق أن سر هذه الأشجار قد يكون جذورًا طويلة تسحب المياه من طبقات التربة العميقة التي لا تستطيع الأنواع مثل الزان والتنوب الوصول إليها ، مما يحافظ على ثبات إمكانات المياه واستمرار عملية التمثيل الضوئي. يقول هوش ، ما دامت الأشجار تحتوي على قش في الماء ، فإنها ستكون بخير.
هناك عوامل أخرى ، بعضها غير مفهوم ، تؤثر أيضًا على مصير الشجرة أثناء الجفاف. على سبيل المثال ، يعاني خشب الزان الأوروبي في هولشتاين ، ولكن انطباع ستيجر أنهم يقومون بعمل أفضل في منطقة أكثر جفافاً بالقرب من برلين – ربما لأنهم متجذرون هناك بعمق أكبر. تحقق أشجار الصنوبر الأسكتلندية الصعبة نتائج جيدة في تربة هولشتاين الطينية ، لكن الجفاف كان يقتلها بأعداد كبيرة في أجزاء أخرى من سويسرا على تضاريس رملية وأسرع تصريفًا.
يقول تشين إنه لأمر مروع أن نشهد. “رؤية الصنوبر الاسكتلندي ، من بين كل الأشياء ، يموت من الإجهاد المائي الواضح وعلى نطاق واسع حقًا … إنه في الحقيقة ليس شيئًا تمت رؤيته من قبل.”
تشخيص حالات موت الغابات
في جميع أنحاء العالم ، تفاجأ العلماء بالمثل من آثار موجات الجفاف الأكثر سخونة على الغابات التي كان يُعتقد أنها مقاومة.
في عام 2015 ، تسبب موسم الأمطار المتأخر والضئيل في موت مئات الأشجار في غابة في Guanacaste في شمال غرب كوستاريكا والتي تدور بشكل دوري بين المواسم الرطبة والجافة. مرة أخرى ، كانت الأنواع الأكثر تضررًا هي الأكثر عرضة للفشل الهيدروليكي لأنها ، على سبيل المثال ، تترك ثغورها مفتوحة لأطول فترة ممكنة ، أو لديها نسيج خشبي معرض للانسداد ، أو جذور ضحلة. تقول عالمة بيئة الغابات في جامعة مينيسوتا جينيفر باورز: “العديد من الأنواع التي تجدها هناك ، يمكنها التأقلم مع خمسة أشهر بدون مطر”. “ولكن عندما تمنحهم سبعة أشهر بدون مطر ، فهذا يحدث لا يهم إذا أمطرت مترين خلال موسم الأمطار “.
واحدة من أكثر الأحداث إثارة للدهشة التي حدثت في عام 2011 ، بعد فترة جفاف شديدة وسلسلة من موجات الحر ، لاحظ العلماء أن العديد من الأشجار تتساقط أوراقها في غابة جارا الشمالية في جنوب غرب أستراليا. تتكاثر أشجار الأوكالبتوس هناك – في الغالب شجرة الجارا أوكالبتوس مارغيناتا – بشغف بعد حرائق الغابات وتتحمل ما يصل إلى سبعة أشهر من الجفاف كل عام ، فتنثر المياه الجوفية من خلال الجذور التي يمكن أن تمتد إلى عمق 50 مترًا (أكثر من 150 قدمًا). يقول عالم البيئة جو فونتين من جامعة مردوخ في بيرث إن الحكمة التقليدية كانت أن هذه الغابة كانت مقاومة للقنابل. لكن في ذلك العام ، فقدت العديد من الأشجار تيجانها تمامًا وعادت إلى الظهور من الجذع ، فقط لتتخلى عن الجذع وتنبث من القاعدة قبل أن تموت في النهاية – “تقريبًا مثل توابع الزلزال” ، يتذكر فونتين.
صورة لكثير من الأشجار الميتة في غابة جراح الشمالية بأستراليا.
تم تصميم العديد من أنواع الأوكالبتوس للإنعاش بعد حرائق الغابات. لكن في عام 2011 ، تسبب الجفاف الشديد الذي أعقبته سلسلة من موجات الحرارة في موت مساحات من الأشجار في غابة جارا الشمالية شرق بيرث ، أستراليا.
