Global assessment of marine CO2 removal efficiency in the coastal ocean

يعتبر المحيط إسفنجة طبيعية شاسعة امتصت الكثير من ثاني أكسيد الكربون الذي ضخه البشر في الغلاف الجوي، مما ساعد في إبطاء وتيرة الاحتباس الحراري. ومع ذلك، وللحفاظ على ارتفاع درجة حرارة الكوكب دون حد حرج، يعلم العلماء أن مجرد وقف الانبعاثات لن يكون كافياً؛ بل يجب علينا أيضاً إزالة الكربون من الهواء بنشاط. ومن الأفكار الواعدة هو إزالة ثاني أكسيد الكربون من البحار، وهي عملية نقوم فيها بتغيير مياه البحر لجعلها "جائعة" للكربون، مما يشجع المحيط على سحب المزيد من الغلاف الجوي. لكن العقبة تكمن في أن هذه العملية ليست فورية؛ فبمجرد تغيير خصائص المياه، يستغرق الأمر شهوراً أو سنوات أو حتى عقوداً لينتقل الكربون بالكامل من الهواء إلى البحر. ولأن هذا التبادل يحدث عبر مسافات شاسعة وأوقات طويلة، فمن المستحيل قياسه مباشرة في العالم الحقيقي. بدلاً من ذلك، يعتمد العلماء على نماذج الكمبيوتر للتنبؤ بمدى فعالية هذه الطريقة في أماكن مختلفة، ولكن تشغيل هذه المحاكاة التفصيلية لكل ساحل على وجه الأرض كان مكلفاً وبطيئاً للغاية، مما جعلها بعيدة المنال.

لقد وجد فريق من الباحثين الآن طريقة لتجاوز هذه القيود الحسابية، مقدمين خريطة واضحة وعالية الدقة لأماكن عمل إزالة الكربون القائمة على المحيط بشكل أفضل. ومن خلال تطوير طريقة جديدة تتبع جزيئات افتراضية تتحرك عبر المحيط، تمكنوا من محاكاة كفاءة إزالة الكربون على طول السواحل في جميع أنحاء العالم بمستوى من التفصيل كان مستحيلاً في السابق. ويكشف عملهم أنه بينما تعد بعض الشواطئ الاستوائية مثالية لهذه التكنولوجيا، فإن مناطق أخرى، لا سيما بالقرب من القطبين وفي مناطق معتدلة محددة، هي أقل فعالية بكثير. والأهم من ذلك، اكتشفوا أن الكفاءة يمكن أن تتغير بشكل كبير عبر مسافات قصيرة جداً، مما يعني أن التقييم العام والواسع لساحل دولة ما قد يكون مضللاً بشكل خطير.

قام الباحثون، بقيادة يينهوان شي من جامعة تسمانيا، بإنشاء نظام من "الممتصات الافتراضية". تخيل إطلاق آلاف البراميل الصغيرة غير المرئية في المحيط عند نقاط ساحلية محددة. يبدأ كل برميل وهو فارغ، ليمثل رقعة من مياه البحر التي عولجت لتكون تعاني من نقص في الكربون. وبينما تحمل التيارات المحيطية هذه البراميل، فإنها تعمل كمستشعرات، حيث تمتص الكربون من الهواء كلما طفت بالقرب من السطح. وإذا دُفع البرميل إلى عمق المياه، فإنه يتوقف عن الامتصاص لأن الهواء لا يمكنه الوصول إليه. ومن خلال تتبع رحلة هذه البراميل الافتراضية على مدار عقد من الزمن، استطاع الفريق حساب كمية الكربون التي ستسحبها كل رقعة مائية من الغلاف الجوي بدقة.

سمح هذا النهج لهم باختبار الطريقة مقابل النماذج الحاسوبية الموجودة والأكثر تكلفة. ووجدوا أن براميلهم الافتراضية يمكنها إعادة إنتاج أنماط كفاءة إزالة الكربون العالمية بدقة ملحوظة، مطابقةً نتائج النماذج عالية الدقة والمعقدة مع استخدام جزء ضئيل من قدرة الحوسبة. في الواقع، كانت طريقتهم أرخص في التشغيل بما يصل إلى مليون مرة من عمليات المحاكاة التقليدية. هذا الاختراق في الكفاءة يعني أنه أصبح بإمكانهم أخيراً إجراء التجربة عبر الساحل العالمي بأكره، واختبار ما يقرب من 150,000 موقع محدد كل بضعة كيلومترات، بدلاً من مجرد عدد قليل من المناطق الواسعة.

