التنظيم
حافَظ نظام الأرض على ظروفٍ صالحة للعيش فيها على مدار فتراتٍ زمنية جيولوجية. وتتضمن هذه الظروف درجةَ حرارة عالمية منتظمة وغير متقلبة، وكميةً كافية من ثاني أكسيد الكربون في الغِلاف الجوي لدعم عملية التمثيل الضوئي، وموادَّ مغذية كافية للنمو. وفوق ذلك، فعلى مدار اﻟ ٣٧٠ مليونَ سنةٍ الماضية على الأقل، كانت توجد كميةٌ كافية من الأكسجين في الغِلاف الجوي لدعم الحياة الحيوانية المُعقدة التي تتسم بالحركة والتنقل، لكنها ليست كبيرةً لدرجة أن تلتهم حرائقُ الغابات الجزءَ الأكبر من الغطاء النباتي. يقدِّم هذا الفصل الطرق التي تُنظَّم بها هذه «المتغيرات الرئيسية» في نظام الأرض وكيف يَدرُس العلماء هذا التنظيم.
مفاهيم أساسية
تُوجد التغذية المرتدة السالبة في صميم كل الآليات التنظيمية؛ وبشكلٍ عام، يُمكن القول إنها حلقةٌ مغلقة من الصلات السببية تميل إلى كبح الاضطرابات في أي جزء من الحلقة. وعند التفكير في تنظيم المواد — كالمواد المُغذية في المحيطات، أو ثاني أكسيد الكربون أو الأكسجين في الغِلاف الجوي — نحتاج إلى ربط مفهوم التغذية المرتدة السالبة (الذي طُرِح في الفصل الأول) بمفهوم الخزانات والتدفقات (الذي طُرِح في الفصل الثاني). بمصطلحاتٍ أساسية، يُمكن القول إننا لتنظيم حجم خزانٍ ما، يُمكن أن تعمل التغذية المرتدة السالبة إمَّا على تدفُّق المُدخلات إلى ذلك الخزان أو على تدفُّق المُخرجات منه. على سبيل المثال، مع ازدياد حجم الخزان، يُمكن أن تؤدي التغذية المرتدة السالبة إلى زيادة تدفُّق المواد الخارجة من ذلك الخزان، وبذلك تُحافظ على استقراره.
هذا التشبيه يمكن أن يُستخدم في تجسيد خزان أي مادة؛ ليس شرطًا أن تكون ماءً أو حتى سائلًا. وكما سنرى، أحيانًا ما تتضمن حالاتُ التنظيم الحقيقية في نظام الأرض تغذيةً مرتدة سالبة على مدخلات خزانٍ معيَّن، وأحيانًا أخرى تتضمن تغذيةً مرتدة سالبة على المُخرَجات الخارجة من خزانٍ معيَّن.
نماذج بيوجيوكيميائية
سعيًا إلى فهم العوامل التي تُنظِّم المواد المغذية والأكسجين وثاني أكسيد الكربون عَبْر نطاقاتٍ زمنية جيولوجية، أنشأ علماء نظام الأرض نماذج. وهذه النماذج البيوجيوكيميائية الطويلة الأمد تُمثِّل الخزانات الرئيسية على أنها سلسلة من الصناديق بينها تدفُّقات. ومهمة واضع النموذج هي أن يُحدد أين وكيف تعتمد التدفقات الواردة في النموذج على أحجام الخزانات؛ ومن ثَم ينتج التغذيات المرتدة، كما حدث في تشبيه حوض الاستحمام. وغالبًا ما تؤدي هذه التغذيات المرتدة وظيفتَها عَبْر متغيراتٍ وسيطة مثل درجة الحرارة، وهذه المتغيِّرات لا تُعَد خزاناتٍ للمواد في حد ذاتها، ولكنها تتأثَّر بها.
