خطر أم عبقري؟ قد تكون الهندسة الجيولوجية المفتاح لمواجهة تغير المناخ

قد يبدو مصطلح الهندسة الجيولوجية جريئًا في البداية. كيف يمكن للمرء أن يُهندِس شيئًا طبيعيًا أو جيولوجيًا؟ ومع ذلك، لا يتعلق الأمر على الإطلاق بمحاولة معارضة مسار الطبيعة. بل هو العكس. يُطلق عليه غالبًا “الخطة ب للمناخ”، وهو وسيلة لمكافحة الاحتباس الحراري أو تغير المناخ.

يعرّف برنامج أبحاث الهندسة الجيولوجية الشمسية بجامعة هارفارد الهندسة الجيولوجية بأنها “مجموعة من التقنيات الناشئة التي يمكنها تعديل البيئة وتعويض جزئي لبعض آثار تغير المناخ.”

يرى برنامج الهندسة الجيولوجية بجامعة هارفارد المجال كتركيب من فئتين واسعتين: الهندسة الجيولوجية الكربونية أو إزالة ثاني أكسيد الكربون (CDR) والهندسة الجيولوجية الشمسية أو إدارة الإشعاع الشمسي (SRM).

قامت بعض الدراسات بإدراج فئة ثالثة، تعديل الطقس. يمكن أن تحتوي هذه الفئات على فئات فرعية إضافية. ولكن قبل الخوض بعمق فيها، دعونا نلقي نظرة على ما تشير إليه CDR و SRM.

تهدف الهندسة الجيولوجية الكربونية، أو إزالة ثاني أكسيد الكربون، كما يتضح من الاسم، إلى إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. ترى هذه المسار تراكم ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي كسبب جذري لتغير المناخ. يضر ثاني أكسيد الكربون بالبيئة من خلال سلسلة الانبعاثات من التركيز إلى درجة الحرارة إلى التأثير. والهدف من الهندسة الجيولوجية الكربونية هو قطع الصلة بين الانبعاثات والتركيز.

الصلة بين التركيز ودرجة الحرارة هي ما تسعى الهندسة الجيولوجية الشمسية أو إدارة الإشعاع الشمسي إلى كسرها. وبشكل أكثر دقة، تهدف إلى عكس جزء صغير من ضوء الشمس إلى الفضاء. من خلال زيادة كمية الإشعاع الشمسي التي تعود إلى الفضاء، يسعى هذا العملية إلى تبريد الكوكب.

مع ذلك، يمكن تقسيم كلا النوعين من الهندسة الجيولوجية إلى عدة أنواع فرعية، اعتمادًا على الموقع الذي تُعالج فيه والمناطق التي تؤثر عليها.

أنواع الهندسة الجيولوجية

تعمل إدارة الإشعاع الشمسي عبر تقنيات متعددة، بما في ذلك حقن الجسيمات العلوية في الستراتوسفير، تعديل البياض السطحي، والفقاعات الدقيقة.

من ناحية أخرى، يمكن أن تتم إزالة ثاني أكسيد الكربون عبر تدخلات تكنولوجية مثل التقاط الكربون وتخزينه، الالتقاط المباشر للهواء، استخدام وتخزين التقاط الكربون، الطاقة الحيوية مع التقاط وتخزين الكربون، تخصيب المحيط، التجوية المعززة، والتمثيل الضوئي المعزز. كل من هذه التقنيات متميزة عن الأخرى.

حقن الجسيمات العلوية في الستراتوسفير

تهدف هذه العملية إلى رش كميات كبيرة من الجسيمات العاكسة الصغيرة في الستراتوسفير لتبريد الكوكب عن طريق عكس ضوء الشمس إلى الفضاء. تشمل مجموعة الجسيمات العاكسة المقترحة ثاني أكسيد الكبريت، الملح المطحون ناعمًا، أو كربونات الكالسيوم. يمكن تنفيذ الرش من خلال الطائرات باستخدام مدافع مدفعية أو خراطيم كبيرة للوصول إلى السماء.