على الرغم من دهشة العديد من الخبراء ، ربما لا ينبغي أن يكونوا كذلك ، كما يقول عالم فيزيولوجيا النبات تيم برودريب من جامعة تسمانيا. تتأخر هذه الأشجار سريعة النمو في إغلاق ثغورها ، ويحول نسيجها الخشبي الماء بسرعة ولكنه عرضة للانصمام ، ويشرب الماء بنهم حتى ينفد ، كما حدث على الأرجح في غابة الجارا بسبب سنوات من انخفاض هطول الأمطار. يقول برودريب: “يعتقد الجميع أن شجرة الكينا صعبة حقًا ، لكنهم في الحقيقة مجرد رواد مهللين حقًا”.
تكمن المعضلة الأساسية في أن الأشجار غالبًا ما تضطر إلى إجراء مقايضات: يمكنها إنفاق الكربون على النمو السريع أو على بناء نظام هيدروليكي قوي ، لكنها عادة لا تستطيع القيام بالأمرين معًا. اختارت أشجار الكينا الخيار الأول – مما سمح لها بالسيطرة بأغلبية ساحقة على غالبية الغابات الأسترالية ، ولكنها تسببت الآن في موتها بأعداد كبيرة أثناء فترات الجفاف. على النقيض من ذلك ، اختارت Callitris ، وهي جنس من الصنوبريات في عائلة السرو التي تظهر في غابات أخرى في تلك القارة ، الاستثمار في نظامها الهيدروليكي ، والتضحية بالقدرة على إعادة النمو بسرعة والمنافسة في المناظر الطبيعية المعرضة للحرائق.
يعتبر نسيج Callitris xylem قويًا للغاية لدرجة أنه عندما كان لدى Brodribb زميل له يدور قطعة منه في جهاز طرد مركزي لمعرفة متى ستطور مستويات انسداد خطيرة ، كان عليهم تدويره بسرعات عالية لدرجة أن جهاز الطرد المركزي كسر بدلاً من ذلك.
تكمن المشكلة في أن العديد من أنواع الأشجار قد اختارت استراتيجية محفوفة بالمخاطر قد تكون شديدة الخطورة في عالم الاحترار اليوم. في دراسة عام 2012 ، جمع Brodribb ومعاونوه معلومات عن 226 نوعًا من الأشجار من 81 موقعًا حول العالم. لقد قاموا بجمع بيانات حول إمكانات المياه التي تحدث فيها الانسدادات الخطرة ، ومتوسط إمكانات المياه التي عادة ما توجد بها الأنواع في البرية. وجدوا أن 70 في المائة من الأنواع تحوم بالقرب من هذه العتبة الخطرة – لأنها ، على سبيل المثال ، كانت بطيئة في إغلاق ثغورها ، أو كان لديها نسيج خشبي ضعيف ، أو كان عليها أن تعمل بجهد أكبر لإعادة الترطيب بسبب أنظمة الجذر الضحلة.
في ظل ظروف الجفاف الشديدة ، يصبح الضغط على نظام مياه النبات كبيرًا لدرجة أن فقاعات الهواء المسماة الانسداد يتم امتصاصها في تيار نقل المياه ، مما يؤدي إلى فشل هيدروليكي ، كما هو موضح هنا في ورقة طافرة طماطم غير قادرة على إغلاق ثغورها. استجابة للجفاف. في هذه التجربة ، تتعرض الورقة للهواء الجاف الدافئ ، وتفقد الورقة الرطوبة تدريجيًا. ثم يتم إعادة تزويد الهواء الرطب. تشير النقطة الحمراء إلى موقع في اتجاه مجرى الانسداد ، بينما تمثل النقطة الزرقاء مكانًا في الورقة لم يتطور فيه الانسداد. يصف المحور y المحتوى المائي للورقة. كما يتضح من الخطوط الحمراء والزرقاء ، يفشل نقل الماء في الرقعة المصابة بالانسداد في التعافي من نوبة الجفاف ، بينما يحدث التعافي في الموقع الخالي من الانسداد.
