دورة الكربون والاحترار العالمي

عندما صدر دليل الحياد الكربوني بالأمس للكاتب والمفكر الخبير الدولي الدكتور مصطفي الشربيني سفير ميثاق المناخ الأوروبي في مصر كنت أفكر اكتب سلسلة مقالات عن انبعاثات الكربون أصبحت أكثر شغفا اليوم لأغوص في فكر العالم والمفكر السفير من خلال قضاء رحلة في مؤلفاته اخرج منها بمقالات علمية عن ما يحدث للأرض من كوارث، وبالفعل بدأت أجمع ما أريد وأغوص في قاع محيط المعرفة المناخية دكتور مصطفى الشربيني فبدأت اكتب اليوم عن الكربون.

فالكربون هو رابع أكثر العناصر وفرة في الكون وهو اللبنة الأساسية للحياة على الأرض، ويوجد الكربون في أشكال نقية مثل الماس أو الجرافيت أو في ملايين الأنواع المختلفة من مركبات الكربون التي حددها العلماء حاليًا، ونستخدم مركبات الكربون مثل الخشب لبناء منازلنا وتدفئتها، فهى المسؤولة عن الاحتراق في خزانات الغاز في سياراتنا وفي عضلات أجسامنا.

هذا العنصر الذري الصغير المكون من ستة بروتونات والمعروف باسم الكربون أساسي للحياة، ويمنحنا وقودًا للطاقة، وهو ضروري لتنظيم مناخنا، ويمكن أن توجد مركبات الكربون على شكل غازات أو سوائل أو مواد صلبة، في البيئة غير الحية، نجد مركبات الكربون في الغلاف الجوي وصخور الكربونات والوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط والبنزين، وفي البيئة المعيشية، تشكل ذرات الكربون العمود الفقري الجزيئي الهيكلي لجزيئات الحياة المهمة: البروتينات والكربوهيدرات والدهون والأحماض النووية بالإضافة إلى مركبات الكربون الأخرى التي تصنعها الكائنات الحية.

ويعتبر الكربون عنصر متعدد الاستخدامات؛ يمكن أن توجد في جزيئات صغيرة جدًا من ذرتين مثل أول أكسيد الكربون CO حتى الجزيئات التي تحتوي على آلاف الذرات مثل البروتينات والحمض النووي.

وفي السنوات الماضية، تغيرت دورة الكربون استجابة لتغير المناخ، حيث تتوافق مستويات ثاني أكسيد الكربون في الهواء بشكل وثيق مع درجة حرارة الأرض على مدار 800 ألف عام الماضية، رغم التغيرات في درجات الحرارة التي ترجع جزئيًا إلى الاختلافات في مدار الأرض، إلا أن درجات الحرارة المتزايدة أطلقت ثاني أكسيد الكربون في الهواء.

وهذا بدوره تسبب في ارتفاع درجة حرارة الكوكب، فكان هذا هو الحال منذ عشرات الآلاف من السنين، لكن اليوم، تحدث تغيرات في دورة الكربون بسبب البشر.

وتزعج الأنشطة البشرية دورة الكربون الطبيعية بشكل كبير، من خلال حرق الفحم والنفط والغاز الطبيعي، ونسرع عملية دورة الكربون، وإطلاق كميات كبيرة من الكربون في الهواء كل عام.

واستغرق هذا الكربون ملايين السنين للهروب من أحواضهم، على هذا النحو، ويمكننا تمكين الكربون للانتقال من الدورة البطيئة إلى الدورة السريعة.

دورة الكربون ودورة الماء

فالطاقة من الشمس تغرب في كل دورة كربون وماء، وتذكر أن ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون والماء هى مدخلات أثناء عملية التمثيل الضوئي، لكن التغييرات في دورة الكربون كما هو مذكور أعلاه تؤثر على دورة المياه، مع ارتفاع الاحتباس الحراري بسبب زيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون، فإن النتيجة هى الشحن الفائق لكلتا الدورتين.

على سبيل المثال، شهدنا تبخرًا أكبر في المناطق التي تسببت في هطول أمطار غزيرة في بعض المناطق وحالات جفاف أعمق في مناطق أخرى، وتظهر هذه الظاهرة أن زيادة كمية الكربون في الهواء تعمل على تغيير دورة الماء.

وفي الوقت نفسه، تم تغيير دورة المياه بسبب زيادة كمية الكربون في الهواء، وبالمثل، يتم تعزيز نمو النبات من خلال ارتفاع مستويات الكربون في الغلاف الجوي.

وبدوره يساهم في زيادة بخار الماء إلى الغلاف الجوي أثناء النتح، ثم يؤدي إلى هطول أمطار غزيرة أثناء هطول الأمطار، ومن ثم فإن كلاً من الماء والكربون يتناوبان بشكل أسرع ومختلف عن ذي قبل مثل تغير المناخ.

دورة الكربون والمحيطات

يتسبب المزيد من تركيزات ثاني أكسيد الكربون وارتفاع درجات الحرارة في حدوث تغييرات في دورة الكربون الطبيعية، وقد تمتص المحيطات جزءًا كبيرًا من الكربون المنبعث من البشر، مما جعلها أقل قلوية، ويساعد على إبطاء الاحتباس الحراري عن طريق إزالة بعض ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي؛ لكن نظرًا لأن مياه المحيطات الأكثر دفئًا يمكن أن تحتوي على كمية أقل من الكربون ، فإنها ستترك المزيد في الغلاف الجوي.

