يتصور العلماء "إنترنت المحيط"، مع أجهزة استشعار ومركبات ذاتية التحكم يمكنها استكشاف أعماق البحار ومراقبة علاماتها الحيوية

في أعماق سطح المحيط، يتلاشى الضوء في منطقة الشفق حيث تهاجر الحيتان والأسماك وتهطل الطحالب الميتة والعوالق الحيوانية من الأعلى.هذا هو قلب مضخة الكربون في المحيط, ، وهو جزء من العمليات الطبيعية في المحيطات التي تلتقط حوالي ثلث إجمالي ثاني أكسيد الكربون الناتج عن الإنسان وتغرقه في أعماق البحار، حيث يبقى هناك مئات السنين.

وقد تكون هناك طرق لتعزيز هذه العمليات بحيث تسحب المحيطات المزيد من الكربون من الغلاف الجوي للمساعدة في إبطاء تغير المناخ.ومع ذلك، لا يُعرف سوى القليل عن العواقب.

بيتر دي مينوكال، أ عالم المناخ البحري القديم ومدير معهد وودز هول لعلوم المحيطات، ناقشا إزالة ثاني أكسيد الكربون في المحيطات مؤخرًا تيدxبوسطن: إدارة الكواكب حدث.في هذه المقابلة، يتعمق في مخاطر وفوائد التدخل البشري ويصف خطة طموحة لبناء شبكة مراقبة واسعة من أجهزة الاستشعار المستقلة في المحيط لمساعدة البشرية على فهم التأثير.

أولاً، ما هي عملية إزالة ثاني أكسيد الكربون من المحيطات، وكيف تتم في الطبيعة؟

المحيط يشبه مشروبًا غازيًا كبيرًا.على الرغم من أنها لا تفور، فقد حدث ذلك حوالي 50 مرة أكثر من الكربون من الجو.لذا، لإخراج الكربون من الغلاف الجوي وتخزينه في مكان ما حيث لا يستمر في رفع درجة حرارة الكوكب، فإن المحيط هو الحل الأمثل. أكبر مكان يمكن أن يذهب إليه.

تستخدم إزالة ثاني أكسيد الكربون في المحيطات، أو CDR للمحيطات، القدرة الطبيعية للمحيطات على امتصاص الكربون على نطاق واسع وتضخيمه.

يدخل الكربون إلى المحيط من الغلاف الجوي بطريقتين.

في الأول، الهواء يذوب في سطح المحيط.تمزجه الرياح والأمواج المتلاطمة في نصف ميل علوي أو نحو ذلك، ولأن مياه البحر قلوية قليلاً، يتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون في المحيط.

والثاني ينطوي على المضخة البيولوجية.المحيط هو وسط حي، فهو يحتوي على الطحالب والأسماك والحيتان، وعندما تؤكل تلك المواد العضوية أو تموت، يتم إعادة تدويرها.تمطر عبر المحيط وتشق طريقها إلى منطقة شفق المحيط، على عمق حوالي 650 إلى 3300 قدم (حوالي 200 إلى 1000 متر).

تحافظ منطقة شفق المحيط على النشاط البيولوجي في المحيطات.إنها "تربة" المحيط حيث يتراكم الكربون العضوي والمواد المغذية ويتم إعادة تدويرها بواسطة الميكروبات.كما أنها موطن لأكبر هجرة للحيوانات على هذا الكوكب.كل يوم تهاجر تريليونات من الأسماك والكائنات الحية الأخرى من الأعماق إلى السطح لتتغذى على العوالق وبعضها البعض، وتعود إلى الأسفل، وتعمل كمضخة كربون كبيرة تلتقط الكربون من السطح وتوجهه إلى أعماق المحيطات حيث يتم تخزينها بعيدا عن الغلاف الجوي.

لماذا تجذب منطقة CDR للمحيطات الكثير من الاهتمام في الوقت الحالي؟

الجملة الأكثر إثارة للصدمة التي قرأتها في مسيرتي كانت في تقرير التقييم السادس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ, ، صدر في عام 2021.وقال إننا أخرنا العمل بشأن تغير المناخ لفترة طويلة لدرجة أن إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي أصبحت الآن ضرورية لجميع المسارات للحفاظ على ظاهرة الاحتباس الحراري. أقل من 1.5 درجة مئوية (2.7 فهرنهايت).علاوة على ذلك، أصبحت تأثيرات تغير المناخ خطيرة على نحو متزايد ولا يمكن التنبؤ بها.