وفي هذا النوع من البحث، يُعَد النموذج بمثابة أداة تُساعد على الفهم. إذ تُمثِّل فرضياتُ واضع النموذج الآليةَ المُعبِّرة عن آرائه بخصوص الطريقة التي يسير بها الكون، ويستخلص منها تنبؤات يُمكن اختبار صحتها بمقارنتها بالبيانات المتاحة. وعادةً ما يُجرِّب واضع النموذج بإدراج عمليةٍ معيَّنة جديدة أو علاقة من التغذية المرتدة في النموذج (مُمثِّلًا فرضيةً معينة)، ويَدرُس كيفية تأثيرها في تنبؤات النموذج فيما يتعلق ببعض البيانات (الأرصاد) التي يُحاول تفسيرها. فإذا تسبَّبَت العملية الجديدة في انحراف النتائج بعيدًا عن البيانات، فمن المرجَّح أن تُدحَض الفرضية؛ أمَّا إذا جعلَت النتائج مُقاربة للبيانات، فستظل الفرضية قائمة. (أحيانًا ما لا يكون الأمر بهذه البساطة في الواقع؛ لأنَّ النموذج الذي يُمثل نظام تغذية مرتدة معقَّدًا يُمكن، كما يحدث في العالم الحقيقي، أن يُظهِر سلوكًا مفاجئًا، وهنا قد يؤدي إجراء تعديلات متزامنة عديدة إلى تقليل الفجوة بينه وبين البيانات مجددًا.)
تنظيم المواد المغذية
وكذلك يُنظَّم محتوى الفوسفور في المحيطات، ولكن بفعل تغذية مرتدة سالبة تُطبَّق على مُخرجاته من المحيطات؛ لأن مُدخلات الفوسفور التي تسري مع مياه الأنهار لا يُمكن التحكم فيها عن طريق العمليات الحادثة في المحيط. فإذا زادت مُدخلات الفوسفور إلى المحيطات وبالتبعية زاد تركيزه، يؤدي ذلك إلى زيادة النيتروجين والإنتاجية ومُعدَّل انتقال الفوسفور إلى الرواسب البحرية. وبالمثل، فإذا قلَّت مُدخلات الفوسفور، يؤدي هذا إلى تقليل تركيزه في المحيطات، وهو ما يُقلل من إنتاجية السطح ويكبح عملية انتقال الفوسفور إلى الرواسب. وصحيح أنَّ التغذية المرتدة السالبة الناتجة ليست مثاليةً أو تامة، لكنها تُخفف من التقلبات الحادثة في تركيز المواد المُغذية في المحيطات، جاعلةً إياها أصغر من التقلبات الشديدة في مُدخلات الفوسفور إلى المحيطات.
تُوجد صلةٌ وثيقة بين تنظيم المواد المغذية وتنظيم الأكسجين في الغِلاف الجوي؛ لأنَّ مستويات المواد المغذية والإنتاجية البحرية تُحدِّدان مصدر الأكسجين عَبْر طَمْر الكربون العضوي. لكنَّ تنظيم المواد المُغذية في المحيطات يحدثُ على نطاقٍ زمني أقصر بكثير من نطاق تنظيم الأكسجين الموجود في الغِلاف الجوي لأنَّ أزمنة مكوثها أقصر بكثير؛ إذ يبلغ زمنُ مكوث النيتروجين حوالي ٢٠٠٠ سنة، ويبلغ زمنُ مكوث الفوسفور حوالي ٢٠ ألف سنة.
تنظيم الأكسجين
يبلغ زمنُ مكوث الأكسجين في الغِلاف الجوي فيما يتعلق بانتقاله إلى القشرة الأرضية حوالي أربعة ملايين سنة (طالِع الفصل الثاني). وصحيح أنَّ هذا قد يبدو زمنًا طويلًا، لكنه أقصر بكثير من الفترة التي شهدَت وجود الحيوانات التي تتنفس الأكسجين على الكوكب، والتي تبلغ حوالي ٥٥٠ مليون سنة. بل أقصر بكثير أيضًا من فترة اﻟ ٣٧٠ مليونَ عام التي شهدَت وجود الغابات، التي تُعَد عُرضةً لحدوث زيادات في الأكسجين تزيد معدَّل تكرار الحرائق وشدَّتها. وبذلك فمن اللافت أنَّ كمية الأكسجين في الغِلاف الجوي بقيَت ضمن الحدود الصالحة لعيش الحياة النباتية والحيوانية المعقدة مع أنَّ كل جزيئات الأكسجين استُبدلَت أكثر من مائة مرة.
