إضافة الحجر الجيري إلى الأراضي الزراعية تزيل كميات من ثاني أكسيد الكربون تفوق ما تطلقه

كشفت دراسة علمية جديدة، أن استخدام الحجر الجيري في الأراضي الزراعية يمكن أن يؤدي إلى إزالة كميات من ثاني أكسيد الكربون تفوق ما ينتج عن استخدامه، وذلك بعد احتساب تأثير الأحماض الناتجة عن الأسمدة الزراعية وتلوث الهواء في التربة والمياه.

ووجد الباحثون، أنه على مدار القرن الماضي، أسهم نشر الحجر الجيري في الأراضي الزراعية بحوض نهر المسيسيبي في الولايات المتحدة في إزالة كميات من ثاني أكسيد الكربون تفوق الكميات التي أطلقها، خلافًا لما تفترضه بعض قواعد المحاسبة المناخية التي تصنف هذه الممارسة باعتبارها مصدرًا للانبعاثات.

وتعتمد الحسابات التقليدية على أن الحجر الجيري يحتوي على الكربون، وبالتالي فإن إضافته إلى التربة تؤدي إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون عند ذوبانه.

لكن الدراسة الجديدة تشير إلى أن هذه الحسابات لا تأخذ في الحسبان الأحماض التي تنتج عن الأسمدة والتلوث، والتي تطلق بدورها ثاني أكسيد الكربون، سواء أُضيف الحجر الجيري إلى التربة أم لا.

ونُشرت الدراسة كاملة في مجلة Nature العلمية.

وعند مقارنة الأراضي التي أضيف إليها الحجر الجيري بأراضٍ تتعرض للمستوى نفسه من الحموضة دون إضافة الحجر، وجد الباحثون أن استخدامه عمل بوصفه وسيلة لامتصاص الكربون وتخزينه.

سجلات الأنهار تكشف تغيرات على مدار قرن

قاد الدراسة عالم الكيمياء الجيولوجية تيم ياسبر سوهرهوف، من مركز ييل لالتقاط الكربون الطبيعي، بالتعاون مع باحثين من معهد جورجيا للتكنولوجيا ومؤسسات أخرى.

وجمع الفريق بين نموذج حاسوبي لكيمياء التربة وسجلات قياس وتحليل مياه الأنهار الممتدة على مدار قرن كامل، في واحدة من أكبر مناطق تجميع المياه في الولايات المتحدة.

وقال سوهرهوف، في مقابلة مع موقع «Earth.com»، إن النتائج تضيف فائدة مناخية محتملة إلى المنافع الزراعية المعروفة لاستخدام الحجر الجيري.

وأضاف: «قد توفر معالجة التربة بالجير فائدة مناخية عامة، إلى جانب الفوائد التي يحصل عليها المزارعون بالفعل من تحسين صحة التربة وزيادة المحاصيل».

لماذا يُصنف الحجر الجيري باعتباره مصدرًا للانبعاثات؟

تتحول كثير من الأراضي الزراعية تدريجيًا إلى تربة حمضية، وهو ما يؤدي عادةً إلى تراجع إنتاجية المحاصيل المزروعة فيها.

ويلجأ المزارعون إلى معالجة هذه المشكلة بنثر الحجر الجيري المطحون ناعمًا، أو صخور مشابهة مثل الدولوميت، في ممارسة تُعرف باسم «التجيير الزراعي» (Agricultural Liming).

وبين عامي 1935 و1950، ارتفع استخدام الجير الزراعي في الولايات المتحدة من نحو 1.1 مليون طن سنويًا إلى قرابة 22 مليون طن، أي من نحو مليون طن متري إلى 20 مليون طن متري.

وذهب معظم هذا الاستخدام إلى حوض نهر المسيسيبي، وهي المنطقة التي تصب مياهها في النهر وروافده، وتضم نحو 65% من الأراضي المزروعة في الولايات المتحدة المتصلة.

وعندما يذوب الحجر الجيري في التربة الحمضية، يطلق ثاني أكسيد الكربون، ولذلك تعتمد المنهجية الافتراضية للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) على احتساب كل الكربون الموجود في الجير المضاف إلى التربة باعتباره انبعاثات.

أما الجرد الوطني للانبعاثات في الولايات المتحدة، فيفترض أن نحو نصف هذا الكربون يتسرب إلى الغلاف الجوي.