ينتشر حوالي 30٪ من ثاني أكسيد الكربون الذي يلقي به البشر في الهواء في المحيط عن طريق التبادل الكيميائي المباشر، وينتج عن ذوبان ثاني أكسيد الكربون في المحيط حمض الكربونيك الذي يجعل الماء أكثر حمضية أو أقل قلوية، منذ عام 1750 انخفض الرقم الهيدروجيني لسطح المحيط بنسبة 0.1 وهو تغير بنسبة 30٪ في الحموضة.

والمحيطات الأكثر دفئًا، نتيجة لتأثير الاحتباس الحراري، يمكن أن تقلل من وفرة العوالق النباتية، تنمو هذه الكائنات الحية بشكل أفضل في المياه الباردة الغنية بالمغذيات، على هذا النحو، يمكن أن يحد هذا من قدرة المحيط على أخذ الكربون من الهواء من خلال دورة الكربون السريعة.

من ناحية أخرى، يعد ثاني أكسيد الكربون ضروريًا لنمو النبات والعوالق النباتية، حيث تؤدي الزيادة في ثاني أكسيد الكربون أيضًا إلى زيادة نموها عن طريق تخصيب عدد قليل من الأنواع التي تأخذ ثاني أكسيد الكربون من الماء.

ولسوء الحظ، فإن معظم الأنواع ليست كذلك؛ لأنها تتضرر أكثر من خلال زيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون في المحيط.

ردود الفعل داخل وبين الدورات

أدى حرق الوقود الأحفوري وإزالة الغابات والتغييرات في استخدام الأراضي إلى تغيير ميزانية الكربون، لكنها فقط المرحلة الأولى أو الأولية في قصة الدورة بأكملها، حيث يمكن أن تؤدي التغييرات في جزء واحد من دورات الكربون والماء إلى نتائج غير متوقعة، هذه التغييرات هي التغييرات الثانوية التي تُعرف أيضًا باسم ردود الفعل المناخية.

ويشعر العلماء بالقلق من أن ردود الفعل المناخية يمكن أن تزيد من تفاقم ظاهرة الاحتباس الحراري بسبب ثاني أكسيد الكربون وحده.

على سبيل المثال، يذوب الثلج والجليد في نصف الكرة الشمالي، ويؤدي ارتفاع درجات الحرارة أيضًا إلى ذوبان المزيد من أجزاء الجليد البحري في القطب الشمالي، مما يؤدي إلى تعريض مياه المحيط الداكنة خلال أيام الصيف الحارة، في حين أن الغطاء الثلجي على الأرض آخذ في الانخفاض أيضًا في أجزاء كثيرة من العالم.

مع انخفاض الغطاء الثلجي والجليد، تمتص هذه المناطق المزيد من ضوء الشمس بدلاً من عكسها، نتيجة لذلك، يتم امتصاص المزيد من الطاقة التي تسبب المزيد من الاحترار، وبالتالي ، تحدث حلقة تغذية مرتدة إيجابية.

وينطبق الشيء نفسه في حالة بخار الماء، وهو أكبر عامل تغذية مرتدة، مع ارتفاع درجة الحرارة، يتبخر المزيد من بخار الماء في الغلاف الجوي، هذا يتسبب في ارتفاع درجات الحرارة أكثر.

في الواقع، مع المزيد من بخار الماء في الغلاف الجوي، نرى المزيد من السحب، يمكن للغيوم تبريد الكوكب عن طريق عكس ضوء الشمس وتسخينه عن طريق امتصاص الإشعاع الحراري من السطح، على الرغم من أن السحب لها تأثير تبريد ، إلا أن ذلك يمكن أن يتغير في بيئة أكثر دفئًا.

ويبدو أن كل شيء يحتوي على الماء مرتبط ارتباطًا وثيقًا بالكربون وكيفية دورانه، إذا تغيرت مستويات ثاني أكسيد الكربون، فسيتم تغييرها مع الماء وتغيرت كلتا الدورتين أيضًا.

إن تخفيض ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي هو بالفعل مشكلة معقدة، وهى مشكلة ستحتاج على الأرجح إلى العديد من التصاميم والممارسات التكنولوجية المختلفة، وتعمل توربينات الرياح على تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من خلال توفير مصدر للطاقة لا يحرق الوقود الأحفوري، في حين أن الأشجار الاصطناعية، وهى تقنية ناشئة جديدة، ستزيل ثاني أكسيد الكربون الموجود بالفعل في الغلاف الجوي.

وتوربينات الرياح كانت موجودة منذ سنوات عديدة ولكن من أين أتت فكرة الأشجار الاصطناعية؟ مثل أي تصميم تقني، بدأت الأشجار الاصطناعية بملاحظات جيدة وفكرة، ويبدأ العمل الجاد عند محاولة تحويل الفكرة إلى تصميم ناجح، فالأشجار الاصطناعية هى مثال على تقنية مصممة لإزالة ثاني أكسيد الكربون من الهواء.

يعتبر احتجاز الكربون وتخزينه مثالاً على التكنولوجيا التي تمنع دخول ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي، وتتنبأ معظم توقعات الطاقة العالمية طويلة الأجل بالانبعاثات المستمرة، فضلاً عن الاعتماد المستمر على الوقود الأحفوري، حتى منتصف القرن على الأقل.

وفي عام 2018، أصدرت الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ تقريرًا خاصًا يسلط الضوء على حقيقة أن النشر على نطاق واسع لتقنيات مختلفة لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه CCS سيكون ضروريًا، إلى جانب خفض الانبعاثات، من أجل تحقيق استقرار تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي