الضوابط الفيزيائية-الكيميائية على امتصاص الكربون القديم في كتلة النظام البيئي في أنظمة حرارية مائية ضحلة

مصانع كربون مخفية على قاع البحر

عميقاً تحت الأمواج، تتسرب الينابيع الساخنة على قاع المحيط باستمرار بكربون قديم إلى البحر. للوهلة الأولى تبدو هذه الفتحات تحت الماء كظواهر محلية صغيرة وغريبة. لكنها تصل إلى خزانات عميقة من الكربون المحبوس منذ آلاف السنين. تطرح هذه الدراسة سؤالاً يبدو بسيطاً لكنه ذو عواقب كبيرة: عندما يدخل هذا الكربون القديم إلى حقل فتحات ساحلي ضحل قبالة تايوان، هل تستغله الحياة البحرية المحلية فعلاً، أم أن معظمَه يهرب ببساطة مرة أخرى إلى المحيط والغلاف الجوي؟

حيث تتقاطع الحرارة والحمضية والحياة

قبالة جزيرة كويشانتاو الصغيرة في شمال شرقي تايوان، يخرج من قاع البحر غاز وسوائل ساخنة على شكل فقاعات. يهيمن نوعان من الفتحات القريبة على المنطقة: فتحة «صفراء» شديدة السخونة وعالية الحموضة، وفتحة «بيضاء» أبرد وأقل حمضية. يطلق كلاهما كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون الذي نشأ عميقاً في وسترة الأرض ويحمل «بصمة عمرية» كيميائية تشير إلى أنه أقدم بكثير من الكربون السطحي الحديث. وبما أن الموقع ضحل ويغمره ضوء الشمس، فهو يؤوي كل من الميكروبات التي تعيش على الطاقة الكيميائية وحدها والكائنات ذاتية التغذية الضوئية الاعتيادية التي تعتمد على الضوء. يجعل هذا المزيج منه مختبراً طبيعياً مثالياً لتتبع كيف ينتقل كربون الفتحة من السوائل الساخنة إلى الكتلة الحية.

قراءة بصمات الكربون

لتعقب هذا الكربون القديم عبر النظام البيئي، استخدم الباحثون مجموعة من «بصمات» النظائر المقاسة في جسيمات دقيقة ودهون من ميكروبات وحيوانات. من خلال أخذ عينات للجسيمات المعروفة في الماء والرواسب على قاع البحر ونسيج من سلطعون يسكن الفتحات، قارنوا التوقيعات الكيميائية للكربون والهيدروجين في أحماض دهنية محددة بتلك المتوقعة لأنماط عيش مختلفة. تكشف أنماط معينة في هذه التوقيعات ما إذا كانت الميكروبات تعتمد على الطاقة الكيميائية من الفتحات أم على ضوء الشمس، وما إذا كان الكربون الذي تستخدمه حديثاً أم قديماً جداً. سمح ذلك للفريق بتمييز الكربون القادم من الفتحات عن ذلك القادم من مياه البحر العادية أو من اليابسة، ورؤية أي الكائنات تستثمر في أي مخزون.

الكربون القديم في شبكات غذائية حديثة

تُظهر القياسات أن الكربون الخارج من الفتحات يُستغل فعلاً من قبل الحياة المحلية، وخصوصاً بكتيريا مؤكسِدة للكبريت القريبة من أعمدة الدخان القاعية. تحول هذه الكائنات الكيميائية الذاتية التغذية ثاني أكسيد الكربون إلى مادة عضوية دون ضوء الشمس وتنقل هذا الكربون إلى كائنات أخرى، بما في ذلك السلطعون المتوطن للفتحات. ومع ذلك، تكشف بيانات النظائر أيضاً أن الميكروبات والطحالب الضوئية على حافة أعمدة الدخان، حيث المياه أقل قسوة، تدمج نصيباً قابلاً للكشف من هذا الكربون القديم أيضاً. بعبارة أخرى، لا يظل الكربون القديم من الأعماق محصوراً في مآوي مظلمة مدفوعة كيميائياً؛ بل يجد طريقه أيضاً إلى مقاطع مضيئة وأكثر ألفة من الشبكة الغذائية.

عندما تسود الظروف الألطف

أحد النتائج الأكثر دهشة هو أن الفتحة البيضاء الأبرد والأقل حموضة تحتفظ بمزيد من الكربون القديم في الجسيمات المحلية مقارنة بالفتحة الصفراء الأكثر سخونة والأكثر نشاطاً كيميائياً، رغم أن الفتحة الصفراء تبعث مركبات تفاعلية أكثر قد تستخدمها الميكروبات كوقود نظرياً. تقترح حسابات الفريق المبنية على النظائر أنه بينما تفضل بيئة الفتحة الصفراء الأيض القائم على الكيمياء، فإن درجات الحرارة الشديدة والحمضية تقيد مقدار الكتلة الحيوية التي يمكن أن تتراكم. بالمقابل، يبدو أن الفتحة البيضاء الألطف توفر توازناً أفضل: لا تزال الظروف غنية بالطاقة لكنها أكثر ودية لنمو الميكروبات، مما يسمح ببناء كربون مُستمد من الفتحات بكميات أكبر في المادة الحية المجاورة.

معظم كربون الفتحات ينجرف بعيداً

رغم الدليل الواضح على أن الميكروبات المدفوعة كيميائياً والضوئية تستخدم كربون الفتحات، فإن إجمالي الكربون القديم المحبوس في الكتلة الحية المحلية صغير بالمقارنة مع ما تبثه الفتحات يومياً. يقدر المؤلفون أن نسبة قليلة فقط من ناتج الكربون اليومي موجودة في الجسيمات القريبة في أي لحظة، وأن الرواسب نفسها تحتوي على قليل من الكربون العضوي. يشير هذا إلى أن معظم الكربون المشتق من الفتحات يُنقل بسرعة بعيداً بواسطة التيارات أو يهرب كغاز، بدلاً من أن يُخزن في النظام البيئي المحلي للقاع. للمشاهد غير المتخصص، الخلاصة واضحة: تغذي الفتحات المائية الضحلة مجتمعاتها الفورية بكربون قديم، لكن الكيمياء القاسية والخلط القوي تعني أن جزءاً متواضعاً فقط يُحتفظ به. تفاصيل الحموضة ودرجة الحرارة، وليس مقدار الطاقة الكيميائية المتاحة وحدها، هي التي تحدد في النهاية مقدار هذا الكربون العميق الذي ينسج داخل الشبكات الغذائية البحرية مقابل ما يفقد إلى المحيط الأوسع.

الاستشهاد: Maak, J.M., Elvert, M., Grotheer, H. et al. Physicochemical controls on ancient carbon assimilation into ecosystem biomass in shallow-water hydrothermal systems. Commun Earth Environ 7, 216 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03254-z

الكلمات المفتاحية: فتحات مائية حرارية, دورة الكربون البحرية, الميكروبات الكيميائية الذاتية التغذية, تعقب الكربون المشع, النظم البيئية البحرية الضحلة