الأحماض الناتجة عن الأسمدة والتلوث تطلق الكربون أيضًا

عندما تتحلل الأسمدة النيتروجينية والسماد العضوي في التربة، تنتج أحماضًا تسهم في زيادة حموضتها. كما يؤدي حرق الفحم والنفط إلى إطلاق ملوثات تحتوي على الكبريت والنيتروجين في الغلاف الجوي، قبل أن تعود إلى الأرض في صورة ترسبات حمضية.

وتنقل الأنهار الكربون المذاب في صورة كيميائية تُعرف باسم «البيكربونات». وعندما تصل الأحماض إلى المياه، يتحول جزء من البيكربونات مرة أخرى إلى ثاني أكسيد الكربون، الذي يتسرب إلى الغلاف الجوي.

وعلى مستوى حوض المسيسيبي، تجاوزت كميات الأحماض الناتجة عن الزراعة والتلوث بكثير ما عادلته إضافة الحجر الجيري إلى التربة.

وبحلول عام 2015، لم تكن كميات الجير قد عوضت نحو نصف إجمالي الأحماض التي أُضيفت إلى النظام البيئي منذ عام 1900، ويرجع ذلك أساسًا إلى وجود مساحات واسعة من الأراضي التي لا تُستخدم فيها معالجة التربة بالجير بصورة كبيرة.

لكن الوضع كان مختلفًا في أجزاء من منطقة حزام الذرة بالولايات المتحدة (Corn Belt)، حيث عادل استخدام الجير على مدار عقود كميات الأحماض الناتجة عن الأنشطة الزراعية والتلوث، أو تجاوزها في بعض المناطق.

إضافة الحجر الجيري خفضت انبعاثات ثاني أكسيد الكربون

وفقًا للنموذج الذي طوره الباحثون، كان من الممكن أن تؤدي الأحماض وحدها في عام 1980 إلى إطلاق نحو 22 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون، أي ما يعادل 20 مليون طن متري.

لكن إضافة الحجر الجيري خفضت هذه الكمية إلى نحو 17 مليون طن، بما يعادل 15 مليون طن متري.

وفي المقابل، أعطت طرق الحساب التقليدية نتائج أقل بكثير؛ إذ قدرت منهجية الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ الانبعاثات بنحو 8 ملايين طن، أو 7 ملايين طن متري، بينما قدرتها المنهجية الأمريكية بنحو 4 ملايين طن، أو 3.5 مليون طن متري.

وتشير هذه المقارنة إلى أن طرق الحساب التقليدية تنسب الانبعاثات إلى الجير، لكنها لا تحتسب معظم ثاني أكسيد الكربون الناتج عن الأحماض الموجودة في التربة والمياه.

وقال سوهرهوف: «أدهشني أيضًا حجم الحموضة الزائدة التي أُضيفت إلى النظام خلال القرن الماضي، وهو ما يشير إلى أن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الزراعية الناتجة عن تحمض التربة ربما كانت أكبر بكثير مما نحتسبه عادةً».

سجلات الأنهار أكدت نتائج النموذج الحسابي

للتحقق من دقة النموذج، جمع الباحثون بيانات عن كيمياء المياه امتدت لأكثر من سبعة عقود، من خمس محطات تابعة لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية، تقع بين مدينة فيكسبيرغ بولاية ميسيسيبي ومدينة بيل شاس بولاية لويزيانا.

واستكمل الفريق هذه البيانات بعينات تعود إلى أوائل القرن العشرين، لتوفير صورة عن الأوضاع قبل التوسع في استخدام الجير الزراعي.

وقارن الباحثون كميات البيكربونات التي حملها النهر بعد انتشار استخدام الجير بالكميات التي كان ينقلها قبل ذلك، وخلصوا إلى أن الزيادة المرتبطة بهذه العملية تعادل إزالة نحو 440 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون، أي ما يقارب 400 مليون طن متري، خلال الفترة من 1900 إلى 2015.

وتعادل هذه الكمية نحو 90% مما كان يمكن أن يزيله الجير لو تفاعل بكامله وفق الظروف المثالية.

وفي المقابل، قدر نموذج التربة، الذي بُني على أساس الظروف المختلفة في أنحاء الحوض، كمية الكربون التي أُزيلت بما يتراوح بين 240 مليونًا و410 ملايين طن، أي ما يعادل نحو 220 مليونًا إلى 370 مليون طن متري.