في الواقع، كان استقرار كمية الأكسجين لافتًا بدرجةٍ أكبر وأكبر منذ انتشار الغابات في أنحاء الكوكب. فتجارب الاحتراق تُظهِر أنَّ الحرائق لا تصبح مُستدامة ذاتيًّا في مواد الوقود الطبيعية إلا عندما يصل الأكسجين إلى حوالي ١٧ في المائة من الغِلاف الجوي. ولكن طوال السنين اﻟ ٣٧٠ مليونًا الماضية، يُوجد سِجلٌّ شبه مستمر من الفحم الأحفوري، مشيرًا بذلك إلى أنَّ الأكسجين لم ينخفض قط تحت هذا المستوى. وفي الوقت نفسه، لم يرتفع الأكسجين قَط إلى الحد الذي يجعل الحرائق تمنع تجدُّد الغابات البطيء. فسهولة الاحتراق تزداد زيادةً غير خطية مع ازدياد تركيز الأكسجين، لدرجةٍ تُصعِّب تَصوُّر كيف كان من المُمكن أن تظل الغابات باقيةً إذا زادت نسبة الأكسجين عن نطاق يتراوح بين ٢٥ و٣٠ في المائة (اعتمادًا على رطوبة الوقود). وهكذا ظل الأكسجين ضِمن نسبة تتراوح بين ١٧ و٣٠ في المائة من الغِلاف الجوي على مرِّ اﻟ ٣٧٠ مليونَ سنةٍ الماضية على الأقل. والسؤال الآن هو: ما آليات التغذية المرتدة السالبة التي يمكن أن تُفسِّر هذا الاستقرار اللافت؟
نظريًّا، يُوجد موضعان من الممكن أن يكونا قد شهدا تغذيةً مرتدة مُحقِّقة للاستقرار؛ إما على المصدر الطويل الأمد الذي يُنتِج الأكسجين من طَمْر الكربون العضوي، وإما على المصرف الطويل الأمد الذي يُزيل الأكسجين عن طريق التجوية المؤكسِدة. ولكن في الكون الحالي الغني بالأكسجين، فإنَّ معظم الكربون العضوي القديم الذي انكشف بفعلِ ارتفاع الصخور على القارات يتأكسد. ولذا لا تُوجد فرصةٌ كبيرة لدى التباينات البسيطة في تركيز الأكسجين في الغِلاف الجوي لتؤثِّر في معدل تدفُّق إزالة الأكسجين بفعل التجوية المؤكسِدة. وعلى العكس من ذلك، تُوجد بالتأكيد آلياتٌ تجعل تدفق الأكسجين من مصدر إنتاجه القائم على طَمْر الكربون العضوي قابلًا للتأثر بالتباينات الحادثة في تركيز الأكسجين.
يأتي نحوُ نصف الكربون العضوي الذي يُطمر في العالم حاليًّا من الإنتاج الأوَّلي في المحيطات، ويأتي النصف الآخر من الإنتاج الأوَّلي على اليابسة، لكن كله تقريبًا يُطمر في رواسب المحيطات. لذا من الطبيعي أن يجري البحث عن آليات تنظيم الأكسجين في المحيطات. فعندما تَقِل مستويات الأكسجين في الغِلاف الجوي، يَقِل تركيز الأكسجين في المحيطات أيضًا، وعندما تصبح المحيطات أكثر خلوًّا من الأكسجين، تزداد كمية الكربون العضوي الذي يُحفَظ في الرواسب؛ وبذلك تُعَد هذه العمليات بمثابة تغذيةٍ مرتدة سالبة تميل إلى رفع مستويات الأكسجين في الغِلاف الجوي. وقد اتضح أنَّ هذه الآلية تتضمن دورة الفوسفور؛ ففي ظل حالة انعدام الأكسجين، يُعاد تدوير مزيد من الفوسفور من رواسب المحيطات وإرجاعه إلى عمود الماء، وهذا يؤدي إلى زيادة الإنتاجية في أسطح المحيطات، وهو ما يزيد كمية الكربون العضوي التي تصل إلى الأعماق، ومُعدل طَمره.
