يحذر الباحثون من أن المحيط المتجمد الشمالي كان ذات يوم مصدرًا مهمًا للغازات الدفيئة في الغلاف الجوي، وقد يصبح كذلك مرة أخرى.

الميثان (CH₄) يكون في المرتبة الثانية بعد ثاني أكسيد الكربون (CO₂) في احتجاز الحرارة في الغلاف الجوي للأرض. منذ عام 2020، أدت انبعاثات غازات الدفيئة الناجمة عن النشاط البشري إلى زيادة غاز الميثان في الغلاف الجوي بحوالي 10 أجزاء في المليار سنويًا، أكثر من ضعف كمية ثاني أكسيد الكربون₂. ومع ذلك، لا يعرف العلماء حتى الآن كيف ستستجيب دورة الميثان مع استمرار ارتفاع درجة حرارة كوكبنا.

في دراسة جديدة نشرت في 25 سبتمبر في المجلة علوم الأرض الطبيعية, نظر الباحثون إلى دورة الميثان في ماضي الأرض بحثًا عن أدلة حول مستقبلنا.

ركز الفريق على فترة من الاحترار السريع وتحمض المحيطات التي حدثت منذ حوالي 56 مليون سنة، والمعروفة باسم الحد الأقصى الحراري للعصر الباليوسيني-الأيوسيني (PETM). يعد PETM واحدًا من أفضل الأمثلة على التحول المناخي الكبير الذي يقوده اضطرابات في دورة الكربون على الأرض، يشبه إلى حد كبير ظاهرة الاحتباس الحراري التي نشهدها اليوم.

وقد أظهر العلماء سابقًا أن فترة PETM كانت مصحوبة بإطلاق واسع النطاق لثاني أكسيد الكربون₂ و CH₄ في المحيطات والغلاف الجوي، والتي غادرت بصمات جيوكيميائية متميزة في الصخور الرسوبية من ذلك الوقت. ولكن على الرغم من 30 عامًا من البحث، لا يزال العلماء غير قادرين على تحديد مصدر هذه الغازات.

ولاستكشاف كيفية عمل دورة الكربون خلال فترة PETM، نظر الباحثون في الدراسة الجديدة إلى قلب يبلغ طوله 50 قدمًا (15 مترًا) من الرواسب البحرية التي تم حفرها من وسط المحيط المتجمد الشمالي بواسطة برنامج الحفر المتكامل للمحيطات. رحلة استكشاف القطب الشمالي. يعود تاريخ الرواسب إلى 66 مليون سنة، مما يحافظ على حدث الاحترار في فترة PETM وفترة “الانتعاش” اللاحقة، والتي عاد خلالها المناخ إلى الاستقرار في نهاية المطاف.

استخرج الفريق جزيئات عضوية من الرواسب وقاموا بقياس أشكال مختلفة من الكربون بداخلها. وحددوا الجزيئات العضوية، المعروفة باسم المؤشرات الحيوية، لتحديد الميكروبات التي كانت تعيش في قاع البحر عندما ترسبت الرواسب. واستخدموا أشكال الكربون، المعروفة باسم النظائر، لتحديد ما تأكله تلك الميكروبات.

يحتوي الميثان عادة على نظائر كربون أخف من ثاني أكسيد الكربون₂مما يعني أن الميكروبات التي تتغذى على الميثان تنتج مؤشرات حيوية تحتوي على نظائر كربون خفيفة بشكل مميز. تتبع الباحثون هذه المؤشرات الحيوية في العينات الأساسية، ووجدوا أن آكلي الميثان المهيمنين في المحيط المتجمد الشمالي تغيروا خلال فترة PETM.

قبل فترة PETM، كان الميثان يتشكل عميقًا تحت قاع البحر، وكانت تستهلكه الميكروبات التي تتنفس الكبريتات بدلًا من الأكسجين، من خلال عملية تُعرف باسم الأكسدة اللاهوائية للميثان (AOM). ولكن خلال فترة PETM، انخفضت المؤشرات الحيوية لميكروبات AOM.

