מחקר ב־Science פיתח שיטה כמותית לשחזור צפיפותם של יערות קדומים ומצא כי חום ויובש גברו על השפעת ה“דישון” של פחמן דו־חמצני. הממצאים ממחישים מדוע התרחבות עלווה באזורים מסוימים אינה מאזנת את הנזק הכולל של משבר האקלים
ריכוז גבוה יותר של פחמן דו־חמצני יכול לעודד פוטוסינתזה וצמיחת עלים, אך הוא אינו מבטיח שהיער ימשיך לשגשג בעולם חם ויבש יותר. מחקר חדש, שפורסם בכתב העת Science, מספק עדות מן העבר הרחוק לכך שכאשר ההתחממות והירידה במשקעים חזקות מספיק, הן גוברות על השפעת ה“דישון” של הפחמן הדו־חמצני ומביאות לדילול חופות היער ולאובדן עצים גדולים.
החוקרים פיתחו שיטה חדשה המאפשרת לחשב את צפיפותה של חופת יער קדומה באמצעות הצורה המיקרוסקופית של תאים בשברי עלים מאובנים. הם הפעילו אותה על משקעים מאגן האנה בוויומינג, שתיעדו את שיא החום של הפלאוקן–אאוקן, אירוע התחממות חד שהתרחש לפני כ־56 מיליון שנה.
הממצאים הראו כי בתקופת ההתחממות נעשו היערות באזור פתוחים ודלילים יותר. פחות מן השמים כוסו בעלים, מספר העצים הגדולים ירד, והנוף השתנה אף שהאטמוספרה הכילה ריכוזים גבוהים של פחמן דו־חמצני.
מאובן קטן שמגלה את צורת היער
עד כה יכלו חוקרי צמחים מאובנים לזהות אילו מינים חיו באזור מסוים ולהציע תיאור כללי של סביבתם: יער צפוף, חורש פתוח או צמחייה דלילה. ואולם, תיאורים כאלה תלויים במידה מסוימת בפרשנות החוקרים ואינם מספקים בהכרח מדד מספרי המאפשר להשוות בין יערות מתקופות ומאזורים שונים.
המחקר החדש התמקד במדד שטח העלים, Leaf Area Index או LAI. המדד מתאר את שטחם הכולל של העלים ביחס לשטח הקרקע, ובמילים פשוטות יותר – כמה מן השמים מוסתר על ידי העלווה כאשר מביטים מלמטה אל חופת היער. ככל שהמדד גבוה יותר, החופה בדרך כלל צפופה יותר.
כדי לקשור בין מבנה התא לבין צפיפות היער, החוקרים בחנו יערות מודרניים באמריקה המרכזית והדרומית. הם צילמו את חופת היער באמצעות עדשה רחבת זווית ואספו מן הקרקע שברי קוטיקולה – השכבה החיצונית המגינה על העלים.
התברר כי צורתם של תאי האפידרמיס בעלה קשורה לכמות האור שקיבל במהלך צמיחתו. בעלים שגדלו בתנאי צל, מתחת לחופה צפופה, התאים היו בדרך כלל ארוכים וצרים יותר. בעלים שנחשפו ליותר אור, כפי שקורה בחופה פתוחה, היו התאים רחבים ופחות מוארכים.
לאחר שכיילו את הקשר הזה ביערות בני זמננו, יכלו החוקרים למדוד אלפי תאים בשברי עלים מאובנים ולחשב מהם את צפיפות חופת היער הקדומה. בכך הפכו חלקיקים מיקרוסקופיים שנשמרו בסלעים למדד כמותי של מבנה מערכת אקולוגית בת עשרות מיליוני שנים.
עולם חם שהיערות לא הצליחו לנצל לטובתם
שיא החום של הפלאוקן–אאוקן, המוכר בראשי התיבות PETM, נחשב לאחת הדוגמאות החשובות ביותר מן העבר להתחממות שנגרמה בעקבות הזרמת כמויות גדולות של פחמן למערכת האקלים. בתקופה זו עלתה הטמפרטורה העולמית בכמה מעלות, האוקיינוסים התחממו והוחמצו, משטרי המשקעים השתנו ומינים רבים נדדו לאזורים חדשים.
לפני האירוע כיסו את אגן האנה יערות שכללו עצי מטסקוויה ענקיים, שקמים, אלנוסים, דקלים ומינים סובטרופיים נוספים. במקום שיחי הלענה המאפיינים כיום חלקים מוויומינג התקיימה אז מערכת יער לחה ועשירה.
אולם ריבוי הפחמן הדו־חמצני לא הגן על היער מפני שינויי האקלים. לפי השחזור החדש, ההתחממות והירידה בכמות המשקעים פתחו את החופה וצמצמו את מספר העצים הגדולים. מיני צמחים נדדו צפונה, הקרקע נחשפה יותר לגשם ולרוח, והסחיפה גברה.
