محققان اخیراً دریافته‌اند که درختان در تلاش هستند تا کربن دی‌اکسید آب‌وهوای گرم‌تر و خشک‌تر را جدا کنند. یعنی دیگر نمی‌توانند به‌عنوان راه‌حلی برای جبران ردپای کربن بشریت عمل کنند؛ زیرا سیاره همچنان درحال گرم‌شدن‌ است.

«مکس لوید»، استادیار تحقیقات علوم زمین در ایالت پن و نویسنده اصلی این مطالعه که در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده است، گفت:

«ما دریافتیم که درختان در آب‌وهوای گرم‌تر و خشک‌تر اساساً به‌جای تنفس هوا، سرفه می‌کنند! آنها کربن دی‌اکسید را بیشتر از درختانی که در شرایط خنک‌تر و مرطوب‌تر قرار دارند به جو ارسال می‌کنند.»

تنفس نوری

درختان از طریق فرآیند فتوسنتز، کربن دی‌اکسید را از جو حذف می‌کنند تا اثر جدیدی ایجاد کنند. بااین‌حال، در شرایط تنش‌زا، درختان کربن دی‌اکسید را به اتمسفر بازمی‌گردانند؛ فرآیندی که «تنفس نوری» (فتورسپیریشن) نامیده‌ می‌شود.

با تجزیه‌وتحلیل داده‌های جهانی از بافت درختان، تیم تحقیقاتی نشان داد که میزان تنفس نوری در آب‌و‌هوای گرم‌تر دوبرابر بیشتر است. آنها دریافتند که آستانه این واکنش در آب‌وهوای نیمه گرمسیری زمانی شروع می‌شود که میانگین دمای روز از حدود 68 درجه فارنهایت فراتر رود و با افزایش بیشتر دما بدتر می‌شود.

این نتایج یک باور گسترده درمورد نقش گیاهان در کمک به حذف یا استفاده از کربن موجود در جو را پیچیده می‌کند و بینش جدیدی درمورد چگونگی سازگاری گیاهان با تغییرات آب‌وهوایی ارائه می‌دهد.

مهم‌تر از همه، محققان خاطرنشان کردند که با گرم‌شدن‌ آب‌و‌هوا، گیاهان کمتر می‌توانند کربن دی‌اکسید را از جو بیرون بکشند و کربن را برای کمک به خنک‌شدن‌ سیاره را جذب کنند.

لوید گفت: «ما این چرخه ضروری را از تعادل خارج کرده‌ایم. گیاهان و آب‌وهوا به‌طور جدایی‌ناپذیری به‌هم مرتبط هستند. بزرگ‌ترین جاذب کربن دی‌اکسید از جو ما هم موجودات فتوسنتزکننده هستند. بنابراین این یک مهم بزرگ در ترکیب جو است و تغییرات کوچک تاثیر زیادی دارند.»

اندازه‌گیری میزان جذب کربن دی‌اکسید

به گفته وزارت انرژی ایالات‌متحده، گیاهان درحال‌حاضر سالانه حدود 25 درصد از کربن دی‌اکسید منتشرشده از فعالیت‌های انسانی را جذب می‌کنند. اما این درصد احتمالاً در آینده با گرم‌شدن‌ آب‌وهوا کاهش می‌یابد؛ به‌خصوص اگر آب کمیاب‌تر باشد.

لوید گفت: «وقتی به آینده آب‌وهوا فکر می‌کنیم، پیش‌بینی می‌کنیم که کربن دی‌اکسید بالا می‌رود. این پدیده در تئوری برای گیاهان خوب است، زیرا شاهد افزایش مولکول‌هایی هستند که در آن تنفس می‌کنند. اما ما نشان داده‌ایم که یک مبادله وجود خواهد داشت که برخی مدل‌های رایج آن را در نظر نمی‌گیرند؛ جهان گرم‌تر خواهد شد و گیاهان کمتر قادر خواهند بود کربن دی‌اکسید را کاهش دهند.»

در این مطالعه، محققان همچنین دریافتند که تنوع در فراوانی ایزوتوپ‌های خاص بخشی از چوب، به‌نام گروه‌های متوکسیل به‌عنوان ردیاب تنفس نوری در درختان عمل می‌کند. بنابراین سطح جرم متوکسیل ایزوتوپ، در نمونه‌های چوبی از حدود 30 نمونه درخت از انواع آب‌وهوا و شرایط در سراسر جهان مورد مطالعه قرار گرفت تا روند تنفس نوری مشاهده شود.

قبل‌ از این، نرخ تنفس نوری با استفاده از گیاهان زنده یا نمونه‌های مرده‌ای که خوب حفظ شده‌اند و کربوهیدرات‌های ساختاری خود را حفظ می‌کنند، اندازه‌گیری می‌شد. اما با این روش مطالعه سرعت جذب کربن توسط گیاهان تقریباً غیرممکن بود.

اکنون که این تیم صحت روشی را برای مشاهده میزان تنفس نوری با استفاده از چوب تأیید کرده است، این روش می‌تواند ابزاری برای پیش‌بینی چگونگی تنفس درختان در آینده و نحوه عملکرد آنها در آب‌وهوای گذشته به محققان ارائه دهد.

پیش‌بینی تنفس درختان در گذشته و آینده!

مقدار کربن دی‌اکسید در جو به‌سرعت درحال افزایش است. به گفته‌ اداره ملی اقیانوسی و جوی، این میزان درحال‌حاضر بیشتر از هر زمان دیگری در 3.6 میلیون سال گذشته‌ است.

این تیم اکنون برای کشف نرخ تنفس نوری در گذشته، تا ده‌ها میلیون سال پیش، از چوب‌های فسیل‌شده‌ استفاده خواهند کرد. این روش‌ها به محققان این امکان را می‌دهد که به‌صراحت فرضیه‌های موجود در رابطه با تغییر تأثیر تنفس نوری گیاهان در طول زمان زمین‌شناسی را آزمایش کنند.

لوید گفت: «من زمین‌شناس هستم، بنابراین در گذشته کار می‌کنم. اگر ما به سؤالات بزرگ درمورد چگونگی عملکرد این چرخه، زمانی که آب‌وهوا بسیار متفاوت از امروز بود، علاقه‌مند باشیم، نمی‌توانیم از گیاهان زنده استفاده کنیم. ممکن است مجبور باشیم میلیون‌ها سال به عقب برگردیم تا بهتر بفهمیم که آینده ما شبیه چه چیزی خواهد شد.»