تمتص المحيطات كمية أقل بكثير من ثاني أكسيد الكربون عما كان يُعتقد سابقًا
وجدت البعثات البحثية التي أجريت في البحر باستخدام آلة الجاذبية الدوارة والمجهر أن محيطات الأرض قد لا تمتص قدرًا كبيرًا من الكربون كما اعتقد الباحثون منذ فترة طويلة.
يُعتقد أن المحيطات تمتص ما يقرب من 26 بالمائة من ثاني أكسيد الكربون العالمي (CO2) الانبعاثات عن طريق سحب ثاني أكسيد الكربون2 من الغلاف الجوي وإغلاقه بعيدا. في هذا النظام، CO2 يدخل المحيط، حيث تستهلك العوالق النباتية والكائنات الحية الأخرى حوالي 70 بالمائة منه. وعندما تموت هذه الكائنات في نهاية المطاف، تغوص هياكلها الصغيرة الناعمة إلى قاع المحيط فيما يشبه تساقط الثلوج تحت الماء.
يسحب هذا “الثلج البحري” الكربون بعيدًا عن سطح المحيط ويحتجزه في الأعماق لآلاف السنين، مما يمكّن المياه السطحية من سحب المزيد من ثاني أكسيد الكربون.2 من الجو. إنه أحد أفضل أنظمة إزالة الكربون الطبيعية على الأرض. إنها فعالة جدًا في الحفاظ على ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2 يتم التحقق من أن العديد من المجموعات البحثية تحاول تعزيز العملية باستخدام تقنيات الهندسة الجيولوجية.
لكن الدراسة الجديدة التي نشرت في 11 أكتوبر علوم، وجدت أن الجسيمات الغارقة لا تسقط إلى قاع المحيط بالسرعة التي يعتقدها الباحثون. وباستخدام آلة جاذبية مخصصة تحاكي البيئة الأصلية للثلوج البحرية، لاحظ مؤلفو الدراسة أن الجزيئات تنتج ذيولًا مخاطية تعمل مثل المظلات، مما يضع مكابح هبوطها، بل ويوقفها في بعض الأحيان.
ويترك السحب المادي الكربون باقيا في الغلاف المائي العلوي، بدلا من عزله بأمان في المياه العميقة. يمكن للكائنات الحية بعد ذلك أن تستهلك جزيئات الثلج البحرية وتستنشق الكربون الخاص بها مرة أخرى إلى البحر. وفي نهاية المطاف، فإن هذا يعيق المعدل الذي تسحب به المحيطات وتعزل كميات إضافية من ثاني أكسيد الكربون2 من الجو.
إن الآثار المترتبة على ذلك قاتمة: أفضل تقديرات العلماء لكمية ثاني أكسيد الكربون2 يمكن أن يكون عزل محيطات الأرض بعيدًا. يقول مانو براكاش، مهندس حيوي في جامعة ستانفورد وأحد مؤلفي البحث: “إننا نتحدث تقريبًا عن مئات الجيغاطن من التناقض إذا لم ندرج ذيول الثلوج البحرية هذه”. أجرى هذا العمل باحثون في جامعة ستانفورد، وجامعة روتجرز في نيوجيرسي، ومعهد وودز هول لعلوم المحيطات في ماساتشوستس.
تمتص المحيطات كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون عما كان متوقعًا
لقد عمل الباحثون لسنوات على تطوير نماذج عددية لتقدير عزل الكربون البحري. يقول براكاش إن هذه النماذج ستحتاج إلى تعديلها لتتناسب مع سرعة غرق الثلوج البحرية الأبطأ.
وللنتائج أيضًا آثار على الشركات الناشئة في مجال الهندسة الجيولوجية للكربون البحري الناشئ. تستخدم هذه الشركات تقنيات مثل تعزيز قلوية المحيطات لزيادة قدرة المحيط على عزل الكربون. ويعتمد نجاحها جزئيا على استخدام النماذج الرقمية لإثبات نجاح تقنياتها للمستثمرين وعامة الناس. لكن تقديراتهم لا تكون جيدة إلا بقدر جودة النماذج التي يستخدمونها، وثقة المجتمع العلمي بها.
“نحن نتحدث تقريبًا عن مئات الجيغا طن من التناقض إذا لم تقم بتضمين ذيول الثلوج البحرية هذه.” — مانو براكاش، جامعة ستانفورد
توصل باحثو جامعة ستانفورد إلى هذا الاكتشاف خلال رحلة استكشافية قبالة ساحل ولاية ماين. وهناك، قاموا بجمع العينات البحرية عن طريق تعليق الفخاخ من قاربهم على عمق 80 مترًا. وبعد سحب العينة، قام الباحثون بسرعة بتحليل المحتويات أثناء وجودهم على متن السفينة باستخدام الآلة والمجهر على شكل عجلة.