ونظرًا لحجمه وإمكانية تخزين الكربون، فإن المحيط هو في الواقع السهم الوحيد في جعبتنا الذي لديه القدرة على امتصاص الكربون وتخزينه بالحجم والإلحاح المطلوبين.

أ 2022 تقرير من الأكاديميات الوطنية أوجز استراتيجية بحثية لإزالة ثاني أكسيد الكربون من المحيطات.تستكشف الطرق الثلاث الواعدة طرقًا لتعزيز القدرة الطبيعية للمحيطات على امتصاص المزيد من الكربون.

الأول هو تعزيز قلوية المحيطات.المحيطات مالحة – فهي قلوية بشكل طبيعي، مع أ الرقم الهيدروجيني حوالي 8.1.إن زيادة القلوية عن طريق إذابة بعض الصخور والمعادن المسحوقة تجعل المحيط إسفنجة كيميائية لثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي.

أما الطريقة الثانية فتضيف المغذيات الدقيقة إلى سطح المحيط، وخاصة الحديد القابل للذوبان.كميات صغيرة جداً من الحديد القابل للذوبان يمكن أن يحفز إنتاجية أكبر, ، أو نمو الطحالب، مما يدفع مضخة بيولوجية أكثر قوة.تم إجراء أكثر من اثنتي عشرة من هذه التجارب، لذلك نحن نعلم أنها ناجحة.

ربما يكون الثالث هو الأسهل للفهم - تنمو عشب البحر في المحيط, ، الذي يلتقط الكربون من السطح من خلال عملية التمثيل الضوئي، ثم يحزمه ويغرقه في أعماق المحيط.

ولكن كل هذه الأساليب لها عيوب للاستخدام على نطاق واسع، بما في ذلك التكلفة والتكلفة عواقب غير متوقعة.

أنا لا أدافع عن أي من هذه الأمور، أو عن حقوق الدفاع عن المحيطات بشكل عام.لكنني أعتقد أن تسريع الأبحاث لفهم تأثيرات هذه الأساليب أمر ضروري.المحيط ضروري لكل شيء يعتمد عليه البشر – الغذاء والماء والمأوى والمحاصيل واستقرار المناخ.إنه رئتي الكوكب.لذلك نحن بحاجة إلى معرفة ما إذا كانت هذه التقنيات المعتمدة على المحيطات للحد من ثاني أكسيد الكربون والمخاطر المناخية قابلة للتطبيق وآمنة وقابلة للتطوير.

لقد تحدثت عن بناء "إنترنت المحيط" لرصد التغييرات هناك.ماذا سيتضمن ذلك؟

تتغير المحيطات بسرعة، وهي أكبر ترس في محرك مناخ الأرض، ومع ذلك ليس لدينا أي ملاحظات تقريبًا عن المحيط تحت السطح لفهم كيفية تأثير هذه التغييرات على الأشياء التي نهتم بها.نحن في الأساس نطير أعمى عند أ الوقت الذي نحتاج فيه بشدة إلى الملاحظات.علاوة على ذلك، إذا أردنا تجربة أي من تقنيات إزالة الكربون هذه على أي نطاق في الوقت الحالي، فلن نتمكن من قياس فعاليتها أو التحقق منها أو تقييم تأثيراتها على صحة المحيطات والأنظمة البيئية.

لذلك، نحن نقود مبادرة في معهد وودز هول لعلوم المحيطات لبناء أول إنترنت في العالم للمحيطات, ، يسمى شبكة العلامات الحيوية للمحيطات.إنها شبكة كبيرة من المراسي وأجهزة الاستشعار التي توفر عيونًا رباعية الأبعاد للمحيطات - البعد الرابع هو الوقت - والتي تعمل دائمًا ومتصلة دائمًا لمراقبة عمليات تدوير الكربون وصحة المحيطات.

في الوقت الحالي، هناك حوالي واحد مستشعر المحيط في برنامج Argo العالمي لكل رقعة من المحيط بحجم ولاية تكساس.وهي تتحرك لأعلى ولأسفل مثل عصي البوجو، وغالبًا ما تقيس درجة الحرارة والملوحة.