وفقًا لدراسة قادها باحثون من جامعة إنديانا، قد يؤدي تبثّر الجسيمات العاكسة لضوء الشمس في الغلاف الجوي إلى إبطاء الذوبان السريع في غرب القارة القطبية الجنوبية وتقليل خطر ارتفاع مستوى البحر بشكل كارثي. Paul Goddard, an Indiana University researcher and lead author of the study, explains the potential benefits of this approach. He يقول:

«استكشاف طرق عكس ضوء الشمس إلى الفضاء قبل امتصاصه في نظام المناخ الأرضي قد يساعدنا في كسب المزيد من الوقت لمعالجة تغير المناخ وتجنب أو تأخير نقاط التحول المناخي، مثل انهيار صفيحة الجليد في غرب القارة القطبية الجنوبية.»

تعديل البياض السطحي

تهدف هذه التقنية المقترحة للهندسة الجيولوجية إلى عكس المزيد من ضوء الشمس إلى الفضاء من خلال تعزيز البياض الأرضي، وهو مقياس لمقدار الضوء الشمسي الذي ينعكس مرة أخرى إلى الفضاء من سطح الأرض.

يمكن تنفيذ ذلك بطرق متعددة، بما في ذلك زراعة محاصيل تعكس المزيد من الضوء، تغطية مساحات صحراء أو جليد واسعة بمواد عاكسة، تبييض قمم الجبال والأسطح بالطلاء الأبيض، وغيرها.

لإضافة مزيد من السياق، يُعَدّ البياض العالي عندما ينعكس معظم الإشعاع. وعلى العكس، يشير سطح منخفض البياض إلى أسطح محيطات داكنة تعكس حصة صغيرة وتمتص معظم الإشعاع الشمسي على شكل حرارة.

إضاءة السحب البحرية

الغرض من هذه التقنية هو توليد أو إنشاء سحب أكثر بياضًا كوسيلة لعكس المزيد من ضوء الشمس إلى الفضاء. لتحقيق هذا الهدف، تهدف التقنية المقترحة إلى تعزيز تركيز قطرات السحب الصغيرة.

يوصي مؤيدو هذه التقنية بإطلاق كميات كبيرة من الجسيمات الدقيقة مثل رذاذ ملح البحر في السحب البحرية، والتي ستعمل كنوى تكثف سحابي.

للوصول الجسيمات إلى السحب، يقترح الاقتراح حقن رذاذ مالح في طبقات السحب البحرية عن طريق رش مياه البحر من سفن مزودة بفوهات قادرة على تحويل ماء البحر إلى جسيمات دقيقة.

الفقاعات الدقيقة

تقترح هذه التقنية الهندسة الجيولوجية حقن فقاعات دقيقة في المسطحات المائية أو رغوة البحر لرشها على سطح المحيط. الهدف هو عكس المزيد من ضوء الشمس إلى الفضاء عن طريق تعديل البياض لسطوح المياه.

سطح مائي أكثر إشراقًا سيحظى ببياض أعلى، مما يؤدي إلى تقليل الامتصاص وتحويل أقل لطاقة الشمس إلى حرارة. الآن، سنستعرض بعض تقنيات إزالة ثاني أكسيد الكربون.

التقاط الكربون وتخزينه

تم تطوير هذه العملية أصلاً من قبل صناعة النفط وغالبًا ما تُسمى تقنية استعادة النفط المعززة (EDR). تعمل عن طريق ضخ ثاني أكسيد الكربون المضغوط إلى خزانات النفط لاستخراج الرواسب المتبقية من حقول النفط المتقادمة واستعادة النفط الذي كان غير قابل للوصول إليه بخلاف ذلك.

الالتقاط المباشر للهواء

تقنية أخرى مقترحة لإزالة غازات الدفيئة (GGR)، الالتقاط المباشر للهواء، يمكنها إزالة ثاني أكسيد الكربون من غلاف الأرض الجوي على نطاق واسع. تخطط التقنية لاستغلال التفاعلات الكيميائية لتنقية ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي باستخدام مواد قد تعمل كمرشح انتقائي لثاني أكسيد الكربون. هناك عمليتان مطورتان: المذيبات السائلة والامتصاصات الصلبة.

مثال على المذيب السائل قد يكون محلول هيدروكسيد قوي يذوب فيه ثاني أكسيد الكربون. وإلا، قد يلتصق ثاني أكسيد الكربون بسطح الامتصاص الصلب، مثل الراتنج البلاستيكي.

استخدام وتخزين التقاط الكربون

تقترح هذه التقنية إزالة ثاني أكسيد الكربون عن طريق التقاط الغاز من عوادم المصانع الصناعية أو مباشرة من الغلاف الجوي. يُستخدم الغاز الملتقط كمواد خام صناعية. يبقى مخزنًا في المنتجات المصنعة حتى يُطلق مرة أخرى في الغلاف الجوي.

