لتحديد فترات السنة، نعتمد على محطات، وهي دورات مناخية تبلغ حوالي ثلاثة اشهر وتتميز كل منها بظروف مناخية مستقرة في منطقة معينة. والفصول هي: الربيع، والصيف، والخريف، والشتاء. وينشأ تسلسلها من ميل محور الأرض بالنسبة لمستوى مدارها، مما يتسبب في استقبال مناطق مختلفة لكميات مختلفة من ضوء الشمس خلال العام.
ولا تؤثر هذه الظاهرة على درجات الحرارة وطول النهار فحسب، بل تؤثر أيضًا على شدة وميل ضوء الشمس الذي يصل إلى السطح. هذه الاختلافات لها تأثير مباشر على النباتات، وخاصة في المناطق البعيدة عن خط الاستواء، حيث تكون الفصول أكثر وضوحا. تظهر المناطق المعتدلة والشمالية، مثل أوروبا وأمريكا الشمالية، تغيرات موسمية واضحة للغاية، والتي تنعكس في دورات الغطاء النباتي.
نفس الأرض
لا تؤثر الفصول على المناخ فحسب، بل تؤثر أيضًا بشكل مباشر على دورات الغطاء النباتي. تُعرف هذه الظاهرة باسم تنفس الارض. مع تغير الفصول، تستجيب النباتات بطرق متنوعة. ال النباتات المتساقطةمثل أشجار البلوط أو الكستناء، تفقد أوراقها في الخريف لتجنب فقدان الماء في الشتاء وتنبت مرة أخرى في الربيع، استعدادًا للإزهار والتكاثر.
تشمل دورات الغطاء النباتي العمليات الأساسية، مثل إنبات البذوروالنمو والتزهير وسقوط الأوراق. يرتبط انتظام هذه الدورات ارتباطًا وثيقًا بالمناخ الموسمي. ومع ذلك، فإن الظواهر مثل تغير المناخ وقد أثرت إزالة الغابات بشكل خطير على هذه الإيقاعات الطبيعية، مما أدى إلى تعديل أوقات النمو والتأثير على التنوع البيولوجي.
وقد سمحت هذه العملية الدورية للعلماء بملاحظة نوع من "التنفس" للكوكب، والذي يمكن رؤيته من خلال صور الأقمار الصناعية. في هذه الرسوم المتحركة، يمكنك أن ترى كيف تنمو النباتات، وتمتص ثاني أكسيد الكربون (CO2) في الربيع والصيف، وكيف تطلق الكربون عند دخولها في مرحلة السكون خلال الخريف والشتاء.
إن "تنفس الأرض" ليس أمرًا مثيرًا للإعجاب من الناحية البصرية فحسب، بل إنه ضروري لدورة حياة جميع الأنواع على هذا الكوكب. نحن نعتمد على هذه الدورة للحصول عليها طعام, أكسجين وغيرها من الموارد الحاسمة.
التغيرات الموسمية في الغطاء النباتي وبيانات الأقمار الصناعية
لا أحد بريمر قام بتطوير تصورات مذهلة لـ "تنفس" الأرض، بناءً على بيانات من نوا ستار (مركز أبحاث وتطبيقات الأقمار الصناعية). يستخدمون المستشعر فيرس (Visible Infrared Imager Radiometer Suite)، الموجود على متن القمر الصناعي SNPP (شراكة سومي الوطنية في المدار القطبي). يقيس هذا الجهاز التباين في الغطاء النباتي العالمي أسبوعيًا، ويوفر معلومات مفصلة حول كيفية تغير المساحات الخضراء على مدار العام.
ومن خلال هذه الصور، يمكن رؤية كيف تكون التغيرات أكثر وضوحا في مناطق نصف الكرة الشمالي، حيث يتم تسجيل التغيرات الموسمية الكبيرة. تظهر مناطق مثل نيوزيلندا والبرازيل وجنوب أفريقيا دورة عكسية بسبب موقعها في نصف الكرة الجنوبي، حيث تحدث الفصول بشكل معاكس.
الخضرة: متغير رئيسي في دراسة الدورات الموسمية
المؤشر الرئيسي لقياس هذه التغيرات الموسمية هو خضرة، أو مؤشر الاختلاف الطبيعي للغطاء النباتي (IVDN). يقيس هذا المؤشر كمية الغطاء النباتي الموجود في المنطقة ويستخدم للكشف عن بداية موسم النمو وكذلك الشيخوخة أو نهاية دورة حياة النباتات في نهاية الخريف.
تعد IVDN أيضًا أداة حاسمة لدراسات تغير المناخ، حيث أن التخفيضات أو الزيادات في اللون الأخضر يمكن أن تشير إلى تغييرات جذرية في أنماط نمو النباتات بسبب ارتفاع درجات الحرارة العالمية. وفي المناطق التي لا تحتوي على نباتات، مثل الصحاري أو الجبال، يمكن للمؤشر أيضًا أن يوفر معلومات ذات صلة بظروف التضاريس.