وتوصلت طريقتان مختلفتان للتحليل إلى نتائج متقاربة للغاية، وهو ما عزز ثقة الباحثين في تقديراتهم.

وقال سوهرهوف: «فوجئت بمدى التقارب بين نتائج النمذجة التي تبدأ من ظروف التربة، والبيانات المستخلصة من الأنهار، وبأننا تمكنا بالفعل من رصد هذه الاتجاهات على مستوى حوض نهر المسيسيبي بأكمله».

إزالة الكربون تحتاج إلى عقود

أظهر النموذج أن التوسع في استخدام الجير الزراعي خلال أواخر ثلاثينيات القرن الماضي صاحبه في البداية ارتفاع مؤقت في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، قبل أن تبدأ عملية الإزالة.

ويرجع ذلك إلى أن الكالسيوم الناتج عن ذوبان الحجر الجيري يرتبط بجزيئات التربة، ويؤدي إلى إطلاق الأحماض المخزنة فيها، وهو ما يعني ضرورة معادلة هذه الأحماض أولًا قبل أن يظهر التأثير الأكبر لاستخدام الجير في مياه الأنهار.

كما كشفت سجلات الأنهار أن الكربون غادر الحوض بعد مرور عقود على إضافة الحجر الجيري إلى التربة.

وحذر مؤلفو الدراسة من أن برامج إزالة الكربون التي تحتسب فوائد استخدام الجير فور نثره في الحقول قد تبالغ في تقدير المكاسب المناخية قصيرة الأجل، بسبب التأخر الزمني بين إضافة الحجر الجيري وظهور أثره في إزالة الكربون.

ويرتبط التجيير الزراعي ارتباطًا وثيقًا بمفهوم «التجوية المعززة» (Enhanced Weathering)، الذي يعتمد على نشر الصخور المطحونة في الأراضي الزراعية بهدف تسريع العمليات الطبيعية التي تسحب ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي.

وقال نوح بلانافسكي، الباحث بجامعة ييل وأحد المؤلفين المسؤولين عن الدراسة: «هذه فرصة لا تتكرر إلا مرة واحدة في العمر لتتبع أكثر من 120 عامًا من السجلات التاريخية، التي يمكن أن تخبرنا ما إذا كانت التجوية المعززة تحقق النتائج المرجوة».

ما الذي لا تزال الدراسة بحاجة إلى توضيحه؟

حذر سوهرهوف من افتراض أن النتائج التي توصل إليها الباحثون في حوض المسيسيبي يمكن تطبيقها مباشرة على جميع المناطق الأخرى.

وأوضح أن حجم الانبعاثات الأولية، والفترة الزمنية اللازمة لبدء إزالة الكربون، والكمية النهائية التي يمكن سحبها، كلها عوامل تختلف من منطقة إلى أخرى، وتعتمد على كمية الجير المستخدمة، وطبيعة التربة المحلية، وطريقة حركة المياه خلالها.

وأشار إلى أن دعم المزارعين الذين تحد حموضة التربة من إنتاجية محاصيلهم ولا يستطيعون تحمل تكلفة شراء الجير، يمكن أن يوسع نطاق الاستفادة من هذه الممارسة، سواء من خلال الدعم المالي أو برامج الحوافز التي تقدم مقابل تطبيق الممارسات الزراعية المستدامة.

ويقدم ثلاثة من مؤلفي الدراسة استشارات لشركة «CREW Carbon»، التي تعمل على إضافة الجير إلى محطات معالجة مياه الصرف الصحي، وليس إلى الأراضي الزراعية.

وفي معظم روافد نهر المسيسيبي، لا تتوافر سجلات طويلة أو متصلة بما يكفي لفصل تأثير استخدام الجير عن بقية العوامل المؤثرة في كيمياء المياه.

ولذلك دعا الباحثون إلى إجراء مزيد من الدراسات الإقليمية في المناطق التي تتوافر فيها سجلات تاريخية مفصلة وطويلة الأمد، مؤكدين أن التوسع في استخدام الجير بكميات تتجاوز ما استخدمه مزارعو حوض المسيسيبي يحتاج إلى دراسات مستقلة تراعي طبيعة التربة والمياه في كل منطقة، وكذلك الانبعاثات الأولية التي قد تحدث عند بدء الاستخدام.