ماذا تخبرنا حلقات النمو؟

تعد دراسة البيانات التاريخية المخزّنة في الأشجار التي تعود إلى قرون طويلة مجالًا مزدهرًا ، حيث تستكشف المختبرات في جميع أنحاء العالم المزيد عن الأنماط التاريخية للطقس والمناخ والآثار على البشر.

منذ أوائل القرن الثامن عشر وحتى الستينيات من القرن العشرين، كانت سرعة الرياح شديدة وتعرف باسم North Atlantic Jet Stream ، والتي تدفع لأجواء شديدة للطقس في أوروبا وكانت ثابتة إلى حد ما.

ثم أصبحت أقل قابلية للتنبؤ. لكن البيانات وحدها لا يمكن أن تنبأ عن إتجاه حركة الهواء لمقارنتها على مر القرون ، بالنظر إلى أن العلماء بدأوا في حفظ سجلات الأحداث الجوية عبر الأجهزة فقط منذ أواخر القرن التاسع عشر.

ومع ذلك ، فإن حلقات نمو الأشجار تقدم صورة تاريخية أكثر اكتمالا للتغيرات المناخية. مع تقدمها في العمر، تشكل الأشجار حلقات مميزة جديدة من الخارج ، وفي كل عام يتم تكوين حلقة جديدة مميزة من الخشب الميت حول جذوع معظم الأشجار. في تلك الحلقة، يمكن العثور على معلومات مختلفة حول هطول الأمطار ودرجة الحرارة وغيرها من البيانات خلال السنة التى تمثلها تلك الحلقة.

قام فريق بقيادة فاليري ترويت (وهى متخصصة فى علم تأريخ حلقات نمو الأشجار Dendrochronology) بأخذ 400 شجرة من البلقان و 200 شجرة من اسكتلندا - بما في ذلك ما قد يكون أقدم شجرة معروفة في أوروبا، وهي الصنوبر البوسني في اليونان وتدعى أدونيس، يبلغ عمرها 1075 عاماً. يتدفق تيار الرياح بين هاتين المنطقتين، وكشفت الأشجار عن نطاق درجات الحرارة في حلقاتها وتواتر نشوب الحرائق بمرور الوقت ، وهو سرد وسجل موسع لسلوك تدفق هبوب الرياح.

قالت الدكتوره ترويت: "المواقف الأكثر تطرفًا تخلق أحداث مناخية أكثر تطرفًا ، خاصة موجات الحر والعواصف في أوروبا". وتظهر حلقات الأشجار نشوب حرائق ضخمة حدثت في البلقان عندما كانت الرياح في المنطقة الجنوبية".

ثقوب فى جذع الشجرة لأخذ عينات بالمسبر لتحديد عمرها

عينة لقطاع عرضى لأخشاب من سيبيريا.

يعود تاريخ النخاع إلى عام 1637 وحلقة النمو الخارجية إلى عام 2011

وقالت الدكتور ترويت "حقيقة أن شدة الرياح أصبحت أكثر تقلباً في العقود الأخيرة فقط يشير إلى أن هذا التحول هو نتيجة لتأثير البشر على المناخ. وأن الارتفاع الأخير في التباين لم يسبق له مثيل منذ 300 عام". يتم إجراء المزيد من التحليلات للرجوع إلى القرون السابقة.

يبدو أن الأشجار عبارة عن أجهزة تسجيل عضوية عملاقة تحتوي على معلومات حول المناخ فى العقود والحضارات والنظم الإيكولوجية السابقة وحتى الأحداث المجرية التي يعود تاريخها إلى آلاف السنين. في السنوات الأخيرة ، تم استحداث تقنيات لاستخراج المعلومات من حلقات نمو الأشجار والتوسع فى دراستها. هذه التقنيات الجديدة قادرة على إستخراج مجموعة أكبر وأعمق من المعلومات من الأشجار.

تأسس مختبر أبحاث حلقات نمو الأشجار هنا في جامعة أريزونا في ثلاثينيات القرن العشرين على يد أ. أي. دوجلاس ، وهو عالم فلك تحول إلى لدراسة الأشجار من أجل فهم العلاقة بين البقع الشمسية والمناخ بشكل أفضل.