بشكل ملحوظ ، كان هذا صحيحًا في جميع أنواع الغابات التي تم فحصها. من الغابات الجافة إلى الغابات المعتدلة إلى الغابات الاستوائية ، تقبل العديد من أنواع الأشجار أن تكون على وشك الانهيار الهيدروليكي لأنها تساعدها على التغلب على الأشجار الأخرى.
ولكن في حين أن هذه الاستراتيجية عملت بشكل جيد قبل تغير المناخ الذي يسببه الإنسان ، فإن موجات الجفاف الشديدة التي يسببها ارتفاع درجات الحرارة اليوم هي أكثر من قدرة الأشجار على التعامل معها. يقول عالم البيئة الطبيعية والغابات كريج ألين من جامعة نيو مكسيكو: “يبدو الجفاف في الأمازون مختلفًا عما هو عليه في أريزونا” ، ولكن في كل منطقة ، تتكيف الأشجار مع الظروف المحلية التي قلبها المناخ المتغير ، لذا فهي الارتطام بعتبات ما يمكنهم تحمله.
لا تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى دفع الأشجار إلى الحافة الهيدروليكية فقط. حالات الجفاف التي تسببها عوامل الإجهاد الأخرى ، مثل الحرائق: من المحتمل أن يكون الجفاف في الربيع قد ساهم في موسم حرائق الغابات الذي حطم الرقم القياسي في عام 2023 في كندا ،أو مثال. حتى على أطراف غابات الأمازون المطيرة ، فإن الجفاف يجعل من السهل على الناس حرق مناطق للمزارع وانتشار الحرائق إلى أماكن أبعد – على الرغم من أن الجزء الداخلي الرطب من الغابة لا يزال يبدو مرنًا نسبيًا ، كما يقول عالم البيئة بجامعة برمنغهام أدريان إسكيفيل مولبرت. .
في جميع أنحاء العالم ، تقدر بعض الدراسات أن الحرائق الآن تحرق حوالي ضعف مساحة الغابات كما كانت في عام 2001. في عام 2021 – وهو عام سيئ بشكل خاص – استهلكت الحروق 9.3 مليون هكتار ، وهي منطقة بحجم البرتغال.
عاصفة كاملة
بالنسبة لمعظم الأشجار التي تموت أثناء فترات الجفاف ، فإن الأمراض أو الحشرات مثل خنافس اللحاء عادة ما تكون الضربة القاتلة. هذا صحيح بالنسبة لأشجار التنوب الأوروبية وكذلك الأنواع شديدة التحمل مثل أشجار الصنوبر البريستليكون وعصائر السيكويا العملاقة في سييرا نيفادا في الولايات المتحدة. بين عامي 2014 و 2020 ، شهد عالم البيئة في الغابات ناثان ستيفنسون موت 33 سيكويا عملاقة ؛ يشتبه في أن مزيجًا من النار والجفاف أوقف تدفق المياه إلى تيجان الأشجار ، مما جعلها غير قادرة على دفع الراتنجات الدفاعية ضد الخنافس. نوع من الخنفساء لم يُعرف من قبل بقتل السيكويا ثم غزا من التاج إلى الأسفل. يقول ستيفنسون ، العالم الفخري في هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية: “ما أخرجهم أخيرًا هو خنفساء لحاء أضعف من أن تقتلهم في ظل الظروف العادية ، لكنها يمكن أن تقتلهم أخيرًا في ظل ظروف قاسية”.
هذه الكوكبة من الأزمات منتشرة أيضًا في المناطق الجبلية في شمال نيو مكسيكو ، حيث كان ألين يوثق آثار الجفاف الإقليمي الضخم الذي بدأ في عام 2000. ضرب الجفاف المنتظم المنطقة من قبل. لكن هذه المرة ، تسبب قرن من إخماد الحرائق وتراكم هائل للنباتات الكثيفة خلال فترة رطبة سابقة – جنبًا إلى جنب مع درجات الحرارة الأكثر دفئًا التي حدثت مع الجفاف – في انهيار كل الجحيم ، كما يقول ألين.
صورة لأشجار الصنوبر بونديروسا الميتة على منحدر جبلي.