לאובדן חופת יער יש השפעות החורגות מן העצים עצמם. יער צפוף מווסת את הטמפרטורה בקרבת הקרקע, מחזיר מים לאטמוספרה באמצעות דיות, ממתן את זרימת מי הגשמים ומספק בתי גידול בגבהים שונים. כאשר החופה נפתחת נפגעים מחזור המים, שמירת הקרקע, מחזור חומרי המזון והמינים התלויים בעצים.
הטענה הנכונה למחצה על “כדור ארץ ירוק יותר”
אחת הטענות הרווחות בשיח המכחיש או ממעיט בחומרתו של משבר האקלים היא שהעלייה בריכוז הפחמן הדו־חמצני “מוריקה” את כדור הארץ, ולכן יש בה גם תועלת משמעותית. לטענה הזאת יש גרעין עובדתי: פחמן דו־חמצני הוא חומר גלם לפוטוסינתזה, ובתנאים מתאימים תוספת ממנו יכולה להגדיל את קצב צמיחת הצמחים.
מדידות לוויין אכן זיהו במשך כמה עשורים גידול בשטח העלים בחלקים נרחבים מן העולם. מחקר שעליו דיווחה נאס״א בשנת 2016 ייחס חלק ניכר מן המגמה לאפקט הדישון של הפחמן הדו־חמצני. אלא שהמעבר מן העובדה הזאת למסקנה שמשבר האקלים מועיל לצמחייה הוא שגוי.
ראשית, לוויין המזהה יותר עלווה ירוקה אינו מודד בהכרח יער בריא. שדה חקלאי שמניב כמה מחזורים בשנה, מטע מסחרי או נטיעה צפופה של עצים בני אותו מין עשויים להיראות ירוקים מאוד מן החלל, אף שאינם מספקים את מגוון המינים, מאגר הפחמן והעמידות של יער טבעי ותיק. נאס״א מצאה כי חלק משמעותי מן ההורקה שנמדדה בסין ובהודו נבע מנטיעות יער ומחקלאות אינטנסיבית, ולא רק מן העלייה בריכוז הפחמן הדו־חמצני.
שנית, צמח אינו זקוק רק לפחמן דו־חמצני. הוא זקוק גם למים, לחנקן, לזרחן, לטווח טמפרטורות מתאים ולקרקע מתפקדת. כאשר אחד המשאבים האלה חסר, הגדלת כמות הפחמן באוויר אינה מאפשרת לצמח להמשיך לצמוח ללא הגבלה. חום קיצוני מגדיל את איבוד המים, בצורת גורמת לסגירת הפיוניות בעלים, ושרפות ומזיקים עלולים לשחרר בתוך זמן קצר פחמן שהיער אגר במשך עשרות או מאות שנים.
מחקר נוסף שעליו דיווחה נאס״א מצא כי מאז 1982 ירדה בהתמדה יעילותו הממוצעת של אפקט הדישון. לפי הניתוח, 86% מן המערכות האקולוגיות היבשתיות נעשו פחות יעילות בניצול התוספת של פחמן דו־חמצני. גם דוח ההערכה השישי של ה־IPCC מציין כי השפעת הדישון כבר נחלשת, בעוד שחום, בצורות ואירועי קיצון מגבירים את אובדן הפחמן ממערכות יבשתיות.
שלישית, ההשפעה הממוצעת של משבר האקלים אינה נקבעת לפי תוצאה חיובית אחת באזור מסוים. הורקה באזורים קרים או בחקלאות מושקית אינה מבטלת ירידה בקליטת הפחמן ביערות טרופיים, תמותת עצים, אובדן מגוון ביולוגי, פגיעה ביבולים, שרפות, עליית פני הים והחמצת האוקיינוסים. נאס״א מצאה בעבר כי הגידול בקליטת הפחמן בצמחייה באזור הארקטי מתקזז על ידי ירידה באזורים הטרופיים הסובלים ממחסור במים.
במילים אחרות, “יותר ירוק” הוא מדד חזותי או פיזי אחד. הוא אינו מאזן כולל של מצב האקלים והמערכות האקולוגיות.
הפחמן גם מדשן וגם מחמם
אין סתירה בין העובדה שפחמן דו־חמצני מעודד פוטוסינתזה לבין העובדה שהוא מחמם את כדור הארץ. שתי ההשפעות מתרחשות במקביל. השאלה היא איזו מהן שולטת במערכת מסוימת ולאורך כמה זמן.
בשלבים הראשונים, ובמקומות שבהם מים וחומרי הזנה זמינים, הדישון עשוי להגדיל את שטח העלים ואת קליטת הפחמן. אך ככל שהטמפרטורה עולה, האוויר נעשה צמא יותר ללחות והקרקע מתייבשת, העלות האקלימית הולכת וגדלה. בשלב מסוים היא עלולה לגבור על התועלת הישירה לצמח.
זה בדיוק התהליך שהמחקר החדש מזהה ביערות אגן האנה לפני 56 מיליון שנה. הפחמן הדו־חמצני היה מצוי בשפע, אך היער לא נשאר צפוף. החום והיובש דיללו אותו ושינו את תפקוד המערכת האקולוגית.