وصحيح أنَّ هذه الآلية التنظيمية المتركزة في المحيطات تُساعد على التخفيف من تأثير انخفاضات الأكسجين في الغِلاف الجوي. ولكن إذا ارتفع الأكسجين فوق مستوياته الحالية، يُصبح المحيط كله مؤكسَجًا وتتوقف التغذية المرتدة. لذا علينا أن نلجأ إلى اليابسة بحثًا عن آليةٍ حساسة يُمكنها إحداثُ تأثير مضاد يُوازِن زيادة الأكسجين. وهنا من المُرجَّح بوضوح أن نجد ضالَّتَنا في الحرائق والغطاء النباتي. فبينما تكبتُ الحرائق نمو النباتات، يُقلل هذا من كمية المواد العضوية الأرضية المتاحة للطمر، لكنه من المُرجَّح أن ينقل الفوسفور من اليابسة إلى المحيطات، مُغذيًا الإنتاجية هناك. غير أنَّ نسبة الكربون إلى الفوسفور في المواد العضوية البحرية أقل بكثير منها في المواد النباتية الأرضية، وهو ما يعني أنَّ نفس مصدر إمداد الفوسفور العالمي يدعم مقدارًا أقل من طَمر الكربون العضوي؛ الأمر الذي يُضعِف مصدر الأكسجين. وفوق ذلك، فعندما تكبتُ الحرائق انتشار الغابات، يُقلِّل هذا من تأثير الغابات على تجوية الصخور، ومُدخلات الفوسفور بالتبعية؛ مما يُقلل من طَمر الكربون العضوي وإنتاج الأكسجين.
ترتبط دورة الأكسجين ارتباطًا وثيقًا بدورة الكربون الطويلة الأمد. فعملية الإزالة السائدة التي تتضمن إزالة ثاني أكسيد الكربون عَبْر تجوية صخور السيليكات تُعَد مصدرًا رئيسيًّا للفوسفور المُجوَّى، وهذا بدوره يتحكم في طَمْر الكربون العضوي، ومصدر الأكسجين بالتبعية. وكذلك فإنَّ طَمْر الكربون العضوي يُمثِّل ثاني أهم بؤرة لثاني أكسيد الكربون الموجود في الغِلاف الجوي.
تنظيم ثاني أكسيد الكربون على المدى الطويل
تنظيم ثاني أكسيد الكربون على مدًى أقصَر
تميل التغذية المرتدة المتمثلة في تجوية السيليكات إلى تثبيت تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغِلاف الجوي، وحفظ استقرار درجة الحرارة العالمية، على نطاقٍ زمني يصل إلى مئات الآلاف من السنين. غير أنَّ بعض الاضطرابات الجيولوجية، كالثورانات البركانية الهائلة أو تحوُّل الرواسب الغنية بالمواد العضوية فجأةً، يُمكن أن تُضيف كميةً زائدة من ثاني أكسيد الكربون إلى الغِلاف الجوي من حين إلى آخر بوتيرة أسرع بكثير من ذلك، فتطغى بذلك على تأثير التغذية المرتدة السالبة. وكذلك تُضيف بعضُ الأنشطة البشرية في الوقت الحاضر كميةً من ثاني أكسيد الكربون إلى الغِلاف الجوي بمُعدل غير مسبوق. ولحُسن الحظ، تُوجد سلسلةٌ من آليات التغذية المرتدة السالبة الأخرى التي يُمكنها تنظيم ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على نطاقاتٍ زمنية أقصر.
