Waterside convection and microbial consumption control the fate of Nord Stream pipeline methane in the Baltic Sea until early winter
تكشف هذه الدراسة أن مصير الميثان المنبعث من أنابيب "نورد ستريم" التي تعرضت للتمزق في بحر البلطيق قد تحدد بفعل التطبق الموسمي للمياه، حيث سمحت المياه الضحلة المختلطة بالهروب إلى الغلاف الجوي بينما سهلت الطبقات المتطبقة الأكثر عمقاً عملية الحمل الحراري لأسفل والأكسدة الميكروبية المكثفة للغاز المحتبس.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
المحيط ليس حوض استحمام ساكناً؛ بل هو نظام حي يتنفس، حيث تتراكم طبقات المياه ذات درجات الحرارة والملوحة المختلفة فوق بعضها البعض، وغالباً ما ترفض الامتزاج. وفي بحر البلطيق، يكون هذا التراكم قوياً بشكل خاص، مما يخلق مناطق متميزة يمكنها حبس الغازات والمواد الكيميائية لفترات طويلة. وعندما يتسرب الغاز إلى هذه البيئة، فإن رحلته تعتمد كلياً على كيفية تحرك هذه الطبقات. في الصيف، تستقر المياه الدافئة فوق المياه الباردة، لتعمل مثل غطاء يحافظ على الفصل بينهما. ولكن مع اقتراب الشتاء وتبريد الهواء للسطح، ينكسر هذا الغطاء؛ حيث تغوص مياه السطح، مما يؤدي إلى تقليب الطبقات العليا واحتمالية سحب المواد المحبوسة معها إلى الأسفل. إن فهم هذه الرقصة الفيزيائية أمر بالغ الأهمية لأن الميثان، وهو غاز دفيئة قوي ينبعث من قشرة الأرض أو من الأنشطة البشرية، يسلك سلوكاً مختلفاً اعتماداً على ما إذا كان يبقى بالقرب من السطح، أو يمتزج في المنتصف، أو ينزل إلى القاع. فإذا بقي بالقرب من السطح، يمكنه الهروب إلى الهواء. أما إذا غاص، فقد تأكله ميكروبات دقيقة تعيش في الأعماق المظلمة والباردة. إن السؤال حول ما يحدث لإطلاق هائل ومفاجئ للميثان لا يتعلق بالغاز نفسه فحسب، بل بكيفية تحديد الإيقاعات الموسمية للمحيط لمصيره.
في أواخر سبتمبر 2022، عطل حدث كارثي هذا النظام الطبيعي في بحر البلطيق. حيث أدت الانفجارات إلى تمزق أنابيب "نورد ستريم"، مما أدى إلى إطلاق ما يقدر بنحو 496,000 طن من الميثان الأحفوري في البيئة. وبينما حدد العلماء بسرعة أن الغالبية العظمى من هذا الغاز ارتففت في شكل فقاعات وانفجرت مباشرة في الغلاف الجوي، فإن جزءاً كبيراً منه — حوالي 9,000 إلى 15,000 طن — ذاب في مياه البحر، وظل محبوساً في سحب حول مواقع الانفجار. وكان اللغز الحاسم المتبقي هو ما حدث لهذا الميثان المذاب مع تغير الفصول من الخريف إلى الشتاء. هل طفا بعيداً ببساطة، أم أن بنية المحيط غيرت مساره إلى مكان آخر؟ ولحل هذه المعضلة، عاد الباحثون أماندا سيلمير وزملاؤها من معهد ألفريد ويغنر ومعهد غوتهنبرغ إلى الموقع مرتين: مرة في أكتوبر 2022، بعد أسابيع قليلة من التسريبات، ومرة أخرى في يناير 2023، بعد بدء التبريد الشتوي. لم يكتفوا بقياس كمية الميثان الموجود هناك، بل استخدموا بصمة كيميائية فريدة لتتبعه. كان للميثان الناتج عن الأنابيب بصمة نظائرية مميزة، مما يعني أن ذرات الكربون فيه كانت مختلفة قليلاً عن الميثان الطبيعي الموجود عادة في بحر البلطيق. سمح هذا الاختلاف للعلماء بتمييز الغاز "الأحفوري" عن الضجيج الخلفي، مما مكنهم فعلياً من تتبع مساره عبر عمود الماء مع تغير الفصول.
