طريقة جديدة لتتبع الأصول المراوغة لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون من الجداول

أثبت فريق من الباحثين من جامعة ماساتشوستس أمهيرست المتخصصين في حساب إطلاق ثاني أكسيد الكربون من الجداول والأنهار والبحيرات مؤخرًا، أن العملية الكيميائية المعروفة باسم “التخزين الكربوني”، يمكن أن تكون مسؤولة عن غالبية الانبعاثات في المياه شديدة القلوية.

علاوة على ذلك، فإن التخزين المؤقت للكربونات يشوه الطريقة الأكثر استخدامًا لتتبع أصول ثاني أكسيد الكربون في الجداول.
يقترح البحث، الذي نُشر في مجلة الدورات البيوجيوكيميائية العالمية ، طريقة أفضل لتتبع مصدر انبعاثات ثاني أكسيد الكربون النهرية .

تمثل المياه الداخلية، بما في ذلك الجداول والأنهار والبحيرات، ما يقرب من 5.5 جيجا طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون سنويًا – أي حوالي 15% مما ينبعث من البشر. لكن النماذج المناخية الحالية تواجه مشكلة في حساب هذا الكربون، كما يقول ماثيو وينيك، الأستاذ المساعد لعلوم الأرض والجغرافيا والمناخ في جامعة ماساتشوستس أمهيرست والمؤلف الرئيسي للورقة البحثية، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن الكثير من هذا الكربون يبدو أنه يتم إنتاجه بشكل خفي، من خلال التخزين المؤقت للكربونات .

يقول وينيك: “العملية غريبة بعض الشيء”. “إنه بمثابة نوع من المخزون الاحتياطي المخفي لثاني أكسيد الكربون ، حيث يجدد الكربون المفقود في الغلاف الجوي، وفي النهاية يزيد من كمية ثاني أكسيد الكربون المتاحة للتخلص من الغازات.”

عزل الكربونات

ولإظهار كيفية عمل هذا المجمع المخفي، بحث وينيك وزميله براين ساكاردي، طالب الدراسات العليا بجامعة UMass آنذاك، في الدراسات التي ركزت على محتوى الكربون في المحيطات.

يقول وينيك: “إن عزل الكربونات ظاهرة معروفة جدًا في المحيطات، وعلى الرغم من أن المحيطات تعمل بشكل مختلف عن المياه الداخلية، فقد تمكنا من استعارة المعادلات الجيوكيميائية لبناء سلسلة من النماذج التي يمكن أن تفسر نطاقًا واسعًا من الكربونات لظروف الأنهار والمجاري.”

إذن ما هو التخزين المؤقت للكربونات؟ يبدأ الأمر بثاني أكسيد الكربون ، الموجود في كل مكان: في الهواء، وفي التربة، وفي الماء.

عندما يذوب ثاني أكسيد الكربون في الماء، فإنه يمكن أن يتفاعل ليشكل حمض الكربونيك ، والذي يمكن بعد ذلك، من خلال المزيد من التفاعلات، أن يتحول إلى بيكربونات وكربونات.

ويمكن أن يسير هذا التفاعل أيضًا في الاتجاه المعاكس، مما يعني أن المستويات العالية من البيكربونات والكربونات يمكن أن تعمل كمجمعات احتياطية لثاني أكسيد الكربون ، مما يؤدي إلى زيادة الانبعاثات.

ويسمى هذا التوازن الكامل لثاني أكسيد الكربون والماء والكربونات “التخزين المؤقت للكربونات”، ويمكن أن تنبعث احتياطيات الكربونات كغازات دفيئة من أنظمة المجاري المائية.

وفي الواقع، وجد وينيك وساكاردي أن هذا المجمع المخفي يمكن أن يمثل أكثر من 60% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في ظل الظروف القلوية.

يقول وينيك، هناك خدعة أخرى يمتلكها التخزين المؤقت للكربونات، في عصر الانحباس الحراري العالمي، من المهم للغاية معرفة كمية الكربون المنبعثة بشكل عام ومن أين يأتي هذا الكربون “على الرغم من أننا لا نعتقد أن انبعاثات تيارات المياه تساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري ، إلا أن هناك سؤالًا كبيرًا حول ما إذا كانت هذه الانبعاثات ستتغير مع ارتفاع درجة حرارة المناخ، مما قد يؤدي إلى تفاقم ظاهرة الاحتباس الحراري في المستقبل، للتنبؤ بالتغيرات، نحتاج إلى معرفة مكان وجود ثاني أكسيد الكربون”.

لكن معرفة أي جزيء من ثاني أكسيد الكربون جاء منه ومن أي مصدر ليس بالمهمة السهلة.

لتتبع الكربون، وخاصة الكربون المنبعث من المسطحات المائية، غالبًا ما يستخدم العلماء نظائر الكربون، أو نسخ من الكربون ذات كتل مختلفة، والتي تعمل كنوع من التوقيع الجنائي الذي يمكن أن يشير إلى أصل الكربون.

هي قياس نظائر الكربون المتعددة

ومع ذلك، اكتشف وينيك وساكاردي أن إشارات النظائر في التدفقات حساسة للغاية لتفاعلات التخزين المؤقت للكربونات.

يقول وينيك : “إن الطريقة الأساسية التي نستخدم بها النظائر لتتبع المصادر هي من خلال علاقتها بتركيزات ثاني أكسيد الكربون، لكن تخزين الكربونات يتسبب في انهيار هذه العلاقات”.

يمكن أن يشير هذا الانهيار إلى مسبب الكربون الخاطئ إذا لم يتم حسابه بشكل صحيح.

تشير الدراسة الجديدة إلى أن إحدى الطرق لحساب التخزين المؤقت للكربونات هي قياس نظائر الكربون المتعددة.

عادةً ما يركز العلماء فقط على أحد النظيرين الكاشفين، وذلك بسبب التكلفة العالية لتحليل كليهما، لكن الفريق وجد أن تتبع أصول كلا النظيرين يمكن أن يساعد في الكشف عن المصادر الخفية لثاني أكسيد الكربون .