من السهل التغاضي عن الأوساخ الموجودة تحت قدميك. لكن مجرد كونها شائعة لا يعني أنها مملة. يسمي بعض الباحثين التربة بجلد الأرض.
تقول لورنا داوسون:"إنه الجزء الأكثر أهمية في الكوكب ، لأنه يغطي كل شيء". إنها عالمة تربة في معهد جيمس هاتون في أبردين ، اسكتلندا.
التربة هي مزيج معقد من المعادن والمواد الغنية بالكربون والماء والهواء التي تشكل طبقة سطح الأرض. يقوم بوظائف مهمة مثل زراعة طعامنا وتنظيف الهواء وتخزين المياه. تحتوي التربة على بقايا النباتات والحيوانات المتحللة. وهي حية مع عدد لا يحصى من الميكروبات ، مثل البكتيريا والفطريات.
تحمل التربة أيضًا أدلة على الألغاز الرئيسية التي لم يتم حلها. تحتوي الطبقات العميقة في المستنقعات على أدلة على أنشطة الشعوب القديمة. يمكن أن تساعد الأوساخ الموجودة أسفل الحذاء أو على ملابس شخص ما العلماء مثل داوسون في القبض على المجرمين. وفي أعالي القطب الشمالي ، تحتوي التربة المتجمدة على بكتيريا قد تساعد يومًا ما في حماية الكوكب.
الحفر في التربة المتجمدة
تدرس جانيت جانسون التربة المجمدة بشكل دائم. يُطلق عليه اسم التربة الصقيعية ، ويغطي جزءًا كبيرًا من سطح القطب الشمالي للأرض. كما أنها تمثل ما يقرب من ربع مجموع الأراضي في نصف الكرة الشمالي.
لكن العلماء قلقون من أن بعض التربة الصقيعية قد لا تكون دائمة لفترة أطول. أدت الأنشطة البشرية في العقود الأخيرة إلى إطلاق كميات زائدة من ثاني أكسيد الكربون وغازات الدفيئة الأخرى في الغلاف الجوي. تحبس هذه الغازات الحرارة بالقرب من سطح الكوكب ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة. ليس من المستغرب أن درجات الحرارة آخذة في الارتفاع في جميع أنحاء العالم ، وخاصة في الشمال. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تحفيز مناطق كبيرة من التربة الصقيعية على الذوبان.
نظرًا لأن التربة الصقيعية تؤدي وظيفة مهمة حقًا ، فقد يؤدي فقدانها إلى العديد من المشكلات.
الشرح:الاحتباس الحراري وتأثيرات الاحتباس الحراري
التندرا هي منطقة نباتية خالية من الأشجار في أقصى الشمال تقع فوق التربة الصقيعية. تحبس تربتها ثلث كل الكربون الموجود في التربة عبر الكوكب. إذا ذابت التربة الصقيعية ، ستبدأ المادة النباتية الميتة في التربة بالتعفن. سيؤدي ذلك إلى إطلاق الكربون الموجود في تلك النباتات. يدخل بعض هذا الكربون إلى الهواء كغاز ثاني أكسيد الكربون. يخشى العلماء أن هذا قد يؤدي إلى المزيد من الاحتباس الحراري.
يعتقد Jansson أن بكتيريا التربة قد تكون مفتاحًا لفهم مدى سرعة إطلاق الكربون من النبات. إنها عالمة ميكروبيولوجي في مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني في ريتشلاند ، واشنطن. هناك ، تدرس البكتيريا التي تعيش في التربة المتجمدة داخل الدائرة القطبية الشمالية في مواقع داخل ألاسكا وجرينلاند.
