تتحلل قمم جبال الحجر المتهالكة المتهالكة ببطء مثل لوح من اللحم الفاسد. علامات تسوس خفية في كل مكان. غاز الهيدروجين القابل للاشتعال في بعض الأحيان فقاعات من المياه الجوفية. غالبًا ما تكون مياه الينابيع الطبيعية مشبعة بالمعادن. يترك هذا الماء سجادة من البلورات البيضاء الفاترة أثناء تدفقه على الأرض. فقط أنواع قليلة من النباتات يمكن أن تنمو في مثل هذه التربة الغريبة.
هنا ، في دولة عمان الصحراوية ، شرق المملكة العربية السعودية ، تتكون الجبال من معادن غريبة لا توجد عادة على سطح الأرض. لقد تشكلوا عشرات الكيلومترات (الأميال) أدناه - أعمق مما حفره البشر في أي وقت مضى بحثًا عن النفط أو الذهب. بعد تعرضها الآن للهواء والماء على سطح الأرض ، ثبت أن هذه المعادن غير مستقرة كيميائيًا.
عندما يسقط المطر ، يتدفق إلى شقوق في الصخر ، حاملاً الغازات من الهواء. يتفاعل الماء والغازات مع الصخور لتشكيل معادن جديدة ملونة. هذه الأوردة الخشنة من الحجر الأسود والأبيض والأزرق والأخضر تندفع بشكل أعمق إلى صخرة الأساس. مثل الأصابع البطيئة ولكن القوية ، تعمل المعادن على توسيع الشقوق ، مما يؤدي إلى تباعد الصخور.
يعتقد Peter Kelemen أن هذه الصخور المتحللة يمكن أن تساعد البشر في حل مشكلة مهمة:تغير المناخ.
Kelemen هو عالم جيولوجي في مرصد Lamont-Doherty Earth في Palisades ، نيويورك ، لاحظ أن عروق الكربونات البيضاء تشكلت كثاني أكسيد الكربون (CO) في مياه الأمطار الملتصقة بذرات المغنيسيوم والكالسيوم في الصخور. بمعنى آخر ، تحبس هذه المعادن الجديدة نفس الغاز الذي يطلقه البشر عندما يحرقون الوقود الأحفوري. إنه نفس غاز الدفيئة الذي يسخن كوكبنا.
تنتشر هذه الصخور غير العادية عبر منطقة من عمان بحجم ولاية ماريلاند تقريبًا. ويعتقد كليمان أنها تقوم بتحجُّر ما بين 50000 إلى 100000 طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا. هذا ضئيل مقارنة بـ 30 مليار أطنان من ثاني أكسيد الكربون يطلقها البشر كل عام. لكن كليمين وزملائه يعتقدون أن هذه الصخور يمكن أن تصلب يومًا ما ما يصل إلى مليار طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا. يمكن أن تلتقط التكوينات الصخرية الأخرى المنتشرة حول العالم ما بين 10 إلى 20 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون كل عام. قال لي بعد ظهر أحد الأيام في عُمان:"أنت تنظر إلى شيء يمكن أن يكون له تأثير محتمل على ميزانية الكربون العالمية البشرية".
يعمل Kelemen ومساعده ، Juerg Matter ، على هذه الفكرة منذ ما يقرب من 20 عامًا. ماتر عالم في الكيمياء الجيولوجية بجامعة ساوثهامبتون بإنجلترا. عندما زرتهم في عمان عام 2018 ، كان فريقهم مشغولاً بحفر العديد من الثقوب في الصخر. لقد خططوا لسحب حجارة من عمق يصل إلى 400 متر (1300 قدم) تحت الأرض. ستساعدهم هذه النوى على فهم عملية طبيعية بشكل أفضل يأملون في تسريعها.
الانبعاثات السلبية
كانت إزالة ثاني أكسيد الكربون من الهواء تبدو غريبة في يوم من الأيام. ومع ذلك ، فقد اكتسب زخمًا في العشرين عامًا الماضية حيث أصبحت إلحاح تغير المناخ أكثر وضوحًا.
يعتقد العديد من العلماء الآن أن الناس لن يقللوا من انبعاثات غازات الدفيئة بالسرعة الكافية لمنع ارتفاع درجة حرارة الأرض بأكثر من 1.5 درجة مئوية (2.7 درجة فهرنهايت). من المعتقد أن هذا الحد من الاحترار من شأنه تجنب الآثار الأكثر خطورة لتغير المناخ. وتشمل هذه الآثار الارتفاع السريع في مستوى سطح البحر ، وفقدان غابات الأمازون المطيرة والعواصف الكارثية المتكررة.