نحن نتصور محور مركزي في وسط حوض المحيط حيث تقوم شبكة كثيفة من الطائرات الشراعية الذكية والمركبات المستقلة بقياس خصائص المحيطات بما في ذلك الكربون والعلامات الحيوية الأخرى لصحة المحيطات والكوكب.يمكن لهذه المركبات أن ترسو وتزود بالطاقة وتحميل البيانات التي جمعتها ثم تخرج لجمع المزيد.ستقوم المركبات بمشاركة المعلومات واتخاذ قرارات ذكية لأخذ العينات أثناء قياس الكيمياء والبيولوجيا والحمض النووي البيئي لحجم المحيط الذي يمثل حقًا كيفية عمل المحيط.

إن وجود هذا النوع من الشبكات من المركبات المستقلة، القادرة على العودة إلى وسط المحيط وتشغيلها بالطاقة من الأمواج أو الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح في موقع الرسو وإرسال البيانات إلى القمر الصناعي، يمكن أن يطلق حقبة جديدة من مراقبة المحيطات ورصدها. اكتشاف.

هل التكنولوجيا اللازمة لهذا المستوى من المراقبة موجودة؟

نحن نقوم بالفعل بالكثير من هذا التطوير الهندسي والتكنولوجي.ما لم نفعله بعد هو ربط كل شيء معًا.

على سبيل المثال، لدينا فريق يعمل معه ليزر الضوء الأزرق للتواصل في المحيط.تحت الماء، لا يمكنك استخدام الإشعاع الكهرومغناطيسي كما تفعل الهواتف المحمولة، لأن مياه البحر موصلة للكهرباء.وبدلاً من ذلك، يتعين عليك استخدام الصوت أو الضوء للتواصل تحت الماء.

ان الاتصالات الصوتية تعمل المجموعة على التقنيات المتدفقة والاتصالات بين المركبات القريبة.تعمل مجموعة أخرى على كيفية إرساء المركبات مراسي في وسط المحيط.آخر متخصص في تصميم رباط.والهدف الآخر هو بناء أجهزة استشعار كيميائية وأجهزة استشعار فيزيائية تقيس خصائص المحيطات والحمض النووي البيئي.

تجربة في شمال الأطلسي تسمى مشروع منطقة شفق المحيط سوف يصور الأداء الأكبر للمحيط على قطعة كبيرة من العقارات بالحجم الذي تعمل به عمليات المحيط فعليًا.

سيكون لدينا أجهزة إرسال واستقبال صوتية يمكنها إنشاء صورة رباعية الأبعاد مع مرور الوقت لهذه المناطق المظلمة والمخفية، بالإضافة إلى الطائرات الشراعية وأجهزة الاستشعار الجديدة التي نسميها "التوابع" التي ستنظر إلى المحيط تغيرات تدفق الكربون والمواد المغذية والأكسجين. “التوابع"هي في الأساس أجهزة استشعار بحجم زجاجة الصودا تصل إلى عمق ثابت، على سبيل المثال 1000 متر (0.6 ميل)، وتستخدم بشكل أساسي كاميرا iPhone موجهة لأعلى لالتقاط صور لجميع المواد العائمة عبر عمود الماء.يتيح لنا ذلك تحديد كمية الكربون العضوي التي تشق طريقها إلى هذه المياه العميقة الباردة القديمة، حيث يمكن أن تبقى لعدة قرون.

لأول مرة سنكون قادرين على ذلك انظر كيف تكون الإنتاجية غير مكتملة في المحيط، كيف يدخل الكربون إلى المحيط وإذا كان بإمكاننا قياس تدفقات الكربون تلك.

هذا يغير قواعد اللعبة.يمكن أن تساعد النتائج في تحديد الفعالية والقواعد الأساسية لاستخدام CDR.إنه الغرب المتوحش هناك - لا أحد يراقب المحيطات أو ينتبه.هذه الشبكة تجعل المراقبة ممكنة لاتخاذ القرارات التي ستؤثر على الأجيال القادمة.

هل تعتقد أن المحيط CDR هو الجواب الصحيح؟

ليس لدى البشرية الكثير من الوقت لتقليل انبعاثات الكربون وخفض تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

السبب وراء عمل العلماء بجد على هذا الأمر ليس لأننا من أشد المعجبين بـ CDR، ولكن لأننا نعلم أن المحيطات قد تكون قادرة على المساعدة.من خلال شبكة الإنترنت الخاصة بأجهزة الاستشعار في المحيطات، يمكننا أن نفهم حقًا كيفية عمل المحيطات بما في ذلك المخاطر والفوائد المترتبة على إزالة ثاني أكسيد الكربون للمحيطات.

اقرأ بالإسبانية