اليوم، تستهلك AOM غالبية غاز الميثان الموجود في الرواسب البحرية بسبب وفرة الكبريتات في المحيطات الحديثة. ومع ذلك، يعتقد العلماء أن الكبريتات كانت أقل بكثير خلال فترة PETM، مما يعني أن هذه الميكروبات كانت مقيدة بكمية الميثان التي يمكنها تناولها. ويشير الباحثون إلى أن التجشؤ الهائل للميثان خلال فترة PETM يمكن أن “يطغى على المرشح الحيوي AOM الرسوبي”، مما يؤدي إلى إطلاق غاز الميثان في مياه البحر، كما كتبوا في الدراسة.

بمجرد وصول الميثان إلى عمود الماء، أشارت المؤشرات الحيوية إلى أن مجموعة مختلفة من الميكروبات قد سيطرت. تستهلك هذه الميكروبات غاز الميثان أثناء تنفس الأكسجين، من خلال عملية تعرف باسم الأكسدة الهوائية للميثان (AeOM).

ويقترح الباحثون أن هذا التحول كان من الممكن أن يحول القطب الشمالي إلى مصدر مهم لثاني أكسيد الكربون₂ بعد بداية ارتفاع درجة حرارة PETM. وأوضحوا أن AOM في الرواسب ينتج مركب بيكربونات القلوي، الذي يساعد على عزل المحيط واستقرار الرقم الهيدروجيني له. لكن AeOM في عمود الماء يطلق ثاني أكسيد الكربون₂مما يساهم في ارتفاع درجة حرارة المحيطات وتحمضها. تستهلك ميكروبات AeOM أيضًا O₂، مما يمكّن الكائنات الحية الأخرى التي لا تتحمل الأكسجين من الانتشار والتهام الكبريتات، مما يزيد من تجويع ميكروبات AOM.

هل يمكن لتحول مماثل في غاز الميثان في القطب الشمالي أن يؤدي إلى تسريع تغير المناخ اليوم؟ وقال المؤلف الرئيسي للدراسة: “نعتقد أن ذلك ممكن ومحتمل للغاية”. بومسو كيم، عالم كيمياء عضوية في ناسا مركز جونسون للفضاء. أصبح المحيط المتجمد الشمالي أكثر دفئًا ونضارة، مما قد يستهلك المزيد من الأكسجين، مما يؤدي إلى تغييرات مماثلة في دورة الميثان، كما قال كيم، الذي كان باحثًا في جامعة تكساس إيه آند إم في وقت إجراء الدراسة، لموقع Live Science في رسالة بالبريد الإلكتروني.

ومع ذلك، فإن العلماء الآخرين أقل يقينا. قال: “إن العوامل التي دفعت القطب الشمالي إلى أن يصبح مصدرًا للكربون في الماضي قد لا تكون مماثلة بشكل مباشر للمستقبل – كان المحيط المتجمد الشمالي أكثر تقييدًا ماديًا من المحيط العالمي وكانت كيمياء المحيطات مختلفة بطرق كبيرة”. ساندرا كيرتلاند تورنر، أستاذ مشارك في المناخ القديم وعلم المحيطات القديمة في جامعة كاليفورنيا، ريفرسايد، والذي لم يشارك في الدراسة.

وشدد كيرتلاند تورنر أيضًا على أن النتائج بمثابة تذكير بأن ردود فعل دورة الكربون يمكن أن تؤدي إلى تضخيم الاحترار أو تمديده. وقالت لـ Live Science: “اليوم، لا تزال ردود فعل دورة الكربون مقيدة بشكل سيئ، ونادرًا ما يتم أخذها في الاعتبار بعد عام 2100″، مما يحد من فهمنا لتأثيراتها الكاملة.