شاید هیچ تصویر جهانی تری از خشکسالی به اندازه شکاف های متقاطع در خاک خشک شده وجود نداشته باشد. خاک ها با خشک شدن منقبض می شوند و زمین را ترک می کنند که می تواند به دی اکسید کربن و دیگر گازهای گلخانه ای اجازه خروج از زیر را بدهد.
اکنون محققان پیشنهاد می‌کنند که خشکسالی‌های عمیق‌تر و مکرر پیش‌بینی‌شده تحت تغییرات آب و هوایی منجر به انتشار گازهای گلخانه‌ای بیشتر از طریق شکاف‌های خاک می‌شود.
محققان قبلاً به طور جداگانه می‌دانستند که خشکسالی می‌تواند ترک‌خوردگی خاک را افزایش دهد، که ترک‌های خاک می‌توانند انتشار گازهای گلخانه‌ای را افزایش دهند، و پیش‌بینی می‌شود که تغییرات آب و هوایی خشکسالی را در بسیاری از مناطق خشک جهان شدیدتر و مکرر می‌کند.
این دانشمند خاک گفت: کاری که این مقاله انجام می دهد این است که همه آن ها را گرد هم می آورد کلی کیلر از دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، که در مطالعه جدید شرکت نداشت. وی افزود: این نشان می دهد که چگونه تغییرات ناشی از خشکسالی در ساختار فیزیکی خاک – در این مورد، ترک خوردگی – نیز می تواند به تغییرات آب و هوایی کمک کند.
تعادل بین دفن کربن و جویدن میکروبی در نهایت میزان ذخیره کربن خاک را کنترل می کند.
خاک ها بزرگترین ذخیره کربن زمینی روی کره زمین هستند. هنگامی که گیاهان رشد می کنند، دی اکسید کربن را از هوا می گیرند و آن را به عنوان زیست توده جذب می کنند. هنگامی که حیوانات یا موجودات دیگر این زیست توده را مصرف می‌کنند، آن را برای دریافت انرژی به دی‌اکسید کربن تجزیه می‌کنند و آن را به اتمسفر باز می‌فرستند – درست مانند هر بار بازدم. اما زیست توده مدفون شده در خاک تمایل دارد در آنجا بماند و از بازگشت مواد آلی آن به عنوان دی اکسید کربن به هوا جلوگیری می کند. مواد آلی مدفون شده در خاک هنوز هم تجزیه می شوند – این کار را کندتر از سطح انجام می دهد. میکروب‌ها و قارچ‌ها در خاک، زیست توده مدفون شده را می‌جوشند تا آن را تجزیه کنند، مقداری از کربن جذب شده را به صورت دی‌اکسید کربن آزاد می‌کنند و مقداری از باقیمانده‌ها را به‌عنوان ماده تیره و غنی از کربن به نام هوموس آزاد می‌کنند که در خاک باقی می‌ماند.
تعادل بین دفن کربن و جویدن میکروبی در نهایت میزان ذخیره کربن خاک را کنترل می کند. بنابراین هر چیزی که به میکروب ها کمک کند می تواند تجزیه کربن خاک را تسریع کند. به طور معمول، میکروب ها کربن آلی را سریعتر زمانی که دما بالاتر است می خورند.
کیلور گفت: از نظر تاریخی، دانشمندان علوم خاک علاقه مند به چگونگی تأثیر تغییرات آب و هوا بر کربن خاک، بیشتر بر تأثیرات دما متمرکز شده اند. اما به رسمیت شناخته شده است که خشکسالی نیز مهم است – همانطور که ساختار فیزیکی خاک نیز اهمیت دارد. این شامل شکاف‌هایی در خاک می‌شود که به گفته کیلر، محققان اغلب آنها را بیشتر به عنوان یک مزاحم در اندازه‌گیری‌های میدانی می‌دانند تا اینکه به تنهایی شایسته مطالعه باشند.