الشرح:أول أكسيد الكربون وغازات الدفيئة الأخرى
يقترح العلماء الآن أن يلجأ الناس إلى استراتيجية تسمى "الانبعاثات السلبية". وستشمل هذه المشاريع الضخمة لامتصاص مليارات الأطنان من ثاني أكسيد الكربون من الهواء كل عام. سيحتاجون إلى استخدام العديد من التكتيكات ، مثل إعادة زراعة الغابات. أو تسميد المحيط لتحفيز نمو العوالق الضوئية. من الطبيعي أن تقوم الغابات والعوالق بسحب ثاني أكسيد الكربون من الهواء.
تقوم العديد من الشركات أيضًا ببناء آلات "التقاط الهواء المباشر" لسحب ثاني أكسيد الكربون من الهواء. يمكن بعد ذلك ضخ الغاز تحت الأرض.
ضخت شركات الطاقة كميات صغيرة من ثاني أكسيد الكربون في خزانات النفط والغاز الفارغة منذ الثمانينيات. هناك ، يتم احتجاز الغاز بين طبقات الصخور الرسوبية ، مثل الحجر الرملي. لكن إذا تسرب الغاز مرة أخرى ، فقد يتسبب ذلك في حدوث مشكلات ، كما يحذر جريجوري نيميت. إنه عالم طاقة في جامعة ويسكونسن ماديسون. يقول:"لا يتطلب الأمر الكثير". "إذا كان التسرب بنسبة واحد أو اثنين في المائة ، فإن ذلك يضع ثغرة في خططنا لتحقيق الاستقرار في المناخ."
لكن الصخور المختلفة ، مثل تلك الموجودة في عمان ، يمكن أن تحبس ثاني أكسيد الكربون بشكل دائم ، فهي تحتوي على مستويات عالية من سيليكات الكالسيوم والمغنيسيوم. في هذه المعادن ، ترتبط ذرات الكالسيوم والمغنيسيوم بمجموعات من الأكسجين وذرات السيليكون ، تسمى السيليكا. هذه المعادن ، غير الشائعة على سطح الأرض ، وفيرة في الصخور على عمق كبير تحت الأرض. كان العلماء يشتبهون في أن هذه المعادن ستتفاعل مع ثاني أكسيد الكربون وتحبسه في معادن كربونات. هذه الفكرة جذبت Matter للمشاركة. أراد أن يختبرها.
أسفل حفرة الأرنب
حصل ماتر للتو على درجة الدكتوراه عندما تولى وظيفة في لامونت دوهرتي في عام 2001. يقع الحرم الجامعي في غابة بالقرب من مدينة نيويورك. تقف المباني فوق المنحدرات التي تنخفض 100 متر (325 قدمًا) في نهر هدسون. تلك المنحدرات ذات اللون البني الفاتح مصنوعة من الحجر المعروف باسم البازلت. تشكلت من الحمم البركانية التي اندلعت منذ ملايين السنين من أعماق الأرض.
تحتوي البازلت على سيليكات الكالسيوم والمغنيسيوم. ديفيد جولدبيرج ، الجيوفيزيائي الذي وظف شركة Matter ، أراد منه أن يحاول حقن ثاني أكسيد الكربون فيها.
"اعتقد الجميع أنني مجنون ، وحتى غبي ،" لمحاولة ذلك ، تتذكر Matter. أجرى علماء آخرون تجارب معملية. تشير بياناتهم إلى أن معادن الكربونات ستستغرق مئات السنين لتتشكل. سيكون ذلك بطيئًا جدًا في مواجهة تهديد تغير المناخ اليوم.
لكن في عام 2004 ، حاول ماتر وغولدبرغ على أي حال. قاموا بحقن المياه 230 مترًا (750 قدمًا) في بئر تم حفرها في البازلت. احتوت تلك المياه على بضعة كيلوغرامات (ربما 5 أرطال) من ثاني أكسيد الكربون.
عندما قامت المادة بضخ المياه مرة أخرى بعد أسبوع ، اختفى الكوهيد. هذا الغاز يشكل حمض ضعيف في الماء. أذاب الحمض بعض سيليكات الكالسيوم والمغنيسيوم في الصخور. لقد تفاعلوا مع الغاز لتكوين كربونات. وكان هذا يحدث 300 إلى 3000 مرة أسرع من الاختبارات المعملية. نشر الفريق النتائج التي توصل إليها في عام 2007.