صنوبر بونديروسا الميت في جبال جيميز شمال نيو مكسيكو. مثل معظم جنوب غرب الولايات المتحدة ، عانت المنطقة من الجفاف الضخم منذ أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين الذي دمر مئات الآلاف من الهكتارات من الغابات بسبب ندرة المياه وحرائق الغابات وانتشار خنافس اللحاء.
انفجرت أعداد خنافس اللحاء في الدفء ، مع بقاء المزيد من اليرقات في الشتاء وضغط المزيد من الأجيال في موسم واحد. بين عامي 2002 و 2004 ، التهموا أكثر من مليون هكتار من الصنوبر piñon (Pinus edulis) والصنوبر Ponderosa (Pinus ponderosa) في الجنوب الغربي. من المحتمل ألا تتمكن الأشجار من تجميع ما يكفي من الكربون أو الماء لإنتاج مادة صمغية تحميها عادةً. اشتعلت النيران على الغطاء النباتي الكثيف.
مرارًا وتكرارًا ، تقف الصنوبر السميكة القوية التي عرفها ألين لعقود من الزمن تحولت إلى شجيرة ومراعي ، مع وجود عدد قليل جدًا من الأشجار في الأماكن التي يمكنه اليوم رؤية سلاسل الجبال التالية ، على بعد عشرات الأميال. يقول: “الكثير من الأشجار والغابات المفضلة لدي من الثمانينيات والتسعينيات لم تعد حية”. “أعلم أن النظم البيئية ديناميكية – أعرف ذلك من الناحية الفكرية. ولكن يجب أن تعرف شيئًا وأن نعيش في حجم التحولات التي حدثت في هذا المشهد شيء آخر “.
مستقبل مجهول
حتى وقت قريب ، اعتقد العديد من العلماء أن زيادة انبعاثات الكربون ستكون أخبارًا جيدة للغابات ، لسبب بسيط هو أن النباتات تحتاج إلى ثاني أكسيد الكربون لتنمو. إذا كان هناك المزيد منه في الهواء ، فإنهم يحصلون على المزيد من ثاني أكسيد الكربون لكل جزيء من الماء يفقدونه – مما يسمح لهم ببناء الأنسجة بشكل أسرع واستخدام الماء بكفاءة أكبر.
هذا هو السبب في أن النماذج الحسابية الأولى لنمو الغطاء النباتي في ظل تغير المناخ أظهرت تخضير الكوكب على نطاق واسع – وبالفعل ، أظهرت دراسات الأقمار الصناعية الحديثة أنه كان هناك توسع في الغطاء النباتي في جميع أنحاء العالم خلال الثمانينيات والتسعينيات.
ولكن من الواضح بشكل متزايد أن هذه الفوائد قد تفوقها تأثيرات الاحتباس الحراري لانبعاثات الكربون. وفقًا لدراسة أجريت عام 2019 ، توقف التخضير العالمي منذ أكثر من 20 عامًا ، وتراجع الغطاء النباتي منذ ذلك الحين ، كل ذلك بسبب آثار الاحتباس الحراري التي تزيد من الجفاف.
الفروع الميتة تظهر فوق المساحات الخضراء.
في عامي 2015 و 2016 ، تسبب الجفاف الشديد في موت شجرة كبيرة في غابة في Guanacaste ، كوستاريكا ؛ كنظام بيئي استوائي جاف موسميًا ، كان يُعتقد منذ فترة طويلة أنه مرن نسبيًا للجفاف.
عندما يصبح الجو أكثر دفئًا ، يصبح عطشًا ، وهذه العلاقة متسارعة ، بحيث أنه لكل درجة مئوية واحدة من الاحترار ، يمكن للغلاف الجوي أن يحتفظ بكمية أكبر من الماء بنسبة 7 في المائة. ثاني أكسيد الكربون الإضافي ليس ذا فائدة تذكر للأشجار التي تغلق ثغورها لحماية نفسها من فقدان الماء أو الموت تمامًا بسبب الجفاف الشديد.