يعتقد بعض علماء المناخ والتربة أن الميكروبات يمكن أن تسرع من ذوبان التربة الصقيعية وإطلاقها لغازات الدفيئة في الغلاف الجوي. ومع ذلك ، قد تؤدي الميكروبات الأخرى إلى إبطاء هذه العملية. يحاول Jansson معرفة كيفية تأثير تفاعل الميكروبات على إطلاق الكربون من التربة. تقول:"معرفة البكتيريا الموجودة وما تفعله يمكن أن يساعدنا في وضع تنبؤات أفضل".
يمكن أن تحتوي ملعقة صغيرة من التربة على ما يصل إلى مليار بكتيريا. تشكل هذه الميكروبات مجتمعات متماسكة. هذا يمكن أن يجعل من الصعب معرفة أنواع البكتيريا الموجودة. كما ثبت أن بعضها صعب النمو في المختبر. الآن ليس على يانسون ذلك. إنها تستخدم مجموعة من التقنيات تسمى metagenomics (MEH-tah-jeh-NO-miks). سمحوا لها بتحليل المادة الوراثية في عينات التربة الخاصة بها. من خلال التركيز على جيناتهم ، يمكنها الآن تحديد العديد من بكتيريا التربة هذه.
يأمل Jansson في العثور على أنواع من البكتيريا دائمة التجمد التي تمتص ثاني أكسيد الكربون بشكل طبيعي من الهواء ، وتضخه تحت الأرض حيث يمكن تخزينه (دون رفع درجات حرارة الهواء). إن فهم كيفية عمل هذه البكتيريا قد يساعد العلماء أيضًا على ابتكار طرق جديدة لتقليل مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، على حد قولها.
على سبيل المثال ، قد يقوم العلماء يومًا ما "بإطعام" الميكروبات المفيدة في التربة الصقيعية والتربة الأخرى. يمكن لهذه البكتيريا الزائدة بعد ذلك امتصاص المزيد من الكربون من الغلاف الجوي وتخزينه تحت الأرض. تأمل أن تكون هذه إحدى الطرق لمحاربة الاحتباس الحراري.
القبض على المجرمين
يانسون يدرس الأوساخ في الأماكن الباردة. آخرون يستخدمون الأوساخ لحل القضايا الباردة.
لما يقرب من عقدين من الزمن ، درست لورنا داوسون كيف تتشكل أنواع مختلفة من التربة. تغيرت حياتها المهنية في عام 2003 ، عندما جاء ضابط شرطة إلى مختبرها وطلب من داوسون المساعدة في حل جريمة.
تساءل الضابط عما إذا كانت الأوساخ من الجزء السفلي من حذاء المشتبه به يمكن أن تساعد في تحديد موقع المخدرات المدفونة. قامت داوسون بتحليل التربة ومقارنتها بعينات التربة في مختبرها. قامت بمطابقة جزيئات المادة النباتية من التربة الموجودة على الحذاء إلى غابة معينة. هذا هو المكان الذي بحثت فيه الشرطة - ووجدت المخدرات.
يشرح داوسون ، "هناك تربة في معظم مسارح الجريمة في الهواء الطلق. يحتوي على أدلة خفية ". العمل الذي قامت به للشرطة حول تركيزها العلمي. اليوم هي عالمة التربة في الطب الشرعي. معملها في معهد جيمس هوتون هو أحد المختبرات القليلة في العالم التي تركز على استخدام التربة في حل الجرائم. يساعد المحققين في معرفة مكان وقوع الجريمة ، وأين ذهب الجاني قبل ارتكاب الجريمة أو بعده. يمكن أن توفر قطع صغيرة من المواد المحاصرة في التربة أدلة. قد تأتي هذه القطع من النباتات ، والملابس ، والطحالب - حتى تلوث الهواء.
الفكرة ليست جديدة. يستخدم المحققون التربة لحل الجرائم لعدة قرون. حتى أن التربة ظهرت في رواية آرثر كونان دويل البوليسية لعام 1887: دراسة في القرمزي . في ذلك ، يشير الدكتور واتسون إلى أنه بناءً على لون الطين ، يمكن لشارلوك هولمز أن يطابق علامات الرش على زوج من البنطلون في أجزاء مختلفة من لندن.