انقر هنا للحصول على قائمة بأفضل أسهم التقاط الكربون للاستثمار فيها.

الطاقة الحيوية مع التقاط وتخزين الكربون

كما يتضح من الاسم، تهدف هذه التقنية المقترحة إلى التقاط ثاني أكسيد الكربون من تطبيقات الطاقة الحيوية وتخزينه عبر التقاط الكربون وتخزينه أو إعادة استخدامه مع التقاط الكربون.

تخصيب المحيط

تقترح هذه التقنية النظرية إلقاء كميات كبيرة من المغذيات الدقيقة والكبيرة في مناطق المحيط التي تكون فيها الإنتاجية البيولوجية منخفضة. الهدف هو تشجيع نمو العوالق النباتية التي ستمتص ثاني أكسيد الكربون الجوي وتخزنه. تشير البيانات المتاحة إلى ما لا يقل عن ستة عشر تجربة تخصيب محيطية مفتوحة على مدار الثلاثين سنة الماضية.

التجوية المعززة

يسعى التدخل المقترح للتجوية المعززة إلى إزالة ثاني أكسيد الكربون عن طريق نشر قطع كبيرة من مادة صخرية مختارة ومطحونة ناعماً على مساحات شاسعة من الأراضي والشواطئ وسطح البحر. تستلهم العملية من عملية التجوية الطبيعية للصخور السيليكاتية والكربونية.

يرغب مؤيدو هذه النظرية في إنشاء عملية كربنة بطيئة تستهلك وتمتص ما يقرب من مليار طن من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي كل عام.

التمثيل الضوئي المعزز

سيخدم التمثيل الضوئي المعزز هدفه من خلال تعديل النباتات والطحالب جينيًا. سيعمل على محاصيل مثل الأرز والقمح والقطن والأشجار. الهدف هو جعل هذه المحاصيل تمتص مزيدًا من ثاني أكسيد الكربون بافتراض أن هذه النباتات يمكنها تخزين كربون إضافي في الأرض.

مع جاهزية جميع هذه التدخلات الهندسية الجيولوجية للتطبيق، يجب تقدير مدى فائدتها أو خطرها بعناية في تطبيقاتها في الواقع. سنستعرض بعض التقنيات الأكثر شيوعًا ومزاياها وعيوبها.

الفوائد المحتملة ومخاطر الهندسة الجيولوجية

الإيجابيات والسلبيات لحقن الجسيمات العلوية في الستراتوسفير

قد تثبت هذه العملية أنها علاج للاحتباس الحراري من خلال تعويض ارتفاع حرارة الكوكب نتيجة مضاعفة تركيز ثاني أكسيد الكربون. نظرًا لأنها تعمل على نموذج كيفية تبريد الكوكب بواسطة الانفجارات البركانية الكبيرة، فهي عملية معروفة. كما أنها ميسورة التكلفة وقابلة للتنفيذ.

قد تكون العيوب المتوقعة تقليلًا في هطول الأمطار أو تغييرًا في المناخات الإقليمية، مما يؤدي إلى مخاطر طبيعية. هذه العملية لن توقف تحمض المحيطات، وقد يؤدي إيقاف العملية إلى ارتفاع حرارة الكوكب بسرعة إذا استمرت مستويات ثاني أكسيد الكربون في الارتفاع.

الإيجابيات والسلبيات لإضاءة السحب البحرية

الميزة الأساسية لإضاءة السحب البحرية هي تعويض كل الاحترار الناتج عن مضاعفة تركيز ثاني أكسيد الكربون. ميزة أخرى هامة لهذه العملية قد تكون إمكانية تبريد القطبين أكثر من المناطق الاستوائية، مما يبطئ أو يوقف فقدان الجليد. العملية لا تتطلب مواد كيميائية سامة وتعد ميسورة التكلفة وقابلة للتنفيذ.

مع ذلك، يجب أن نتذكر أن إضاءة السحب البحرية لا تزال في مرحلة نظرية إلى حد كبير، دون إجراء أي اختبارات في الواقع وتكون التقنيات اللازمة غير متوفرة في الغالب. قد تقلل العملية من هطول الأمطار وتغير المناخات الإقليمية بتأثيرات كارثية مثل جفاف الأمازون.

