چرا پلانکتونها در خط مقدم مبارزه با گرمایش زمین قرار دارند؟
در یک روز آرام در اقیانوس آرام شمالی، دانشمندان هنگام بررسی رنگ آب با دستگاهی به نام اسپکتروفوتومتر متوجه تغییر نامحسوسی در طیف سبز سطح دریا شدند. این تغییر کوچک برای چشمان انسان تقریباً نامرئی بود، اما برای اقلیم زمین معنایی عظیم داشت. رنگ سبز در واقع نشانهٔ وجود کلروفیل و حیات فیتوپلانکتونهاست؛ همان موجودات میکروسکوپی که از فتوسنتز (photosynthesis) برای تبدیل دیاکسیدکربن به اکسیژن و ترکیبات آلی استفاده میکنند.
پلانکتونها، این موجودات کوچک، ستون پنهان چرخهٔ کربن (carbon cycle) زمیناند. در هر لیتر آب اقیانوس میلیونها سلول پلانکتون زندگی میکند که هرکدام مانند یک کارخانهٔ مینیاتوری اکسیژن تولید میکنند. آنها در ظاهر بیاهمیتاند اما بدونشان، سطح اکسیژن کاهش مییابد، اقیانوسها اسیدی میشوند و گرمایش زمین سرعت میگیرد.
با این مقدمه، مقالهٔ حاضر بررسی میکند که چگونه پلانکتونها در مبارزه با گرمایش زمین نقش محوری دارند، چه تهدیدهایی آنها را تضعیف کرده و چرا حفاظت از آنها برای آیندهٔ اقلیم حیاتی است.
۱. فیتوپلانکتونها؛ جنگجویان سبز اقیانوس
پلانکتونها به دو گروه عمده تقسیم میشوند: فیتوپلانکتونها (phytoplankton) که مانند گیاهان از نور خورشید تغذیه میکنند و زئوپلانکتونها (zooplankton) که از جانداران دیگر میخورند. گروه نخست یعنی فیتوپلانکتونها با استفاده از فتوسنتز، دیاکسیدکربن (CO₂) را از آب جذب کرده و اکسیژن آزاد میکنند. تخمین زده میشود بیش از نیمی از اکسیژن جو زمین حاصل فعالیت همین موجودات باشد.
در هر ثانیه میلیاردها مولکول CO₂ در اقیانوس توسط فیتوپلانکتونها مصرف میشود و به ترکیبات آلی مانند قند و لیپید تبدیل میگردد. این فرآیند همان چیزی است که پایهٔ زنجیرهٔ غذایی دریایی را میسازد. از پلانکتونها تا ماهیها و از آنجا تا پرندگان و انسانها، حیات به نوعی مدیون این کارخانههای زیستی کوچک است. در سطح اقلیمی نیز، فیتوپلانکتونها بخشی از کربن جو را به اعماق اقیانوس منتقل میکنند و اثر گازهای گلخانهای را تعدیل میکنند. به همین دلیل میتوان گفت اقیانوسها بهواسطهٔ آنها مانند ریههای دوم زمین عمل میکنند.
۲. پمپ زیستی اقیانوسها چگونه کار میکند؟
پمپ زیستی (biological pump) یکی از حیاتیترین سازوکارهای طبیعی در تنظیم اقلیم زمین است. وقتی فیتوپلانکتونها رشد میکنند، CO₂ جذب میکنند و وقتی میمیرند یا توسط زئوپلانکتونها خورده میشوند، بخشی از کربن درون سلولهایشان به ذرات آلی تبدیل میشود که به سمت اعماق دریا فرو میرود.
این انتقال عمقی سبب میشود کربن از تماس مستقیم با اتمسفر جدا شود و برای قرنها در لایههای زیرین اقیانوس ذخیره بماند. بر اساس محاسبات علمی، هر سال حدود ۱۰ گیگاتن کربن از این طریق به اعماق دریا منتقل میشود. اگر این فرآیند متوقف شود، غلظت CO₂ در جو افزایش یافته و گرمایش زمین به سرعت تشدید خواهد شد.