فعلى النطاق الزمني الذي يتراوح بين سنوات وقرون، تبدأ المحيطات وغِلاف اليابسة الحيوي امتصاص ثاني أكسيد الكربون الزائد المضاف إلى الغلاف الجوي. وبعد ذلك بحوالَي ألف عام، يتم التوصل إلى توازنٍ مؤقت؛ حيث يُقسَّم ثاني أكسيد الكربون المُضاف بين المحيطات والغِلاف الجوي وسطح اليابسة. ويبقى ما لا يقل عن ١٥ في المائة من ثاني أكسيد الكربون المضاف في الغِلاف الجوي على النطاق الزمني الألفي، وتزيد تلك النسبة كلما زادت كمية ثاني أكسيد الكربون المضاف في المقام الأول؛ لأنَّ ثاني أكسيد الكربون الذي ذاب في المحيطات يرفع حموضتها ويُقلِّل من قدرتها على تخزين الكربون.
وهذا بدوره يؤدي إلى آلية تغذية مرتدة سالبة تُعرَف باسم «تعويض الكربونات»، وهي تعمل على إزالة المزيد من ثاني أكسيد الكربون المضاف من ذلك الغِلاف الجوي على مدى نطاقٍ زمني يبلغ حوالي ١٠ آلاف عام. وفي هذه الآلية، تميل مياه المحيطات المُحمضة إلى إذابة رواسب الكربونات الملامسة لها، رافعةً مستوى عمق تعويض الكربونات إلى أعلى. تجدُر الإشارة هنا إلى أنَّ رواسب الكربونات تحتوي على كمية قلويات بنسبة ٢ : ١ مع الكربون، وكمية القلويات في المحيطات هي التي تُحدِّد سَعَتها التخزينية للكربون. ومن ثَم، يضيف ذوبانُ رواسب الكربونات قلويةً أكبر مقارنة بالكربون إلى المحيطات؛ مما يسمح للمحيطات بامتصاص مزيد من ثاني أكسيد الكربون من الغِلاف الجوي.
وفي الوقت نفسه، يميل ثاني أكسيد الكربون الزائد في الغِلاف الجوي إلى تسريع تجوية صخور الكربونات على اليابسة، برفع درجة الحرارة وزيادة حموضة مياه الأمطار. يُعزز هذا من قلوية المحيطات؛ مما يزيد من قدرتها على تخزين ثاني أكسيد الكربون، مُتيحًا بذلك تغذيةً مرتدة سالبة مرةً أخرى على نطاقٍ زمني يبلغ حوالي ١٠ آلاف عام. وفي النهاية، تُتيح هذه العملية التي تُعيد إمداد المحيطات بالقلويات إعادة ترسيخ رواسب الكربونات في أعماق المحيطات مرةً أخرى؛ مما يزيد مستوى عُمق تعويض الكربونات مُجددًا؛ ومن ثَم تصل دورة الكربون إلى التوازن مرةً أخرى. وبعدما يصل كل ذلك إلى نهايته، يبقى في الغِلاف الجوي جزءٌ صغير من ثاني أكسيد الكربون الذي أُضيف في البداية، ويُزال على مدى مئات الآلاف من السنين بفعل التغذية المرتدة الناتجة عن تجوية السيليكات.
مثال تاريخي
هل يُمكن أن نرى أي أمثلة في السجل الجيولوجي على تطبيق آليات تنظيم ثاني أكسيد الكربون والمُناخ؟ نادرًا جدًّا ما تشهد دورة الكربون اضطراباتٍ طبيعيةً كبيرة، ومع ذلك تُوجد عدة اضطرابات كهذه في السجل الجيولوجي، وقد وقع أحد أحدث هذه الاضطرابات منذ ٥٥٫٨ مليون عام عند الحد الفاصل بين العصرَين الباليوسيني والإيوسيني. ويُقدِّم هذا الحدث الساخن اللافت — الذي يُعرَف باسم الذروة الحرارية فيما بين العصرَين الباليوسيني والإيوسيني — خيوطًا إرشادية مهمة بخصوص المصير الذي ربما ندفع المُناخ إليه في المستقبل، والوقت الذي سيستغرقه للتعافي.