يقول ماتر:"بالعودة إلى الوراء ، كان ما فعلناه مخاطرة كبيرة جدًا". كانت هناك فرصة كبيرة ألا تنجح. يقول:"لقد آمنا به للتو". ويضيف ، "لقد كنا محظوظين حقًا."
ثم ذهب Matter والعديد من العلماء الآخرين للبحث عن أماكن أخرى لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى حجر - وعلى نطاق أكبر بكثير. في عام 2012 ، حصلوا على فرصتهم.
10000 طن في السنة
أيسلندا دولة جزرية في شمال المحيط الأطلسي. قامت شركة ريكيافيك للطاقة هناك بتشغيل محطة لتوليد الطاقة الحرارية الأرضية بالقرب من أحد البراكين العديدة في البلاد. أرادت الشركة التخلص من ثاني أكسيد الكربون ، حيث قامت مصانعها بتوليد الكهرباء باستخدام الماء الساخن المتدفق من تحت الأرض. غالبًا ما تنفث البراكين ثاني أكسيد الكربون. وعندما خرجت المياه من تحت الأرض ، أطلقت أيضًا هذا الغاز في الهواء.
لكن كان هناك حل واضح. آيسلندا مصنوعة بالكامل تقريبًا من البازلت. حقن COinto هذا البازلت يجب أن يحبسه بعيدا.
في عام 2012 ، حفر العمال حفرة في حقل عشبي بالقرب من محطة توليد الكهرباء وحقنوا المياه على مسافة 400 متر (1300 قدم) في البازلت أدناه. يحتوي هذا الماء على ستة أضعاف كمية ثاني أكسيد الكربون الموجودة في الماء المكربن. لمنعه من الفوران بعنف مع تسرب الغاز ، كان لابد من إبقاء الماء تحت ضغط مرتفع. على مدار عدة أسابيع ، حقن الفريق 71 طنًا متريًا (78 طنًا أمريكيًا) من COinto في الصخرة.
في هذه الأثناء ، قامت Sandra Snæbjörnsdóttir (SNY-byorns-DOT-er) بضخ المياه من حفرة أخرى قريبة. كانت عالمة جيولوجيا كانت تعمل في هذا المشروع المعروف باسم Carbfix. وجدت أن ثاني أكسيد الكربون كان يختفي من المياه المحقونة أثناء تسربه عبر الصخور. "لقد حدث في الواقع أسرع مما تجرأنا على الأمل" ، كما تقول.
تشكل أكثر من 95 في المائة من ثاني أكسيد الكربون معادن - صخور صلبة - في غضون عامين. قام الفريق بحفر حفرة جديدة واستخراج اللب من الحجر بالقرب من موقع الحقن. كانت اسطوانات البازلت ذات اللون الرمادي والأسود ملطخة بالأبيض. كانت تلك البقع عبارة عن معادن كربونات تكونت عن طريق حقن ثاني أكسيد الكربون. ظهرت هذه النتائج في العلوم في عام 2016.
المشروع الآن يحجر 10،000 طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا. وأصبحت Carbfix شركة منفصلة ، مع خطط لتوسيع عملياتها.
يقول Snæbjörnsdóttir ، الذي يعمل الآن في الشركة الجديدة:"يمكنك في الواقع وضع قدر كبير جدًا من ثاني أكسيد الكربون في هذه الصخور". وتقدر أن مترًا مكعبًا من البازلت (كتلة بحجم غسالة الأطباق) يمكنه امتصاص أكثر من 100 كيلوغرام (220 رطلاً) من ثاني أكسيد الكربون. كما توجد الصخور البازلتية تحت معظم قاع البحار في العالم. ليست كل تلك الصخور مناسبة لتحجر ثاني أكسيد الكربون ، ولكن يبدو أن بعضها مناسب. يتوقع Snæbjörnsdóttir أن Carbfix سيحاول في النهاية حقن ثاني أكسيد الكربون في هذه البازلت المحيطية قبالة سواحل أيسلندا.
أشرفت المادة على تجارب Carbfix الأولية. ولكن حتى قبل تلك الحقن الأولى ، كان يبحث بالفعل عن المزيد من الأماكن لترسيخ ثاني أكسيد الكربون.