پلانکتونها عملاً ستون فقرات این پمپ زیستیاند. آنها بهصورت پیوسته میان سطح و عمق دریا کربن را جابهجا میکنند و تعادلی ظریف میان جذب و بازگشت ایجاد مینمایند. بدون وجودشان، اقیانوس تنها آینهای آبی از آسمان میبود، نه سیستم تنظیمکنندهٔ دمای سیاره.
این نوشته را هم بخوانید:
از آتلانتیک تا آرکتیک؛ رقابت قدرتها بر سر مسیرهای یخی تازه باز شده
۳. رابطهٔ پلانکتونها با ابرها و خنکسازی غیرمستقیم زمین
نقش پلانکتونها تنها به جذب کربن محدود نمیشود. برخی گونههای فیتوپلانکتون هنگام متابولیسم ترکیبی بهنام دیمتیلسولفید (DMS) آزاد میکنند. وقتی این ماده وارد جو میشود، به ذرات ریز سولفات تبدیل میگردد که هستههای تشکیل ابر (cloud condensation nuclei) را میسازند.
هرچه تعداد این ذرات بیشتر باشد، تراکم ابرها افزایش مییابد و زمین بخشی از تابش خورشید را بازمیتاباند. به بیان دیگر، پلانکتونها از طریق تولید DMS در تنظیم دمای زمین مشارکت میکنند. این پدیده که به «اثر CLAW» معروف است، یکی از مهمترین حلقههای بازخورد منفی اقلیم است؛ یعنی فرآیندی که میتواند بخشی از گرمایش جهانی را مهار کند.
بنابراین میتوان گفت این موجودات کوچک نهتنها با جذب CO₂ بلکه با بازتاب نور خورشید هم به خنکسازی زمین کمک میکنند. این دو عملکرد ترکیب شدهاند تا پلانکتونها را به بازیگرانی حیاتی در سیستم اقلیمی سیاره تبدیل کنند.
۴. تأثیر گرمایش اقیانوسها بر جمعیت پلانکتونها
اما با افزایش دمای سطح دریا، شرایط زندگی برای پلانکتونها در حال تغییر است. گرما باعث افزایش لایهبندی آب (ocean stratification) میشود، به این معنی که لایههای سطحی گرمتر و سبکتر شده و با آبهای سرد و غنی از مواد مغذی در عمق ترکیب نمیشوند.
در نتیجه، دسترسی فیتوپلانکتونها به عناصر حیاتی مانند نیتروژن و فسفر کاهش مییابد و نرخ رشد آنها پایین میآید. دادههای ماهوارهای طی دو دههٔ گذشته کاهش تراکم پلانکتون در برخی نواحی مانند شمال اقیانوس آرام را تأیید کردهاند. کاهش تولید زیستی این موجودات میتواند بازده پمپ زیستی را کاهش دهد و باعث انباشت بیشتر CO₂ در جو شود.
به بیان سادهتر، گرمایش زمین که قرار بود توسط پلانکتونها تعدیل شود، اکنون خود به دشمن آنها تبدیل شده است. این چرخهٔ متناقض یکی از چالشهای بزرگ دانش اقلیم است: سیستم دفاعی زمین در برابر گرما، توسط همان گرما در حال از کار افتادن است.
۵. اسیدی شدن دریاها؛ بحران شیمیایی پنهان
افزایش CO₂ تنها دما را بالا نمیبرد، بلکه شیمی آب دریا را هم تغییر میدهد. وقتی CO₂ در آب حل میشود، اسید کربنیک (carbonic acid) تولید میکند و pH آب را کاهش میدهد. اسیدی شدن اقیانوسها (ocean acidification) برای پلانکتونهای دارای پوستهٔ آهکی مانند کوکولیتوفورها (coccolithophores) فاجعهبار است. پوستهٔ کربنات کلسیم آنها در محیط اسیدی بهسرعت حل میشود و ساختار سلولیشان از بین میرود.
این گروه از پلانکتونها از نظر زیستشناسی اهمیت دوچندان دارند، زیرا در کنار جذب کربن، بخشی از چرخهٔ کربنات جهانی را شکل میدهند. کاهش آنها موجب تضعیف پمپ زیستی و افزایش بازتاب حرارتی آب میشود. افزون بر آن، این تغییر بر زئوپلانکتونها که از آنها تغذیه میکنند نیز اثر دومینووار دارد و کل زنجیرهٔ غذایی را تهدید میکند.