لا أحد يعرف يقينًا ما الذي سبَّب الذروة الحرارية فيما بين العصرَين الباليوسيني والإيوسيني، لكننا نعرف أنَّ تلك الفترة شهدَت حقن كمياتٍ هائلة بلغَت آلاف مليارات الأطنان من الكربون إلى الغِلاف الجوي، على الأرجح بسبب اندساس بركاني داخل مخازن الوقود الأحفوري القديمة، وقد عُزِّز هذا الحقن بزعزعة استقرار هيدرات الميثان المجمدة تحت رواسب المحيطات. ويبدو أنَّ الكربون قد حُقِن على دَفقتَين بينهما ٢٠ ألف سنة. وقد ارتفعَت درجات الحرارة العالمية بحوالي ٥ درجاتٍ مئوية على مدى ٢٠ ألف سنة، وظلَّت مرتفعةً طوال ١٠٠ ألف سنة تقريبًا. وأدى تحمُّض المحيطات إلى ذوبان رواسب الكربونات على نطاقٍ واسع، فيما زاد عُمق تعويض الكربونات بمقدار يصل إلى ٢كم. وقد استغرق التعافي التام لدورة الكربون والمُناخ حوالي ٢٠٠ ألف سنة.
يتوافق التعافي البطيء من تلك الذروة الحرارية مع النطاق الزمني للتغذية المرتدة المتمثلة في تجوية السيليكات. وذلك ينبغي أن يُنذرنا بأنَّ التغذيات المرتدة التنظيمية في دورة الكربون، وإن كانت عديدة، يُمكن أن تتغلب عليها تأثيراتٌ أخرى. ولذا من المتوقَّع أنَّ الأنشطة البشرية المعتمدة على حَرْق الوقود الأحفوري يُمكن أن تترك إرثًا مُناخيًّا طويلًا كهذا.
التغذيات المرتدة البيوجيوكيميائية المؤثِّرة في المناخ
بينما أدَّى ثاني أكسيد الكربون دورًا أساسيًّا في تنظيم المُناخ على مرِّ تاريخ الأرض، تُوجد كذلك عوامل مؤثِّرة رئيسية أخرى. وعلى وجه الخصوص، يمكن أن يكون للتغييرات في درجة البياض، أو انعكاسية سطح الأرض، تأثيرٌ كبير على درجة حرارة الأرض.
وفي الواقع، فالعديد من التغذيات المرتدة البيوجيوكيميائية الأخرى المؤثِّرة على المُناخ موجبة وليست سالبة. فمثل معظم العمليات الحيوية، يزداد إنتاج غازات «الدفيئة» الحيوية؛ أي ثاني أكسيد الكربون والميثان وأكسيد النيتروز، كلها مع ارتفاع درجة الحرارة. وبذلك فإذا كان شيءٌ ما يعمل على رفع درجة الحرارة، فمن المُرجَّح أن يزداد حجم مصدر هذه الغازات، فيرفع درجة الحرارة أكثر وأكثر. تعمل هذه التغذية المرتدة الموجبة على نظام مُناخي فيزيائي مُتأثر أصلًا بتغذيةٍ مرتدة موجبة في المُجمَل بسبب آلياتٍ فيزيائية. وعلى وجه التحديد، يزداد تركيز أهم غازات الدفيئة على الإطلاق، وهو بخار الماء، مع الاحترار الناجم عن غازات الدفيئة الأخرى، فيُضخِّم تأثيراتها.