ولكن لسنوات عديدة ، ركز المحققون على السمات الجسدية للتربة. قد ينظرون إلى لونه ، ويشعرون بمدى لزقته أو يلاحظون مدى سهولة انهياره. للأسف ، لم تكن هذه القرائن موثوقة دائمًا. وصف شخص واحد للظل البني ، على سبيل المثال ، يمكن أن يختلف عن وصف شخص آخر.
رأت داوسون أنه من خلال تطبيق بعض الأساليب العلمية التي استخدمتها في مختبرها ، يمكنها تحسين دقة تحليل التربة الشرعي. بدأت بتحليل المادة العضوية في التربة. (المادة العضوية هي المادة الغنية بالكربون المتبقية بعد تعفن النباتات والكائنات الحية الأخرى). وقد استخدمت تقنيات تسمى الكروماتوغرافيا (KROH-muh-TOG-rah-charge) وقياس الطيف الكتلي. تساعد هذه الأساليب العلماء في التعرف على الجزيئات أو العناصر التي تشكل أجزاء صغيرة من التربة.
تتيح هذه الأدوات التحليلية لداوسون العمل الآن مع عينات صغيرة للغاية من التربة. على سبيل المثال ، تحتاج فقط إلى 20 ملليجرامًا (0.0007 أونصة) - وهي كمية تعادل حجم حبة الأرز تقريبًا - لمعرفة ما إذا كان المشتبه به يقف في حقل مزرعة أو الحدود العشبية المحيطة به. "إنها كمية صغيرة ،" تلاحظ ، "أن الشخص الذي يغادر مسرح الجريمة قد لا يعرف حتى أنه يقوم بتنفيذها".
قد تساعد مثل هذه القرائن الصغيرة في ربط الأطراف السائبة في العلبة. تتذكر إحدى القضايا في عام 2014 حيث ساعدت التربة التي حللتها من أسفل حذاء المشتبه به في إدانة أحد أكثر القتلة المتسلسلين شهرة في اسكتلندا. ظلت هذه القضية دون حل لما يقرب من 40 عامًا. قُتلت فتاتان في السابعة عشرة من العمر. كان لهذه القضية أهمية خاصة بالنسبة لداوسون. كان كلاهما قد اختفى في عام 1977 من شارع بالقرب من سكن كلية داوسون بجامعة إدنبرة. جعلها قتلهم مرعوبة من الخروج ليلا.
تقول داوسون أن الاستعداد للوقوف والشهادة في المحكمة هو أحد أكثر أجزاء وظيفتها مكافأة. تشير إلى أن "علم التربة هو قطعة واحدة من الأحجية الاستقصائية التي يمكن أن تساعد في تحقيق العدالة".
اكتشاف الماضي
يمكن أن تساعد التربة المحققين في اكتشاف ما حدث في مسرح الجريمة. يمكن أن يساعد العلماء والمؤرخين أيضًا على فهم الماضي البعيد.
كيرا هوفمان طالبة دراسات عليا في كندا بجامعة فيكتوريا في كولومبيا البريطانية. بصفتها عالمة بيئة مجتمعية ، تدرس الروابط بين الكائنات الحية المختلفة في نظام بيئي لفهم كيفية تواصلها بشكل أفضل.
أخذها بحثها إلى مستنقعات الغابات المطيرة الساحلية في كندا. المستنقعات عبارة عن أراضٍ رطبة ذات أرضية ناعمة إسفنجية. تميل إلى أن تمتلئ بنوع من الطحالب يسمى الطحالب (عدد SFAG). تمتص الماء مثل الإسفنج.
يقول هوفمان إن المستنقعات ليست شائعة جدًا. لذلك غالبًا ما ينتهي بهم الأمر بكونهم "هذه النظم البيئية السرية المذهلة التي لا يعرف الناس الكثير عنها". يتعين عليها التجديف لمدة ساعة للوصول إلى موقع الدراسة الخاص بها ، الواقع قبالة الساحل الكندي.