وتشير بعض الدراسات إلى أن الأشجار لا تستطيع إنتاج الأخشاب تحت ضغط شديد من الجفاف ، حتى عندما تقوم بعملية التمثيل الضوئي ؛ بدلاً من ذلك ، قد يطردون الكربون من جذورهم. وبدلاً من تناول غاز ثاني أكسيد الكربون ، والمساعدة في مواجهة تغير المناخ ، قد تعاني الغابات إلى حد كبير من ارتفاع معدلات الانبعاثات.
. وعندما تتعفن أو تحترق ، فإنها ستطلق الكربون مرة أخرى في الهواء ، مما يؤدي إلى تضخيم ظاهرة الاحتباس الحراري.
تقول آنا تروجمان ، عالمة بيئة التغيير العالمي بجامعة كاليفورنيا ، سانتا باربرا ، إن الثلاثي الضار المتمثل في الجفاف والحشرات والنار “يمكن أن يكون هو الفرق بين قلب سطح الأرض من بالوعة الكربون إلى مصدر الكربون”.
ركب ضعيفة ومستقبل مهزوز
يدرك العلماء في هولشتاين جيدًا هذه الأسئلة. قبل أن أغادر الموقع ، صعدت أنا وبيترز سلسلة من السلالم داخل سقالة الرافعة وشاهدنا ستيجر ، في الجندول ، يستخدم جهازًا لقياس أوراق الصنوبريات لتحديد معدل التمثيل الضوئي.
من هذا الارتفاع – الذي يشعر بيترز فيه براحة تامة ولكن حيث تصبح ركبتي متذبذبتين بلا ريب – نحصل على رؤية جيدة لأسطح المطر البلاستيكية ، المدعومة مثل البيوت الزجاجية فوق أرضية الغابة. يقول بيترز إنه في حالة حدوث المزيد من حالات الجفاف الشديدة ، فسيترددون في استخدام الأسطح خوفًا من موت بعض الأشجار تمامًا.
في الوقت الحالي ، لا يعرف العلماء عدد الأشجار التي ستتعرض للجفاف. في الواقع ، على الرغم من القصص الدرامية للغابات المدمرة ، لا يزال بعض الباحثين مترددين في القول على وجه اليقين أن حالات الوفاة الناجمة عن الجفاف هي اتجاه يزداد سوءًا ، وذلك ببساطة لأنه لا توجد بيانات كافية عن خسائر الأشجار على مستوى العالم.
منذ عام 2010 ، قام ألين وآخرون بتجميع قاعدة بيانات عن حالات موت الغابات المبلغ عنها بسبب الحرارة والجفاف من جميع أنحاء العالم. بدأت قاعدة البيانات بـ 88 حلقة وهي تسرد الآن أكثر من 1300 حلقة. لكن هارتمان يقول إن هذه ليست صورة شاملة لما يحدث في غابات العالم ؛ بعض من أكبر الغابات على وجه الأرض – الغابات الشمالية والاستوائية – لا تزال قيد الدراسة.
رسم بياني للعالم يوضح موقع أحداث موت الأشجار الناجمة عن الجفاف ، منذ عام 1970.
تظهر قاعدة بيانات لأحداث نفوق الأشجار المرصودة بسبب الجفاف أن جميع مناطق العالم معرضة لموت الأشجار الناجم عن الجفاف. لكن العديد من الغابات لم يتم دراستها جيدًا – خاصة الغابات الاستوائية والشمالية – ربما تم تفويت العديد من الأحداث المندثرة.
كما أنه من الصعب للغاية التنبؤ بمدى حدوث حالات الوفاة السيئة في المستقبل لأن المحاكاة الرياضية المستخدمة للتنبؤ باستجابات الغطاء النباتي تستند إلى افتراضات قديمة حول كيفية استجابة الأشجار للجفاف ، كما يقول هارتمان. عندما استخدم هو وزملاؤه مؤخرًا “نموذجًا ديناميكيًا للنباتات العالمية” لمعرفة ما إذا كان بإمكانه التنبؤ بأي من الأحداث المفاجئة المذهلة في أماكن مثل ألمانيا وأستراليا وجنوب غرب الولايات المتحدة ، فقد فشل في التنبؤ بتاريخ موت حتى واحد منهم يمكن الاعتماد عليه.