ما مدى كفاءة تنظيم مُناخ الأرض؟
تُشير الأمثلة التي نُوقشَت بإيجاز إلى أنَّ نظام الأرض، في حين أنه يتضمن ما لا يقل عن آليةٍ واحدة تعمل على حفظ استقراره على المدى الطويل، يحتوي كذلك على مزيج من تغذياتٍ مرتدة تحفظ استقراره وأخرى تُزعزعه على مدًى أقصر. ويُشير وجود الحياة منذ أمدٍ بعيد إلى أنَّ المُناخ يُنظم ضِمن حدودٍ واسعة، لكنَّ فرضية «الأرض كرة ثلجية» (التي تحدثنا عنها في الفصل الأول) تشير إلى أنَّ تنظيم المُناخ قد ينهار انهيارًا كارثيًّا جدًّا في بعض الأحيان. وهنا يظهر سؤالٌ مهم: ما مدى استقرار نظام المُناخ الحالي؟ يُقدم سِجل التغيرات المُناخية الأخيرة بعض الخيوط الإرشادية المفيدة التي قد تُعطي إجابةً مناسبة.
وهذا الشعور بعدم الاستقرار يتعزز عندما ننظر إلى التقلبات المُناخية التي حدثَت على مدًى أقصر في العصر الجليدي الأخير. إذ شهدَت تلك الفترة تغيُّراتٍ متكررة سريعة للغاية غَطَّت تأثيراتها نصف الكرة الأرضية على الأقل. ومع انتهاء العصر الجليدي الأخير، اشتد التركيز على سِجلنا الخاص بهذه التغيُّرات المُناخية المفاجئة، فاكتُشف أنَّ منطقة جرينلاند شهدَت ارتفاع درجة الحرارة بمقدارٍ وصل إلى ١٠ درجاتٍ مئوية في أقل من عَقدٍ زمني. وهذا يُعزز فكرةَ أنَّ نظام المُناخ الحالي غير مستقر على نحوٍ غير عادي — على النطاقات الزمنية القصيرة نسبيًّا على الأقل — مُتيحًا بذلك إطارًا مُهمًّا للتفكير في الأنشطة التي تُغيِّر كوكبنا، والتي نُمارسها بصفتنا أحد الأنواع التي تعيش عليه (طالع الفصول من الخامس إلى السابع).
استقرارٌ متغير
يجري تنظيم بعض المتغيرات الرئيسية في نظام الأرض — ككمية النيتروجين والفوسفور في المحيطات وتركيز الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الغِلاف الجوي — بواسطة آلياتِ تغذيةٍ مرتدة سالبة تتضمن كائناتٍ حية. وقد حافظَت هذه التغذيات المرتدة على ظروفٍ مستقرة إلى حدٍّ كبير على كوكب الأرض طوال مئات الملايين من السنين. وتجدُر الإشارة هنا إلى أنَّ المقصود بكلمة الاستقرار وَفْق المعنى الدارج في سياق الأنظمة ليس الثبات؛ فبعض العوامل البيولوجية والجيولوجية المتغيرة قد أحدثَت تغييراتٍ طويلة الأمد في نظام الأرض. وبالأخص، أسفَر ظهور نباتات اليابسة عن زيادة تركيز الأكسجين في الغِلاف الجوي وتقليل كمية ثاني أكسيد الكربون وخفض درجة الحرارة. لكنَّ هذه التغييرات كانت أصغر بكثير ممَّا كانت ستُصبح عليه لو لم تكن التغذيات المرتدة السالبة موجودة. وفي حين حَظِي مُناخ الأرض بالاستقرار على نطاقاتٍ زمنية جيولوجية، ظهرَت أدلة على عدم استقراره على نطاقاتٍ زمنية أقصر، خصوصًا بالقُرب من العصر الحاضر. وبعد أن قدَّمنا الكيفية التي يُنظِّم بها نظامُ الأرض ذو الحياة المُعقَّدة نفسَه بنفسه، سوف نطرح في الفصل الرابع التغييرات الأساسية التي أنشأته.