اگر روند اسیدی شدن مهار نشود، اقیانوسها ممکن است تا پایان قرن کنونی نیمی از گونههای پلانکتونی خود را از دست بدهند، و این برابر است با ضربهای به ستون تنفسی زمین.
۶. چرا آیندهٔ اقلیم بدون پلانکتونها ممکن نیست؟
نقش پلانکتونها در تنظیم گرمایش زمین آنقدر بنیادی است که حذف آنها از معادلهٔ اقلیم، تصویر سیاره را بهکلی دگرگون میکند. بدون جذب کربن توسط فیتوپلانکتونها، جو زمین در کمتر از یک قرن میتواند به سطحی از CO₂ برسد که دمای میانگین سیاره را چند درجه افزایش دهد.
افزون بر این، ۷۰ درصد از اکسیژن تنفسی ما از اقیانوس میآید، نه از جنگلها. این یعنی کاهش پلانکتونها مستقیماً با کیفیت هوایی که تنفس میکنیم مرتبط است. از نگاه اکولوژیکی، آنها همچون پیوند میان حیات دریایی و تعادل جویاند.
دانشمندان از آنها به عنوان «پاسداران خاموش اقلیم» یاد میکنند. اگر انسانها نتوانند مسیر گرمایش و آلودگی را کنترل کنند، این موجودات کوچک اولین مدافعانی خواهند بود که سقوط میکنند، و با آنها، توان طبیعی زمین برای دفاع از خود نیز از بین میرود.
7. آلودگی میکروپلاستیکی؛ دشمن خاموش پلانکتونها
در سالهای اخیر، آلودگی میکروپلاستیکی (microplastic pollution) به یکی از مهمترین تهدیدهای اقیانوسها تبدیل شده است. این ذرات ریز که از تجزیهٔ بطریها، منسوجات مصنوعی و زبالههای صنعتی حاصل میشوند، در آب معلق میمانند و در نهایت توسط پلانکتونها بلعیده میشوند.
پژوهشها نشان دادهاند که فیتوپلانکتونها وقتی در تماس با میکروپلاستیک قرار میگیرند، توانایی فتوسنتز (photosynthesis) آنها تا ۳۰ درصد کاهش مییابد. این ذرات نور را جذب کرده و مانع دسترسی کلروفیل به نور خورشید میشوند. از سوی دیگر، ترکیبات شیمیاییِ آزادشده از پلاستیکها، فرآیند تقسیم سلولی را مختل میکنند و نرخ مرگومیر جمعیت پلانکتون را افزایش میدهند.
در ظاهر ممکن است تصور شود این آسیبها ناچیزند، اما کاهش عملکرد پلانکتونها به معنی اختلال در پمپ زیستی و افزایش مستقیم CO₂ در جو است. میکروپلاستیکها اکنون در هر نقطه از اقیانوسها یافت میشوند، از خلیج بنگال تا دریای بارنتز، و در هر جا، سپر دفاعی طبیعی زمین را تضعیف میکنند.
۸. فلزات سنگین و آلودگی حرارتی در زیستمحیط پلانکتونی
افزون بر میکروپلاستیک، ورود فلزات سنگین مانند جیوه (Hg) و کادمیم (Cd) به اقیانوسها اثرات مخربی بر پلانکتونها دارد. این فلزات با جذب نور، واکنشهای نوری سلول را مختل میکنند و بر غشاهای سلولی تأثیر سمی میگذارند. نتیجه، کاهش بازده فتوسنتز و تغییر در ترکیب گونهای پلانکتونهاست.
همزمان با گسترش مناطق صنعتی ساحلی، پدیدهٔ «آلودگی حرارتی» (thermal pollution) نیز به مسئلهای جدی بدل شده است. آبهای گرمِ خروجی از نیروگاهها و صنایع باعث افزایش دمای محلی میشوند. این گرمایش ناگهانی در نواحی خاص میتواند چرخههای رشد پلانکتونها را از نظم طبیعی خارج کند و زمانبندی شکوفایی فصلی (bloom timing) آنها را بر هم بزند. در نتیجه، هماهنگی زنجیرهٔ غذایی بین پلانکتونها، زئوپلانکتونها و ماهیان از بین میرود.