في عام 2007 ، بدأ هو وكليمان في البحث عن الصخور في عمان. هذه الصخور تأتي من الوشاح. هذه هي الطبقة الوسطى من كوكبنا. لم يسبق للبشر رؤيته مباشرة. يبدأ الوشاح على بعد حوالي 10 كيلومترات (6 أميال) تحت قاع البحر ويصل إلى 2900 كيلومتر (1800 ميل) داخل الأرض. كانت صخور عمان جزءًا صغيرًا من الوشاح الذي تم دفعه إلى السطح. حدث ذلك منذ ملايين السنين خلال ثورة جيولوجية نادرة.
الوشاح هو مصدر الحمم البركانية والبازلت. تحتوي صخورها على مستويات أعلى من سيليكات الكالسيوم والمغنيسيوم مقارنة بالبازلت. ولهذا السبب ، اعتقد ماتر وكليمان أن صخور عمان قد تكون قادرة على احتجاز المزيد من ثاني أكسيد الكربون لكل متر مكعب من الصخور في أيسلندا.
تتقاطع صخور الوشاح على سطح جبال الحجر مع عروق كربونية بيضاء. استخدم ماتر وكليمان التأريخ بالكربون المشع لإثبات أن بعض هذه الأوردة كان عمرها أقل من 5000 عام. هذا يشير إلى أن هذه الصخور لم تمتص فقط ثاني أكسيد الكربون منذ ملايين السنين - لقد فعلوا ذلك الآن. نشرت ماتر وكليمان هذه النتائج في عام 2008.
لا يزال العالمان بحاجة إلى معرفة المزيد حول ما كان يحدث تحت السطح. لذلك في عامي 2017 و 2018 ، قاموا مع فريق كبير من الباحثين بحفر العديد من الثقوب في عمان لاستعادة النوى الحجرية. قضيت أسبوعًا معهم في يناير 2018 حيث قاموا بالحفر في واد بعيد ، وادي لويني (WAH-dee Lah-WAY-nee).
عروق ملونة وصخور فقاعية
في وقت متأخر من بعد الظهر ، تجولت عدة جمال في الماضي ، تمضغ الشجيرات الصغيرة. هدير محرك ديزل. ودور عمود الحفر المعدني ، مدفوعًا بهذا المحرك ، عدة آلاف من المرات في الثانية أثناء قطع الصخور تحت أقدامنا.
بين الحين والآخر ، قام العمال الذين يرتدون قبعات صلبة بتعطيل المحرك إلى صوت هدير منخفض. ثم رفعوا المثقاب من الحفرة ، وفصلوا أنبوبًا معدنيًا وانزلقوا ثلاثة أمتار (9.8 قدم) من الصخور المحفورة.
كانت اسطوانات الحجر بسمك مضرب بيسبول. بعد وضعها على الطاولات ، قام Kelemen و Matter وعدة علماء آخرين بفحصها.
كان الحجر الرمادي متقاطعًا مع معادن بيضاء ، سوداء ، برتقالية-صفراء وزرقاء وخضراء. حددت هذه الأوردة مكان تفاعل الماء والغازات ، المتسربة عبر الشقوق ، مع الحجر.
تفاعل الأكسجين مع الحديد في الصخر - حرفياً "يصدأ" - لتكوين عروق صفراء وبرتقالية. غالبًا ما كانت الأوردة السوداء والزرقاء والخضراء عبارة عن معدن يسمى السربنتين. يتشكل عندما يتفاعل الماء مع السيليكات. وكانت الأوردة البيضاء عادةً عبارة عن معادن كربونية - وإن لم يكن ذلك دائمًا. شاهدت إليزابيتا مارياني وهي تجري اختبارًا سريعًا على الوريد لتحديد المعدن.
مارياني عالمة جيولوجيا بجامعة ليفربول في إنجلترا. باستخدام ولاعة ، حملت اللهب على الوريد لعدة ثوان. ثم ، وبيدها زجاجة بلاستيكية ، ضغطت عليها عدة قطرات من الحمض. تطاير الجزء الساخن من الوريد مثل الماء المكربن لعدة ثوان. عندما تفاعلت مع الحمض ، كانت الصخور تطلق فقاعات صغيرة من ثاني أكسيد الكربون.
"هذا هو المغنسيت" ، قالت - كربونات المغنيسيوم.