چرخه بی پایان؟
زمانی که خاک ها خشک و منقبض می شوند، شکاف های حاصل بسته به نوع خاک می تواند چندین متر عمق داشته باشد. (آنها به آسانی در خاک های ریزدانه و غنی از رسی تشکیل می شوند.) ترک ها لایه های عمیق تر خاک را در معرض هوا و آب تازه و غنی از اکسیژن قرار می دهند – دو ماده ای که مانند نفت سفید برای متابولیسم میکروبی هستند. با وجود مواد آلی فراوان در اطراف برای تجزیه میکروب های خاک، کمبود آب یا اکسیژن اغلب تنها چیزی است که آنها را از خوردن و جداسازی کربن خاک باز می دارد.
مهندس ژئوتکنیک فرشید واحدی فرد از دانشگاه تافتس و همکارانش، ارتباط بین تغییرات آب و هوایی، خشکسالی، ترک‌های خاک و انتشار گازهای گلخانه‌ای را در حین مطالعه چگونگی تغییر ساختار خاک به روشی که می‌تواند معماری زمین مانند سدها و خاکریزها را تهدید کند، ایجاد کردند.
«ترک های خشکی خشکسالی [are] این چیز جدیدی نیست.» او گفت. او اضافه کرد که اکسیداسیون کربن خاک یا تغییر آب و هوا نیز وجود ندارد. اما چیزی که توجه من را جلب کرد پویایی بین این سه است. و ما شروع به بررسی آن کردیم و متوجه شدم که به نظر می رسد یک حلقه بازخورد وجود دارد.
با افزایش میانگین دمای سیاره، محققان انتظار دارند خشکسالی تشدید شود و در بسیاری از مناطق خشک بیشتر شود. خشکسالی های بیشتر منجر به ترک های بیشتر در خاک می شود که دی اکسید کربن بیشتری را از خاک آزاد می کند. این دی اکسید کربن اضافی، به نوبه خود، به تغییرات آب و هوایی کمک می کند، زنجیره ای که در یک حلقه بازخورد خود شتاب می شود.
واحدی فرد و همکاران مطالعه خود را در نامه های تحقیقات محیطی.
“این حلقه بازخورد نادیده گرفته شده است.”
کیلر گفت که انتشار گازهای گلخانه ای توسط انسان بسیار بیشتر از افزایش انتشار دی اکسید کربن از خاک است. اما، او افزود، تغییرات کوچک در فرآیندهایی که در بخش‌های بزرگی از سطح زمین، از جمله بسیاری از مناطق خشک رخ می‌دهد، در واقع می‌تواند منجر به تغییرات بزرگی شود.
واحدی فرد خاطرنشان کرد که ممکن است بازخوردها بیشتر از دی اکسید کربن باشد. چندین سوال بی پاسخ در مورد پویایی خشک شدن خاک، ترک خوردگی، خشکسالی و انتشار گازهای گلخانه ای وجود دارد که ممکن است این بازخورد شامل سایر گازهای گلخانه ای مانند متان و اکسید نیتروژن باشد. و نفوذ آب از میان شکاف‌ها در خاک‌های عمیق می‌تواند ذخایر کربن معدنی معدنی را نیز حل کند – هنوز مشخص نیست که این چه تأثیری خواهد داشت.
واحدی فرد گفت: حتی با توجه به این سوالات باز، مرحله بعدی مشخص است: کمی کردن قدرت حلقه بازخورد. اگر محققان بتوانند درک کنند که هر مرحله چقدر بر مرحله بعدی تأثیر می گذارد، در موقعیت بهتری برای کاهش اثرات آن خواهند بود. واحدی فرد گفت: «من معتقدم از دیدگاه‌های مختلف، از مدل‌سازی تغییرات آب و هوایی گرفته تا کشاورزی، مدیریت زمین و همچنین زیرساخت‌ها، پیامدهای مختلفی وجود دارد. “این حلقه بازخورد نادیده گرفته شده است.”
– الیز کاتس (@elisecutts)، نویسنده علم