החוקרים מציינים כי מגמות דומות נראות כיום בחלק מן היערות, ובהם אזורים באמזונס. עצים מתמודדים בעת ובעונה אחת עם התחממות, בצורות, שרפות, כריתה, קיטוע בתי גידול, מינים פולשים ומזיקים. שילוב הלחצים הזה עלול להחליש את יכולתם להתאושש גם אם ריכוז הפחמן הדו־חמצני ממשיך לעלות.
האנלוגיה לעבר מוגבלת – אך מדאיגה
שיא החום של הפלאוקן–אאוקן אינו העתק של משבר האקלים הנוכחי. היבשות היו מסודרות אחרת, לא התקיימו ערים וחקלאות מודרנית, והמינים שחיו אז היו שונים. גם מקור הפחמן וקצב פליטתו לא היו זהים לאלה של ימינו.
יתר על כן, השחזור הישיר במחקר נעשה באגן גיאולוגי אחד בוויומינג. אין להסיק ממנו לבדו שכל היערות בעולם הגיבו בדיוק באותו אופן. השיטה החדשה תצטרך להיבדק באתרים נוספים ובסוגים שונים של יערות מאובנים.
עם זאת, יש הבדל אחד ההופך את ההשוואה להווה למטרידה במיוחד: לפי החוקרים, בני האדם מזרימים כיום פחמן דו־חמצני לאטמוספרה בקצב מהיר בערך בסדר גודל מקצב השחרור במהלך האירוע הקדום. למערכות אקולוגיות נותר אפוא פחות זמן לנדוד, להסתגל או להתארגן מחדש.
המחקר אינו מוכיח שכל יער מודרני עומד לקרוס. הוא כן מראה כי גם בעולם עשיר בפחמן דו־חמצני אין ליערות חסינות מפני התחממות ויובש. הצגת התרחבות העלווה כראיה לכך שהפליטות מועילות לכדור הארץ מתמקדת בחלק אחד של התהליך ומתעלמת מן המאזן הכולל.
לדברי החוקרת הראשית, הפלאובוטנאית ד״ר ריגן דאן ממוזיאון הטבע של מחוז לוס אנג'לס, אירוע ההתחממות הקדום הוא החלון הטוב ביותר להבנת תגובתן של מערכות אקולוגיות להזרמה גדולה של פחמן. לדבריה, כאשר העצים נפגעים, נפגע גם אחד ממאגרי הפחמן החשובים הממתנים כיום את קצב ההתחממות.
שאלות ותשובות
האם פחמן דו־חמצני באמת גורם לצמחים לגדול מהר יותר?
כן, בתנאים מתאימים הוא יכול להגביר את הפוטוסינתזה ואת צמיחת העלים. אולם ההשפעה מוגבלת על ידי זמינות מים וחומרי הזנה, טמפרטורה, מזיקים וגורמים נוספים. מחקרים מראים שיעילות הדישון פוחתת עם הזמן.
אם כדור הארץ נעשה ירוק יותר, מדוע זה אינו מפצה על ההתחממות?
עלייה בשטח העלים אינה מודדת את כל מצב המערכת האקולוגית. היא אינה מספרת בהכרח כמה פחמן נאגר לטווח ארוך, אילו מינים חיים במקום, מה מצב הקרקע או עד כמה הצמחייה עמידה לבצורת ולשרפות. הורקה באזור אחד יכולה להתקזז באובדן צמחייה ופחמן באזור אחר.
כיצד אפשר לדעת עד כמה היה יער צפוף לפני 56 מיליון שנה?
החוקרים מצאו קשר בין צורתם של תאים בשכבה החיצונית של העלה לבין כמות הצל שבה הוא גדל. לאחר שכיילו את הקשר ביערות מודרניים, הם השתמשו בשברי עלים מאובנים כדי לחשב את מדד שטח העלים ואת צפיפות החופה הקדומה.
האם שיא החום של הפלאוקן–אאוקן זהה למשבר האקלים הנוכחי?
לא. התנאים הגיאולוגיים, המערכות האקולוגיות ומקור הפליטות היו שונים. עם זאת, האירוע מספק דוגמה חשובה לתגובת כדור הארץ לעלייה גדולה בריכוז גזי החממה. קצב הפליטות האנושי כיום מהיר בהרבה.
עוד בנושא באתר הידען
- סופר אל־ניניו: כדור הארץ צובר חום בקצב שיא, מאזן האנרגיה הוכפל בעשורים האחרונים
- נאס״א: משבר האקלים מכפיל את הקיצוניות של שריפות היער בעולם
- המדען שמוביל את הצלת האמזונס
- לא היו “אוקיינוסים סירופיים”: המחקר שמחליש את המיתוס ש“פעם היה הרבה יותר פחמן”
- המין האנושי לא חי עם אטמוספרה רוויית פחמן דו־חמצני עד אמצע המאה העשרים
לפרסום המקורי: פתיחת הפרסום המקורי