این مجموعهٔ فشارها باعث میشود نقش پلانکتونها در جذب کربن بهتدریج کاهش یابد. اگرچه این تغییرات محلی به نظر میرسند، اما در مقیاس جهانی تأثیر تجمعی بسیار بزرگی دارند.
۹. اثر رویدادهای اقلیمی بزرگ مانند النینیو و لا نینا بر پلانکتونها
پدیدههای اقیانوسی مانند النینیو (El Niño) و لا نینا (La Niña) با جابهجایی دما و جریانهای آب، مستقیماً بر توزیع پلانکتونها تأثیر میگذارند. در سالهای النینیو، لایههای سطحی اقیانوس گرمتر و فقیرتر از مواد مغذی میشوند، در نتیجه تولید فیتوپلانکتونها بهشدت کاهش مییابد. این اتفاق باعث کاهش جذب CO₂ و افزایش غلظت گازهای گلخانهای میشود.
برعکس، در دورههای لا نینا با سرد شدن سطح دریا و افزایش بالاآمدگی (upwelling) آبهای عمیق، مواد مغذی فراوانتر میشوند و شکوفایی پلانکتونی افزایش مییابد. این نوسان طبیعی در دهههای اخیر نامنظمتر شده و با گرمایش زمین شدت یافته است. پیامد آن ناپایداری در ظرفیت جذب کربن اقیانوسهاست.
در آینده، انتظار میرود که فرکانس و شدت النینیو افزایش یابد، بنابراین نقش تنظیمی پلانکتونها در اقلیم جهانی ناپایدارتر خواهد شد. این پدیدهها نشان میدهند که سیستم اقیانوسها چقدر به تغییرات دما و الگوهای باد حساس است.
۱۰. فناوریهای نوین پایش پلانکتونها؛ از ماهواره تا ژنوم
درک دقیق وضعیت پلانکتونها بدون دادههای گسترده ممکن نیست. در دههٔ اخیر، ترکیب فناوریهای سنجش از دور (remote sensing) با رباتهای خودگردان (autonomous drones) انقلاب بزرگی در پایش زیستی اقیانوس ایجاد کرده است. ماهوارههایی مانند Sentinel و Aqua توانایی اندازهگیری تراکم کلروفیل در سطح دریا را دارند و میتوانند الگوهای رشد پلانکتونی را از فضا شناسایی کنند.
در سطح میکروسکوپی نیز، فناوری متاژنومیکس (metagenomics) به دانشمندان اجازه داده است ژنهای هزاران گونهٔ پلانکتونی را توالییابی کنند. این دادهها کمک میکند تا سازوکار مقاومت گونهها در برابر گرما و اسیدی شدن شناسایی شود.
چنین پایشی نهفقط برای علم بلکه برای سیاستگذاری اقلیمی اهمیت دارد. اگر بتوان تغییر در تراکم پلانکتونها را در زمان واقعی رصد کرد، میتوان نوسانات اقلیمی آینده را زودتر پیشبینی نمود. در حقیقت، ردیابی پلانکتونها به نوعی ردیابی سلامت سیاره است.
۱۱. امکان مداخلهٔ زیستی؛ آیا میتوان پلانکتونها را تقویت کرد؟
در سالهای اخیر ایدههایی مطرح شده مبنی بر اینکه میتوان با «مهندسی اقیانوسی» (ocean engineering) توان جذب کربن توسط پلانکتونها را افزایش داد. یکی از روشها افزودن آهن (Fe fertilization) به مناطق فقیر از این عنصر است تا رشد فیتوپلانکتونها تحریک شود. آزمایشهای اولیه نشان دادهاند که با افزودن مقدار اندکی آهن، تراکم پلانکتونها میتواند چند برابر شود و جذب CO₂ افزایش یابد.
با این حال، پیامدهای ناخواستهٔ چنین مداخلاتی هنوز روشن نیست. رشد سریع پلانکتونها ممکن است پس از مرگ باعث کمبود اکسیژن در عمق دریا شود یا ترکیب گونهها را بهطور مصنوعی تغییر دهد. از سوی دیگر، مداخلهٔ انسانی در سیستمهای طبیعی همیشه خطر عدم پیشبینیپذیری را به همراه دارد.