رسمت النتائج صورة مفصلة لإمكانات السواحل في العالم. ففي المياه الدافئة والاستوائية وشبه الاستوائية في المحيطين الهندي والهادي والأطلسي، أظهرت البراميل الافتراضية أن المحيط يمكنه امتصاص الكربون بكفاءة عالية، وغالباً ما يصل إلى الامتصاص شبه الكامل في غضون عشر سنوات. وتتميز هذه المناطق بظروف تبقي المياه بالقرب من السطح، حيث يمكن للهواء الوصول إليها، وحيث تساعد كيمياء المياه وسرعات الرياح في تسريع عملية التبادل. ومع ذلك، سلطت الخريطة الضوء أيضاً على قيود كبيرة؛ فحول القارة القطبية الجنوبية، وفي أجزاء من شمال المحيط الأطلسي، والبحر الأبيض المتوسط، وعلى طول سواحل اليابان وأستراليا، انخفضت الكفاءة بشكل كبير. في هذه المناطق الأكثر برودة أو اضطراباً، غالباً ما تغوص المياه عميقاً تحت السطح أو تُحبس تحت الجليد البحري، مما يقطع الاتصال بالغلاف الجوي ويترك نقص الكربون دون معالجة.

ولعل النتيجة الأكثر إثارة للدهشة كانت مدى تباين الكفاءة عبر المسافات القصيرة. فقد اكتشف الباحثون أنه عبر مسافة عشرات أو مئات الكيلومترات فقط على طول ساحل واحد، يمكن لإمكانات إزالة الكربون أن تتأرجح بنسبة 30 إلى 50 بالمائة. قد توحي خريطة واسعة ومنخفضة الدقة بأن ساحل دولة ما بالكامل يعد مرشحاً جيداً لهذه التكنولوجيا، لكن النظرة الفاحصة تكشف أن المواقع الأكثر فعالية هي غالباً جيوب معزولة محاطة بمياه أقل فعالية. فعلى سبيل المثال، بينما أظهرت أجزاء من ساحل اليابان كفاءة منخفضة، إلا أن مناطق قريبة من الشاطل محددة لا تزال تقدم إمكانات عالية، والعكس صحيح. هذا المستوى من التفصيل حيوي لأن المشاريع في العالم الحقيقي ستُبنى على الأرجح على نطاقات صغيرة، حيث تهم التيارات المحلية والعمق أكثر بكثير من المتوسطات الإقليمية.

كما أوضحت الدراسة أسباب وجود هذه الاختلافات. ففي المناطق ذات الكفاءة العالية، تميل المياه إلى البقاء في الطبقة العليا حيث يمكنها "التنفس" من الغلاف الجوي، مدعومة بدرجات الحرارة الدافئة والرياح القوية. أما في المناطق ذات الكفاءة المنخفضة، فغالباً ما تُدفع المياه إلى أعماق المحيط أو تُغطى بالجليد، مما يمنع تبادل الكربون. وأشار الباحثون إلى أنه في بعض هذه المناطق الصعبة، لا تتباطأ العملية فحسب، بل يمكن أن تتوقف تماماً بعد نقطة معينة، مما يعني أن الانتظار لفترة أطول قد لا يؤدي إلى نتائج أفضل.

لا تكتفي هذه الأداة الجديدة برسم خرائط للمحيط فحسب، بل توفر طريقة لفهم الأسباب الفيزيائية وراء هذه الأرقام. ومن خلال ربط كفاءة إزالة الكربون بعوامل محددة مثل سرعة الرياح، ودرجة حرارة الماء، ومدى عمق اختلاط المياه، يمكن للباحثين إخبار صناع القرار بالضبط لماذا يعد موقع معين مناسباً أو غير مناسب. لقد أتاحوا بياناتهم وموقعهم الإلكتروني التفاعلي للجمهور، مما يسمح لأي شخص باستكشاف هذه الظروف الساحلية بالتفصيل. ورغم أن الدراسة تعتمد على عمليات المحاكاة ولا تأخذ في الاعتبار كل التفاعلات البيولوجية في المحيط، إلا أنها تقدم طريقة قوية ومنخفضة التكلفة لفحص سواحل العالم. وهي تشير إلى أنه لكي تكون إزالة الكربون من البحار أداة قابلة للتطبيق في مكافحة تغير المناخ، يجب أن نتطلع إلى ما وراء التعميمات الواسعة ونركز على الحقائق المحددة وعالية الدقة لشواطئنا المحلية.