وجد الباحثون أن مصير الميثان يعتمد كلياً على عمق المياه وتغير استقرار طبقات المحيط. ففي المناطق الضحلة، حيث يكون عمود الماء رقيقاً، كانت القصة قصة هروب سريع؛ فبحلول يناير، كان أكثر من 90 بالمائة من الميثان الأحفوري الذي تم رصده في المياه الضحلة في أكتوبر قد هرب بالفعل إلى الغلاف الجوي. إن التقلب المستمر لمياه السطح، المدفوع بالرياح والأمواج، أبقى الغاز يتحرك نحو الأعلى حتى اختفى. ومع ذلك، كانت القصة مختلفة تماماً في الأجزاء الأكثر عمقاً من البحر. هنا، كانت المياه لا تزال طبقية، مما يعني أن الطبقات لم تمتزج بعد. ومع تبريد هواء الخريف للسطح، بدأت الطبقة العليا من الماء في الغوص، مما سحب معه بعض الميثان الأحفوري المحبوس. هذه العملية، المعروفة باسم الحمل الحراري، مزجت غاز السطح في طبقة مياه شتوية حديثة التكوين، مما أدى إلى نشره لكن مع إبقائه محصوراً داخل الطبقة العليا من المحيط.
تحت منطقة الامتزاج هذه، عمل المحيط كخزان تخزين مؤقت. كانت هناك طبقة من المياه تسمى المياه المتوسطة، تقع بين السطح والقاع العميق. في أكتوبر، كانت هذه الطبقة تحتوي فقط على بقع صغيرة متفرقة من الغاز المتسرب. ولكن بحلول يناير، تغير الوضع؛ فقد تم دفع الغاز الذي كان محبوساً في الطبقات العليا إلى الأسفل، وأصبحت الطبقة المتوسطة مشحونة بالميثان أكثر من المياه التي فوقها. ومع ذلك، انخفض إجمالي كمية الغاز في هذه الطبقة بأكثر من 95 بالمائة خلال الأشهر الثلاثة. وقد حدد العلماء أن هذا الفقد لم يكن بسبب هروب الغاز للأعلى أو نزوله للأسفل، حيث عملت الطبقات فوقها وتحتها كحواجز. بدلاً من ذلك، كان الغاز قد انجرف جانبياً، حيث حملته تيارات المحيط بعيداً عن مواقع الانفجار وإلى بقية بحر البلطيق. عملت هذه الطبقة كمنطقة عازلة، تحتفظ بالغاز وتنقلها عرضياً دون امتزاج رأسي.
حدث التحول الأكثر دراماتيكية في أعمق المياه، تحت "الهالوكلاين" (منطقة التدرج الملحي)، حيث تخلق نسبة الملح حاجزاً دائماً للامتزاج. في أكتوبر، لم يتمكن الباحثون من أخذ عينات من أعمق المناطق بالقرب من مواقع التسرب بسبب القيود الأمنية، ولكن بحلول يناير، تمكنوا من الوصول إلى هذه الأعماق. وما وجدوه كان معجزة استهلاك كيميائية؛ فقد كانت تركيزات الميثان في هذه المياه العميقة منخفضة بشكل مفاجئ، ومع ذلك، كان الغاز المتبقي غنياً للغاية بنوع ثقيل من الكربون. كان هذا التحول الشديد في البصمة الكيميائية هو الدليل القاطع على النشاط الميكروبي المكثف. فقد تغذت بكتيريا دقيقة في المياه العميقة الفقيرة بالأكسجين على الميثان الأحفوري، حيث فضلت أكل ذرات الكربون الأخف وزناً وتركت خلفها تجمعاً من الغاز يميل بشدة نحو النوع الأثقل. وتشير البيانات إلى أن جزءاً كبيراً من الميثان الذي نجح في الغوص تحت الحاجز الملحي قد استهلكته هذه الميكروبات بالكامل تقريباً خلال أشهر الشتاء.
تقدم هذه الدراسة صورة واضحة لكيفية معالجة المحيط لعملية إطلاق مفاجئ وهائل للغاز الأحفوري في بيئة بحرية معقدة. وهي تظهر أن المحيط لا يعامل كل المياه بنفس الطريقة؛ فالأجزاء الضحلة تعمل كمنافذ لإطلاق الغاز إلى الهواء، بينما تعمل المياه العميقة الطبقية كخزانات تخزين مؤقتة أو ممرات للنقل. والأهم من ذلك، أنها تكشف أنه في الزوايا الأكثر عزلة وعمقاً في البحر، تمتلك الطبيعة آلية قوية لتنظيف الفوضى: وهي الأكسدة الميكروبية. فقد لاحظ الباحثون أن البكتيريا في أعماق بحر البلطيق قادرة على استهلاك الميثان المحبوس بسرعة، وتغيير هويته الكيميائية في هذه العملية. وبينما يظل مصير الغاز الذي انجرف جانبياً إلى بقية البحر موضوعاً للدراسات المستقبلية، فإن القصة المحلية هي قصة امتزاج فيزيائي واستهلاك بيولوجي. ستستمر البصمة النظائرية المميزة لتسرب "نورد ستريم" في العمل كأداة تتبع، مما يسم يسمح للعلماء بتتبع الميثان الأحفوري المتبقي أثناء رحلته عبر بحر البلطيق، مما يقدم درساً نادراً وحياً في كيفية تعامل المحيط مع صدمة مفاجئة لنظامه.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.