به همین دلیل بیشتر دانشمندان معتقدند که به جای دستکاری مستقیم اقیانوس، باید بر کاهش انتشار گازهای گلخانهای تمرکز کرد تا محیط طبیعی برای پلانکتونها حفظ شود.
۱۲. آیندهٔ سیاستهای اقلیمی و نقش پلانکتونها در تصمیمسازی جهانی
پلانکتونها تا همین چند سال پیش در سیاستهای اقلیمی نادیده گرفته میشدند. اما اکنون با پیشرفت مدلهای اقلیم، نقش آنها در تنظیم چرخهٔ کربن و دمای جهانی آشکار شده است. سازمانهای بینالمللی در حال بررسی راهکارهایی هستند تا پایش اقیانوسها بخشی از توافقهای اقلیمی جهانی شود.
ادغام دادههای زیستی پلانکتونها با شاخصهای اقلیمی میتواند پیشبینیهای دقیقتری از آیندهٔ گرمایش زمین ارائه دهد. اگر بتوان رابطهٔ مستقیم بین تراکم پلانکتونها و دمای جهانی را مدلسازی کرد، سیاستگذاران ابزار جدیدی برای ارزیابی موفقیت یا شکست اقدامات کاهشی خواهند داشت.
پلانکتونها بهنوعی آینهٔ عملکرد ما هستند. هرچه جهان آلودهتر شود، تعداد آنها کمتر میشود و هرچه اقیانوس پاکتر بماند، آنها دوباره تکثیر میشوند. آیندهٔ اقلیم جهانی تا حدی در دست این سربازان نامرئی است.
خلاصه
پلانکتونها کوچکترین اما مهمترین بازیگران در تعادل اقلیم زمین هستند. آنها با جذب دیاکسیدکربن و آزادسازی اکسیژن، اقیانوسها را به فیلتر طبیعی جو تبدیل میکنند. اما گرمایش، آلودگی و اسیدی شدن دریاها این چرخه را تهدید میکنند.
از میکروپلاستیکها تا فلزات سنگین و از رویدادهای النینیو تا گرمایش سطح دریا، هر عامل انسانی و طبیعی بر بقای این موجودات اثر دارد. در مقابل، پیشرفت فناوریهای سنجش از دور و ژنومیک امید تازهای برای پایش و حفاظت از آنها ایجاد کرده است.
اگر سیاستهای اقلیمی جهان نقش پلانکتونها را جدی بگیرند، میتوان از توان طبیعی اقیانوسها برای مهار گرمایش زمین بهره برد. بدون این موجودات میکروسکوپی، چرخهٔ کربن فرو میپاشد و زمین سیارهای داغتر، تیرهتر و بیجانتر خواهد بود.
پرسشهای رایج (FAQ)
۱. چرا پلانکتونها برای انسان اهمیت دارند؟
زیرا بیش از نیمی از اکسیژن زمین و بخش عمدهٔ جذب طبیعی CO₂ بهواسطهٔ آنها انجام میشود.
۲. آیا افزایش دمای اقیانوس به نابودی پلانکتونها منجر میشود؟
در بلندمدت بله. دمای بالا مانع گردش مواد مغذی میشود و رشد فیتوپلانکتونها را کاهش میدهد.
۳. نقش پلانکتونها در تشکیل ابرها چیست؟
پلانکتونها ترکیبات گوگردی تولید میکنند که در جو به هستههای تراکم ابر تبدیل میشوند و دمای زمین را کاهش میدهند.
۴. آیا میتوان از فناوری برای تقویت پلانکتونها استفاده کرد؟
بله، اما با احتیاط. افزودن مواد مغذی مانند آهن میتواند رشد آنها را افزایش دهد، ولی عواقب زیستمحیطی احتمالی دارد.
۵. مهمترین اقدام برای حفظ پلانکتونها چیست؟
کاهش انتشار گازهای گلخانهای و جلوگیری از ورود آلایندهها و میکروپلاستیکها به اقیانوسها.
با بیش از ۲۰ سال نویسندگی «ترکیبی» مستمر در زمینهٔ پزشکی، فناوری، سینما، کتاب و فرهنگ.
باشد که با هم متفاوت بیاندیشیم!
مطالب مرتبط