التحديات العلمية وراء تنشيط تنفس الأرض
إن تطوير الرسوم المتحركة التي تعكس تنفس الأرض، بناءً على دورات الغطاء النباتي، يمثل تحديًا كبيرًا. ال تمتد الرسوم المتحركة إلى 50.000 دورة، الموافق 52 أسبوعًا من السنة. ومن خلال خوارزميات متقدمة، تم إنشاء تمثيل دقيق لكيفية امتصاص النباتات لثاني أكسيد الكربون وإطلاقه خلال كل دورة أسبوعية.
تضمن التعقيد الفني لهذه العملية اختبار طرق الرسوم المتحركة المختلفة حتى يتم تحقيق أفضل تمثيل ممكن. ويبين التسلسل كيف "تتنفس" الغابات والمناطق النباتية الأخرى، حيث تمتص كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون في فصلي الربيع والصيف لإطلاقه خلال أشهر الشتاء.
كما ذكر منشئو الرسوم المتحركة، من الممكن ملاحظة إصدارات أكثر تفصيلاً وأبطأ لتقدير كيفية تطور العمليات بدقة زمنية أكثر دقة.
الأرض و"تنفس" الكربون
مفهوم التنفس الكربوني من الأرض أمر بالغ الأهمية لفهم كيفية تأثير دورات الغطاء النباتي على دورة الكربون العالمية. خلال الدورة، تمتص النباتات الكربون من خلال عملية التمثيل الضوئي وتطلقه أثناء التحلل أو عند حرقها. يعد نظام التبادل المستمر للكربون بين الغلاف الجوي والتربة والمحيطات أمرًا حيويًا لتوازن المناخ العالمي.
El اوسيانو كما أنه يلعب دورًا رئيسيًا في هذه العملية، حيث أنه يمتص كميات هائلة من الكربون، أكثر بكثير مما يتم تخزينه في الغلاف الجوي للأرض والمحيط الحيوي. في الواقع، تلتقط المحيطات كمية من الكربون أكبر من تلك التي تلتقطها النظم البيئية البرية. ومع ذلك، لا تزال النباتات أحد أهم العناصر، خاصة في خطوط العرض الاستوائية والمعتدلة، حيث تمتص المزيد من ثاني أكسيد الكربون خلال فصلي الربيع والصيف، بينما تطلقه في الشتاء.
يعتبر هذا التبادل حساسًا جدًا للتغيرات في المناخ، مما يجعل الدراسات حول تنفس الكربون جزءًا أساسيًا في الجهود العالمية للتخفيف من تغير المناخ.
تأثير تغير المناخ على الدورات الموسمية
El تغير المناخ بدأت في تعطيل هذه الأنماط الدورية. يؤدي ارتفاع درجات الحرارة العالمية إلى تقدم دورات الغطاء النباتي، مما يؤدي إلى تعديل توقيت الإنبات والشيخوخة. وقد تطول أيضًا مواسم الزراعة في العديد من المناطق، والتي، على الرغم من أنها قد تبدو مفيدة للزراعة في البداية، إلا أنها يمكن أن تكون لها آثار كارثية على المدى الطويل، مما يؤدي إلى تدمير التوازن الطبيعي للنظم البيئية.
فالنظم الإيكولوجية الاستوائية، على سبيل المثال، تشهد تغيرات كبيرة. إن غابات الأمازون المطيرة، التي تعمل بمثابة بالوعات كبيرة للكربون، تفقد قدرتها على احتجاز ثاني أكسيد الكربون بسبب زيادة إزالة الغابات وموجات الجفاف المتكررة على نحو متزايد. وإذا استمر فقدان هذه القدرة، فإن دورة الكربون سوف تتأثر بشدة، مما يؤدي إلى زيادة كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وتسارع ظاهرة الاحتباس الحراري.
لا تكمن أهمية دراسة الدورات الموسمية للغطاء النباتي في فهم كيفية استجابة الطبيعة لتغير المناخ فحسب، بل تكمن في كيفية تخفيف آثاره من خلال الحفاظ على النظم البيئية الرئيسية مثل الغابات الاستوائية المطيرة والمناطق الشمالية، وفي نهاية المطاف، بشكل حاسم، المحيطات.
وتكشف كل واحدة من هذه العمليات، من عملية التمثيل الضوئي إلى تنفس الأرض، عن الترابط المعقد الذي يحافظ على توازن مناخنا وحياتنا على الكوكب. وبينما نواجه تحديات تغير المناخ، يصبح فهم هذه الدورات وحمايتها أكثر أهمية من أي وقت مضى.