لماذا يقول العلماء أن الأوساخ والتربة مختلفة
يعود تاريخ التربة في المستنقع الذي تدرسه إلى 13000 عام. أثناء حفرها في طبقات التربة ، وجدت أدلة حول النباتات والحيوانات والأشخاص الذين عاشوا في المستنقع وحوله في الوقت المناسب. يقوم هوفمان بحفر ثقوب كبيرة في الأرض لرؤية الطبقات. عندما حفرت في الخث ، لاحظت خطوطًا مثالية من الفحم تمر عبر بعض الطبقات. كان هذا الفحم دليلاً على نشوب حريق ، وعندما يموت طحالب الطحالب ويبدأ في التحلل ، فإنه يشكل نوعًا من التربة يسمى الخث. تخلق مادة النبات المتعفنة بيئة حمضية بحيث يتحلل خث الأرض الرطبة ببطء شديد. نتيجة لذلك ، يمكن أن يحتفظ خث المستنقع بسجل من الأحداث التي تعود إلى آلاف السنين ، كما يوضح هوفمان.
استخدمت تقنية تسمى التأريخ بالكربون المشع لتعلم كم مضى على اشتعال هذه الحرائق. يعمل التأريخ بالكربون المشع عن طريق مقارنة الكميات النسبية لشكلين من الكربون ، يُسمى الكربون -12 والكربون -14. أحد الأشكال ، الكربون 14 ، مشع. بمرور الوقت ، تتحلل ذراته (تفقد واحدًا أو أكثر من الجسيمات دون الذرية) بمعدل معروف. هذه التغييرات تحول C-14 إلى C-12. يمكن للعلماء استخدام نسبة هذين الشكلين من الكربون لتحديد العمر التقريبي للمواد المحتوية على الكربون.
يقول هوفمان إن خطوط الفحم والتأريخ بالكربون المشع دليل على أن السكان الأصليين في كندا استخدموا النار لتشكيل المناظر الطبيعية لآلاف السنين. ربما أرادوا تطهير الأرض حتى يكون لديهم خطوط رؤية أفضل للحيوانات التي يصطادونها ، كما تقول.
يحتوي المستنقع أيضًا على العديد من أنواع التوت - التوت البري والتوت البري والسلمونبيري. في ذلك الوقت ، كان السكان الأصليون في هذه المنطقة يأكلون هذه التوت. ربما استخدموا النار لتقليم شجيرات التوت أو تقليصها. كان من الممكن أن يؤدي ذلك إلى نمو التوت بشكل أكبر وعصيرًا. (إزالة جزء من الأوراق الخضراء يسمح للنبات بوضع المزيد من الطاقة في إنتاج الفاكهة.)
يوضح هوفمان أن النار يمكن أن تكون جزءًا صحيًا من النظام البيئي ، مما يتسبب في نمو بعض النباتات مرة أخرى أكثر سمكًا وثباتًا.
كانت المستنقعات موطنًا لهؤلاء الأشخاص. باستخدام أدلة من التربة ، يمكننا أن نرى كيف عاشوا ، "يستنتج هوفمان. هناك أسئلة أخرى لا تزال تأمل في الإجابة عنها حول أنماط الحياة القديمة. قد تساعد التربة الباحثين على اكتشاف ما أكله سكان كندا الأوائل ، وكيف بنوا ملاجئهم وحتى ما فعلوه بنفاياتهم ، كما تقول.
"التربة رائعة حقًا عندما تبدأ في النظر إليها عن كثب!" هي تقول. شجع هوفمان الجميع على استكشاف الأرض تحت أقدامهم:"ستبدأ في إدراك أن هذا العالم كله يحدث في ملعقة صغيرة من التربة".