قام الباحثون ببناء مجهر بعجلة دوارة تحاكي تساقط الثلوج البحرية عبر مياه البحر على مسافات أطول مما قد يكون عمليًا.مختبر براكاش، جامعة ستانفورد
يحاكي الجهاز السفر العمودي للكائنات لمسافات طويلة. توضع العينات في عجلة بحجم بكرة فيلم عتيقة. تدور العجلة باستمرار، مما يسمح للثلوج البحرية المعلقة بالغرق بينما تلتقط الكاميرا كل تحركاتها.
يضبط الجهاز درجة الحرارة والضوء والضغط لمحاكاة الظروف البحرية. تقوم الأدوات الحسابية بتقييم التدفق حول الجسيمات الغارقة وتقوم البرامج المخصصة بإزالة الضوضاء في البيانات الناتجة عن اهتزازات السفينة. لاستيعاب ميل السفينة وتدحرجها، قام الباحثون بتثبيت الجهاز على محورين.
يؤدي تباطؤ الثلوج البحرية إلى تقليل احتجاز الكربون
ومن خلال هذا الإعداد، لاحظ الفريق أن غرق الثلوج البحرية يولد ذيل مذنب غير مرئي على شكل هالة مصنوع من بوليمر خارجي شفاف لزج مرن – مظلة تشبه المخاط. واكتشفوا الذيل غير المرئي عن طريق إضافة خرزات صغيرة إلى عينة مياه البحر الموجودة في العجلة، وتحليل الطريقة التي تتدفق بها حول الثلج البحري. يقول راهول تشاجوا، زميل ما بعد الدكتوراه في الهندسة الحيوية بجامعة ستانفورد: “لقد وجدنا أن الخرزات كانت عالقة في شيء غير مرئي خلف الجسيمات الغارقة”.
يقدم الذيل السحب والطفو، مما يضاعف مقدار الوقت الذي يقضيه الثلج البحري في الجزء العلويوخلص الباحثون إلى 100 متر من المحيط. يقول براكاش، الذي يأمل في تحويل النتائج إلى نماذج مناخية: “هذا هو قانون الترسيب الذي يجب أن نتبعه”.
ومن المرجح أن تساعد الدراسة النماذج في توقع تصدير الكربون، أي عملية نقل ثاني أكسيد الكربون2 يقول لينارت باخ، عالم الكيمياء الحيوية البحرية بجامعة تسمانيا في أستراليا، والذي لم يشارك في البحث: «من الغلاف الجوي إلى أعماق المحيطات». ويقول: “إن المنهجية التي طوروها مثيرة للغاية، ومن الرائع أن نرى طرقًا جديدة تدخل في هذا المجال البحثي”.
لكن باخ يحذر من المبالغة في استقراء النتائج. ويقول: “لا أعتقد أن الدراسة ستغير أرقام صادرات الكربون كما نعرفها الآن”، لأن هذه الأرقام مستمدة من أساليب تجريبية كانت ستتضمن دون قصد تأثيرات الذيل المخاطي.
قد يتم إبطاء الثلوج البحرية بواسطة “مظلات” من المخاط أثناء غرقها، مما قد يؤدي إلى خفض المعدل الذي تستطيع به المحيطات العالمية عزل الكربون في الأعماق.براكاش لاب / ستانفورد
وتوصل براكاش وفريقه إلى فكرة المجهر أثناء إجراء بحث على طفيلي بشري يمكنه السفر لعشرات الأمتار. يقول براكاش: «كنا نصنع مجاهرًا يبلغ طولها من 5 إلى 10 أمتار، وفي أحد الأيام، بينما كنت أحزم أمتعتي استعدادًا لرحلة إلى مدغشقر، مررت بلحظة «آها».» “كنت أقول: لماذا نقوم بتعبئة كل هذه الأنابيب؟ ماذا لو كان طرفا هذه الأنابيب متصلين؟
حولت المجموعة أنبوبهم الخطي إلى قناة دائرية مغلقة، وهو أسلوب يشبه عجلة الهامستر لمراقبة الجسيمات المجهرية. على مدار خمس بعثات استكشافية في البحر، قام الفريق بتحسين تصميم المجهر وميكانيكا السوائل لاستيعاب العينات البحرية، وغالبًا ما قام بمعالجة الهندسة أثناء وجوده على متن القارب والتكيف مع الفيضانات وأعالي البحار.
بالإضافة إلى فيزياء ترسيب الثلوج البحرية، يدرس الفريق أيضًا العوالق الأخرى التي قد تؤثر على نماذج المناخ ودورة الكربون. وفي رحلة استكشافية حديثة قبالة ساحل شمال كاليفورنيا، اكتشفت المجموعة خلية تحتوي على صابورة السيليكا التي تجعل الثلج البحري يغوص كالصخر، كما يقول براكاش.
تُعد آلة الجاذبية الماهرة واحدة من اختراعات براكاش العديدة المقتصدة، والتي تشمل مجهرًا ورقيًا مستوحى من فن الأوريجامي، أو “منظار مطوي”، يمكن توصيله بهاتف ذكي، وجهاز طرد مركزي طبي حيوي مصنوع من الورق والخيط يطلق عليه اسم “طارد الورق”.
من مقالات موقعك
مقالات ذات صلة حول الويب