ساعد المختبر في إنشاء مختبرات أخرى حول العالم ، مما أدى بدوره إلى زيادة عدد الأشجار التي تمت دراستها بسرعة. يوجد الآن ما يقرب من عشرة مختبرات كبيرة على مستوى العالم وبيانات من 4 ألاف موقع في جميع القارات باستثناء القارة القطبية الجنوبية. يتم تخزين المعلومات في بنك بيانات الأشجار الدولي ، وهي مكتبة مفتوحة لجميع الباحثين. مع توفر المزيد من بيانات الأشجار ، أصبحت الصورة أكثر ثراءً ووضوحاً للصلة بين المناخ فى الماضى والنظم الإيكولوجية والحضارة الإنسانية.

تنقسم الأبحاث التي تتضمن حلقات نمو الأشجار إلى ثلاث فئات رئيسية - علم dendroclimatology ، وهو تحليل حلقات نمو الأشجار للحصول على بيانات المناخ السابقة ؛ وعلم dendroarchaeology ، وهو دراسة حلقات نمو الأشجار لفهم كيف أثر المناخ فى الماضي على المجتمعات البشرية ؛ وعلم dendroecology ، الذي يعيد بناء النظم الإيكولوجية السابقة للغابات. تأتي حلقات نمو الأشجار الأكثر شيوعًا التي تمت دراستها من الصنوبر الخشن bristlecone pine والشوح fir والتنوب spruce.

لقد أصبحت هذه النافذة إلى ماضي المناخ العميق أمرًا حيويًا في عالم سريع الاحترار ، لإظهار كيف أن مناخ نصف القرن الماضي بعيد عن المعايير التاريخية التي تعود إلى آلاف السنين.

على سبيل المثال ، يبلغ عمر أشجار الصنوبر الخشن bristlecone الحية عدة آلاف من السنين وتضاف معلوماتها إلى تلك التي ماتت منذ آلاف السنين ، لكنها ظلت كما هي في بيئتها المرتفعة الباردة والجافة.

من الصعب الجدال مع بيانات حلقات نمو الأشجار بأن التغييرات البيئية الضخمة لا تحدث. يقول باحثون إن التغير المناخي الذي شوهد في العقود الستة أو السبعة الماضية له مقارنات قليلة ، إن وجدت ، في الماضي البعيد. على سبيل المثال ، يعد الجفاف الحالي الذي استمر عقدين من الزمن على نهر كولورادو هو الأطول منذ العصور الوسطى حيث استمر الجفاف لمدة 62 عامًا - مع عدم وجود سنوات رطبة جدًا بين السنوات الجافة. أحيانًا يمكن للسنة الرطبة أن تجعل الجفاف لمدة طويلة أكثر احتمالًا.

إن حالات الجفاف الحارة غير المسبوقة ، مثل الجفاف الحالي ، تزيد من انخفاض معدل هطول الأمطار عن طريق التسبب في مزيد من التبخر. يشعر المسؤولون على طول نهر كولورادو بقلق عميق إزاء الاتجاه نحو درجات حرارة الأكثر دفئًا وقلة هطول الأمطار ، ويستعدون لمستقبل قاتم بدون أو مع كميات أقل من مياه النهر - وهو أمر لا يمكن تصوره قبل 20 عامًا فقط.

ومما زاد الطين بلة ، أن حلقات الأشجار تُظهر أن المياه في نهر كولورادو قد تم تقسيمها إلى الولايات بناءً على معدلات التدفق من 1905 إلى 1922، وهي من أكثر السنوات الممطرة خلال 12 قرن الماضية ، وهي حقبة تُعرف باسم الفترة الغزيرة.

يمكن للباحثين أيضًا أن يدرسوا كثافة الثلوج في سجلات حلقات نمو الأشجار. ففي عام 2015 ، كانت الثلوج في سييرا هي الأقل منذ 500 عام. قد يكون هذا العام واحدًا من أعلى الحزم الثلجية على مدار عقود وربما يكون ذلك دليلًا على ارتفاع درجة حرارة المناخ.

الأشجار تحتوى على معلومات قيمة أخرى كذلك. على سبيل المثال ، أدى تحليل نظير الأكسجين إلى التعرف على مصدر الماء الذي استهلكته الشجرة منذ قرون مضت ، ويمكن تحديد ما إذا كان ناتجًا عن إعصار أم عاصفة رعدية شديدة.