الإيجابيات والسلبيات للتمثيل الضوئي المعزز

الخطة هي تحويل النباتات إلى فحم حيوي وجعلها تمتص الكربون لتندمج في النهاية مع التربة. إحدى أكبر مزايا هذه العملية هي أنها آمنة وتهدف إلى إبطاء تغير المناخ بدلاً من محاولة عكسه بشكل جذري. على عكس العديد من تقنيات الهندسة الجيولوجية الأخرى، يمتلك التمثيل الضوئي المعزز القدرة على إبطاء معدل تحمض المحيطات.

مع ذلك، لم يتم بعد إثبات فعالية التمثيل الضوئي المعزز. يعتقد العديد من الخبراء أنه قد يعوض بحد أقصى 10٪ من الاحترار الناتج عن مضاعفة تركيز ثاني أكسيد الكربون. كما يُنظر إلى العملية على أنها غير قادرة على منع ارتفاع مستويات البحر الكبيرة.

الإيجابيات والسلبيات لتخصيب المحيط

تخصيب المحيط آمن ويسعى إلى إبطاء معدل التغيير بدلاً من تغيير المسار بشكل جذري. كما أنه قادر على إبطاء معدل تحمض المحيط.

ومع ذلك، يعتقد العلماء أن فعاليته قد تكون محدودة للغاية ولا تعوض سوى 5٪ فقط من الاحترار الناتج عن مضاعفة تركيز ثاني أكسيد الكربون. قد يؤدي تطبيق هذه العملية أيضًا إلى التسبب أو تسريع نقص الأكسجين في المحيط وإلحاق الضرر بالنظم البيئية البحرية.

بينما العديد من تقنيات الهندسة الجيولوجية نظرية وتنتظر التطبيق في الواقع، هناك بعض الشركات التي بدأت في هذا المجال إلى حد ما.

الشركات التي تعمل على تطبيقات الهندسة الجيولوجية

1. Make Sunsets

تعمل شركة Make Sunsets أساسًا بتقنية حقن الجسيمات العلوية في الستراتوسفير. وفقًا للبيانات التي نشرتها الشركة، أطلقت 28 بالونًا وعوضت عن 4,791 طن-سنة من الاحترار. تعتقد الشركة أن SAI هو حل فوري وضروري لتبريد الكوكب ويمكن أن يشتري وقتًا للبشرية للانتقال إلى مستقبل أكثر استدامة.

Make Sunsets تضع شركة Make Sunsets نفسها كشركة عكس ضوء الشمس تُنشئ سحبًا عاكسة قابلة للتحلل في ارتفاعات عالية لتبريد الكوكب. يقع مقرها في بوكس إيلدر، داكوتا الجنوبية، الولايات المتحدة. جمعت الشركة تمويلًا تمهيديًا بقيمة 750,000 دولار أمريكي من Boost VC و Pioneer Fund في ديسمبر 2022.

الهندسة الجيولوجية: خطرة أم عبقرية

تغير المناخ واقع، وهناك حاجة ملحة لمعالجة هذه القضايا عبر وسائل علمية وتكنولوجية بأسرع ما يمكن. ما إذا كانت الهندسة الجيولوجية قد تكون الجواب سيحدده المستقبل. لا تزال في مرحلة مبكرة من التنفيذ، والعديد من التقنيات تقتصر على تصورات نظرية فقط.

من الجانب الإيجابي، تبين أن تنفيذ SAI أقل تكلفة نسبيًا مقارنةً باستراتيجيات التخفيف المناخي الكبيرة الأخرى. إذا لم يكن علاجًا كاملًا بحد ذاته، يمكن أن يعمل كتكملة لاستراتيجيات أخرى، كإجراء مؤقت بينما يتم تطوير ونشر جهود طويلة الأمد لتقليل انبعاثات غازات الدفيئة.

لكن يجب القيام بكل ذلك بحذر. يجب التأكد من عدم حدوث عواقب ضارة أو غير مقصودة، مثل استنزاف الأوزون أو ارتداد سريع، عند إيقاف العملية.

يجب إجراء المزيد من الأبحاث العلمية والتكنولوجية لتأكيد جدوى الهندسة الجيولوجية. لكنها بالتأكيد تفتح وتوسع آفاق التفكير العلمي للحصول على مزيد من الأفكار حول كيفية مكافحة تغير المناخ بفعالية.