لا تدمج معظم نماذج الغطاء النباتي العمليات الهيدروليكية التي يتعلمها كاهمن وآخرون الآن وهي ضرورية لبقاء الشجرة ، لأنها معقدة ولا تزال غير مفهومة تمامًا. بدلاً من ذلك ، يركزون بشكل كبير على العمليات التي تحدث في الأوراق ، مثل التمثيل الضوئي. عندما تموت الأشجار في هذه النماذج ، فإنها عادة ما تفعل ذلك عن طريق التجويع عندما تكون ثغورها مغلقة ولا يمكنها الحصول على ما يكفي من الكربون – ويعتقد العديد من الباحثين ، بما في ذلك هارتمان ، أن هذا من غير المرجح أن يكون السبب الوحيد للوفاة أثناء الجفاف.
يقول Trugman أن مصممي النماذج يتابعون ببطء وقد بدأوا في دمج المقاييس التي تعكس الضغط في المكونات الهيدروليكية للشجرة ، مثل مدى سرعة فقدان الشجرة لقدرتها على نقل المياه. تشير إلى أحد النماذج الموصوفة في دراسة عام 2018 والتي تنبأت بشكل صحيح عندما تصل الأشجار الفردية في حديقة البحث إلى الفشل الهيدروليكي. لكن ثبت أنه من الصعب القيام بذلك على نطاقات مكانية أكبر. أحد الأشياء المجهولة الكبيرة هو عالم المياه الجوفية الشاسع والديناميكي ، وكمية المياه المتاحة للغابات ، وأي أنواع الأشجار لها جذور قادرة على الوصول إليها.
يضيف تروغمان أن الأمر سيستغرق سنوات قبل أن يتم فهم العمليات الهيدروليكية ووضع نماذج لها بشكل جيد بما يكفي ليتم تمثيلها بشكل صحيح في تنبؤات التوقف عن التوقعات الكبيرة لتغير المناخ التي تصدرها الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ ، والتي تهدف إلى توجيه السياسات الحكومية.
لغز آخر هو حجم الضغوطات المركبة مثل حرائق الغابات وتفشي الحشرات في المستقبل ؛ لم ينعكس الأخير في أي من نماذج الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ أيضًا. هناك أنواع وفيرة من خنفساء اللحاء ، ولا يعرف الباحثون سوى القليل عن كيفية استجابة كل منها للتغير البيئي. يقول ستيفنسون: “سنرى تفاعلات جديدة لم نشهدها من قبل”. “أن تكون قادرًا على توقع هؤلاء في وقت مبكر سيكون في بعض الحالات أمرًا مستحيلًا.”
العنصر الأخير الذي يصعب التنبؤ به هو ما يحدث في أعقاب مذبحة الجفاف. ألين ليس قلقًا بشأن اختفاء النباتات الخشبية من الكوكب. قلقه الرئيسي هو فقدان الهياكل الحرجية القديمة والتاريخية في العالم ، ولا سيما الأشجار الطويلة والقديمة التي غالبًا ما تكون الأكثر عرضة للجفاف.
إنه يتوقع أن تصبح العديد من الغابات أصغر وأقصر ، ولا تحتوي على نفس القدر من الكربون. سوف يتقلص بعضها ، كما هو الحال في نيو مكسيكو ، حيث يتم الضغط على بعض الأنواعقمم الجبال حيث تصبح الارتفاعات المنخفضة أقل احتمالًا. سيخضع البعض ، في المناطق الاستوائية ، للتغيير حيث يتم استبدال الأشجار الميتة بأشجار أكثر مقاومة للجفاف ، مما يجعل هذه الغابات أكثر مرونة بشكل عام. على الرغم من أن موت الأشجار قد يكون كارثيًا وصادمًا ، إلا أنه في النهاية جزء من عملية ضرورية للغابات التي تتكيف في الوقت الفعلي مع الضغوط المفروضة عليها. يقول ألين: “إن النظم البيئية تعيد تنظيم نفسها كما يجب”.
ما قد تبدو عليه هذه الغابات في المستقبل ، لا أحد يعرف على وجه اليقين. حتى مع احتياج العالم للتنبؤات الآن ، يجب على العلماء انتظار الإجابات التي يمكن للأشجار فقط تقديمها.
