أثبتت دراسة حديثة بجامعة هونج كونج للعلوم والتكنولوجيا (HKUST) أن ثنائي أكسيد الكربون الموجود في باطن الأرض يمكن أن يكون أكثر نشاطاً مما كان يُعتقد سابقاُ وأيضاً يمكن أن يلعب دورًا كبيرًا في تغير المناخ أكثر مما كان يعتقد. 

وقد حلل البحث الذي أجراه البروفيسور بان دينج ظاهرة ذوبان ثنائي أكسيد الكربون في الماء وتأثيراتها المحتملة على تقليل عودة الكربون مرة أخرى من باطن الأرض إلى الغلاف الجوي.

والجدير بالذكر أن الغالبية العظمى من كربون الأرض مدفون في باطنها. حيث يؤثر هذا الكربون المدفون في الأعماق على شكل وتركيز الكربون بالقرب من سطح الأرض، الذي بدوره يمكن أن يُؤثر على المناخ العالمي على مستوى الزمن الجيولوجي. ولذلك يُعد تقدير كمية الكربون المدفون في مستودعاتٍ عميقة على بُعد مئات الكيلومترات تحت سطح الأرض أمرًا هامًا.

وقد أوضح البروفيسور بان أن الأبحاث الحالية تركز على أنواع الكربون الموجود على سطح الأرض أو بالقرب منها. ومع ذلك، فإن أكثر من 90% من كربون الأرض مُخزن بالقشرة الأرضية، والوشاح، وأيضًا اللُب، وهو أمر غير معروف جيدًا.

وباستخدام محاكاة المبادئ الأولية في الفيزياء، قد لاحظ فريقه أن ثنائي أكسيد الكربون قد يبدو أكثر نشاطًا مما كان يُعتقد سابقًا في دورة الكربون العميقة للأرض، والذي بدوره يُؤثر إلى حدٍ كبير على انتقال الكربون بين مستودعات الأرض العميقة والقريبة من السطح.

وقد توصلت الدراسة، أن حصر ثنائي أكسيد الكربون والماء في معادن نانونية مناسبة يمكن أن يزيد من كفاءة تخزين الكربون في باطن الأرض. ويجدر بالذكر أنه في جهود احتجاز وتخزين الكربون، فإنه بالاتحاد مع الماء يتحول إلى صخور تحت احتجاز النانو، وهذا يُقدم لنا طريقة آمنة لتخزين الكربون الدائم تحت الأرض مع تقليل خطر عودته إلى الغلاف الجوي.

وقد نُشرت النتائج مؤخرًا في المجلة الأكاديمية الدولية Nature Communications

 التي توضح لنا أن عملية ذوبان ثنائي أكسيد الكربون تحدث بشكلٍ يومي ولكن، انتشارها المطلق يتناقض مع أهميتها. وقد أخبرنا البروفيسور بان بأن هذه العملية لها آثار عظيمة على دورة كربون الأرض، والذي بدوره يؤثر بعمق على تغير المناخ العالمي على مستوى الزمن الجيولوجي وأيضًا على معدل استهلاك الطاقة البشرية. 

ويُعد هذا خطوة هامة للأمام لفهم الخصائص الفيزيائية والكيميائية لمحاليل ثنائي أكسيد الكربون المائية تحت أقصى الظروف.

حيث ركزت الدراسات السابقة على خصائص الكربون الذائب في المحاليل السائبة. وفي الواقع فإن المحاليل السائلة في باطن الأرض أو الكربون المُخزن بها تكون في الغالب محصورة بالمقياس النانوي في المسامات، وبالحدود الحبيبية، وكسور من مواد الأرض، حيث الاحتجاز المكاني والتداخل الكيميائي يجعل هذه المحاليل مختلفة بشكلٍ جوهري.

ويمكن أن يصل عمق السوائل الحاملة للكربون إلى عمقٍ يصل إلى مئات الكيلومترات، وهو ما يستحيل ملاحظته مباشرةً. وقد ذكر بان: «أن من الناحية التجريبية، يُعد أيضًا قياسهم تحت ظروف الضغط والحرارة القاسية الموجودة في باطن الأرض تحديًا كبيرًا».

البروفيسور بان هو أستاذ مشارك في الفيزياء والكيمياء في الجامعة. ويضم فريق العمل أيضًا طلاب الدكتوراه نور ستولتي، وروي هو. وقد قاموا بإجراء محاكات لدراسة تفاعلات ثنائي أكسيد الكربون في الماء في وجود الاحتجاز النانوي.

وقارنوا المحاليل الكربونية المُحتجزة نانويًا بواسطة الجرافيت، وطبقة ذرية من الجرافيت، وستيشوفيت وهو (بلورة من ثنائي أكسيد السيليكون عالية الضغط) بتلك الذائبة في المحاليل السائبة، حيث لاحظوا أن ثنائي أكسيد الكربون يتفاعل في الاحتجاز النانوي أكثر من المحاليل السائبة.

وبالطبع يمهد البحث الطريق لدراسات أكثر تعقيدًا حول تفاعلات الكربون في الماء في أعماق الأرض، مثل تكوين الماس، وأصل البترول الحيوي، وأيضًا دراسة الحياة في باطن الأرض. وكخطوة تالية في الدراسة، يأمل الفريق في اكتشاف إذا ما كان الكربون يمكنه أيضًا التفاعل لتكوين جزيئات أكثر تعقيدًا مثل المادة العضوية.

ويعمل البروفيسور بان على تطوير وتطبيق الطرق الحسابية والعددية لفهم وتوقع خصائص وسلوك السوائل، والمواد الصلبة، والهياكل النانونية من المبادئ الأولى. وبمساعدة أجهزة الحاسوب فائقة الأداء، يبحث فريقه عن إجاباتٍ للتساؤلات العلمية الجوهرية المُلحة حول التنمية المستدامة، مثل علوم الماء، ودورة الكربون في باطن الأرض، والطاقة النظيفة.

المصدر: https://scitechdaily.com

ترجمة: د. دعاء إسماعيل أحمد

مراجعة وتدقيق: زينب محمد