تقدم حلقات الأشجار أيضًا لمحة عن التأثيرات العالمية المحتملة للهندسة الجيولوجية مثل اقتراح نشر كبريتات الألومنيوم في الغلاف الجوي لمنع الشمس وتبريد الكوكب ، وهو ما اقترحه بعض العلماء كحل لتغير المناخ.

قالت الدكتوره ترويت : "إن الانفجارات البركانية هي أفضل عامل مؤثر فى الهندسة الجيولوجية". تُظهر الحلقات التي تم تحليلها من الأشجار في خمسة مواقع حول العالم أنه بعد الانفجار البركانى في عام 1568، تم تبريد المناخ العالمي بشكل كبير لمدة عامين - كما يتضح من حلقات الأشجار الضيقة وكذلك انحسار الأطراف الشمالية من المناطق الاستوائية مع تبريد الكوكب.

كما أظهرت حلقات الأشجار أنه خلال ستة عقود من 1568 إلى 1634 ، كان هناك بسبب التغير المناخي الطبيعي ستة عقود من التوسع في المناطق شبه الاستوائية التي دفعت المناخات الصحراوية إلى الشمال. وبسبب توسع مناطق الطقس الحار والجاف ، بدأت الإمبراطورية العثمانية في الانحسار، وانهارت أسرة مينج وتم التخلي عن مستعمرة جيمس تاون في فرجينيا ، مما يشير حسب قول الدكتور ترويت ، إلى أنها كانت مرتبطة جزئيًا على الأقل بالمناخ. وقالت "الطريقة التي يتعامل بها المجتمع مع الجفاف سياسياً هي أيضاً جزء من الصورة".

وقال برايان بلاك ، أستاذ علم الإشعاع المتخصص في الكائنات البحرية: "لدينا غواصون يجمعون المحار اللزج الطويل geoducks العتيق من قاع المحيط". بالاقتران مع أصداف هذا المحار الميتة ، يمكن أن نسترجع بيانات آلاف السنين. يعود عمر الأصداف المأخوذة من ساحل أيسلندا بالفعل إلى 1000 عام مضت. قال الدكتور بلاك: "لقد أظهرت البيانات أن القرن الماضي كان دافئاً بشكل غير مسبوق".

يستخدم الخبراء معلومات حلقات المحار والقواقع، جنبًا إلى جنب مع بيانات حلقات الأشجار لفهم كيف يحفز المناخ إنتاجية المحيطات ومزيج أنواع الأسماك التى تعيش فيه، لمساعدة مديري المصايد. وقال الدكتور بلاك: "الهدف الأساسي هو أن نكون على دراية بظلال تأثير المناخ وما يعنيه ذلك بالنسبة لمصايد الأسماك".

حتى النجوم تتخلى عن بعض أسرارها للأشجار. تنبعث الشمس والنجوم الأخرى من إشعاعات تسمى الأشعة المجرية الكونية، التي تتفاعل في الغلاف الجوي مع النيتروجين وتغير مستويات الكربون 14 ، الذي يمتصه كل كائن حي ويصبح متتبعًا لمستويات الأشعة الكونية.

الطفرات السابقة في الأشعة المجرية الكونية الناتجة عن التوهجات الشمسية أو غيرها من المصادر تشكل لغزًا إلى حد كبير ، ولكنها جذبت اهتمامًا كبيرًا من الباحثين ، لأنه إذا حدثت الآن ، فيمكنها تدمير أقمار الاتصالات والتقنيات الأخرى. يعد الحدث الذي وقع في 774 - 775 (والذي تم العثور عليه لأول مرة في أشجار الأرز اليابانية ومنذ العثور عليه عالميًا ، أصبح أقوى حدث للأشعة الكونية تم تسجيله في حلقات نمو الأشجار، وهو حجم أكبر من حدث كارينجتون، والعاصفة الشمسية في عام 1859 ، ولاحظه أشخاص على مازالوا على قيد الحياة.

وقالت شارلوت بيرسون ، الأستاذة في مختبر حلقات نمو الأشجار: كان على الأرجح انفجار شمسي ضخم. "هذا غير مسبوق ، لا يوجد شيء آخر مثله". "نحن نحاول معرفة ما هو وما الذي تسبب فيه لكننا ما زلنا غير متأكدين".