كانت عروق الكربونات وفيرة في أعلى 15 مترًا (50 قدمًا) من اللب. كانت في كثير من الأحيان سميكة مثل الإصبع. في مكان أبعد ، ضعفت وأصبحت أقل تكرارا. أقل من 100 متر (330 قدمًا) ، لم يكن هناك أي شيء.
وأكد هذا ما كان يشتبه به الأمر منذ فترة طويلة. يقول:"يتم تمعدن كل ثاني أكسيد الكربون في الجزء الضحل جدًا". بمجرد تسرب مياه الأمطار ، قد تقضي سنوات عديدة تحت الأرض. ولكن يتم استهلاك كل ثاني أكسيد الكربون الخاص به في البداية.
يعتقد كل من Matter و Kelemen الآن أنه يمكن تعزيز معدل تكوين الكربونات - وبكثير. في يوم من الأيام ، يتصورون أن ثاني أكسيد الكربون يتم ضغطه في الماء بمعدل 125 ضعفًا للتركيز الطبيعي لمياه الأمطار (حوالي 6 أضعاف تركيز المياه المكربنة). سيتم بعد ذلك ضخ هذا المزيج على بعد ثلاثة كيلومترات (حوالي ميلين) تحت الأرض. الصخور هناك قريبة من 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت). ستعمل الحرارة والضغط المرتفعان على تسريع التفاعلات الكيميائية التي تحول ثاني أكسيد الكربون إلى حجر.
هذه سنوات عديدة.
الاختبارات العمانية جارية
لكن خطوات الطفل الأولى بدأت. في أواخر عام 2020 ، تم إنشاء شركة عمانية باسم 44.01. (تمت تسميته على اسم متوسط وزن جزيء ثاني أكسيد الكربون.) هدف الشركة هو حبس ثاني أكسيد الكربون في صخور الوشاح في عمان.
قال طلال حسن بعد وقت قصير من تشكيل 44.01 "نحن نهدف لجيغا طن واحد". هو مؤسس الشركة. بالجيغاتون يعني مليار طن في السنة.
كان الاختبار الميداني الأول ، بالطبع ، صغيرًا جدًا. في سبتمبر الماضي ، حقن العمال حوالي 240 كيلوغرامًا (530 رطلاً) من ثاني أكسيد الكربون في أحد الآبار في وادي لاويني. بعد شهر ، سحب ماتر بعض عينات المياه من حفرة أخرى على بعد أمتار قليلة.
لا تزال المسألة تحلل تلك المياه. لكنه يأمل في العثور على دليل على أن مزيج ثاني أكسيد الكربون والماء يتفاعل مع الصخور. "هذا الاختبار هو فقط لإثبات على نطاق ميداني أن رد الفعل سريع بما فيه الكفاية" ، كما يقول. في وقت لاحق ، ستحدد الاختبارات الأكبر ما إذا كانت الكربونات المتكونة حديثًا تتفكك الصخور ، كما هو متوقع. يقدم كل من Matter و Kelemen المشورة العلمية للشركة.
لكن نجاح رؤيتهم على المدى الطويل سيعتمد على أكثر من مجرد نتائج علمية. كما سيعتمد على قرارات الحكومات في جميع أنحاء العالم.
تكلفة تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى حجر
يمكن لشركات مثل 44.01 و Carbfix تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى حجر فقط إذا دفع لهم أحدهم مقابل ذلك.
قبل أن يتم حقن ثاني أكسيد الكربون تحت الأرض ، يجب أولاً التقاطه من الهواء. كما أن تقنية احتجاز ثاني أكسيد الكربون ليست رخيصة. ومع ذلك ، يتوقع Nemet أن تكلفة التقاط الهواء المباشر ستنخفض بمرور الوقت (كما حدث مع التقنيات الأخرى ، مثل طاقة الرياح).
حتى إذا كان شخص ما على استعداد لدفع ثمنها ، فإن تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى حجر سيتطلب الكثير من العمل. قد تستغرق شركات مثل Carbfix و 44.01 20 عامًا لتصل إلى حقن جيجا طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا. والعمليات اللازمة للقيام بذلك ستكون ضخمة حقًا.
يقدر كليمان أن حبس مليار طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا في عمان قد يتطلب 5000 بئر حقن. ستحتاج هذه الآبار إلى ضخ 23 كيلومترًا مكعبًا من المياه في باطن الأرض كل عام. هذا يساوي حوالي ربع التدفق السنوي لنهر ميسوري. لأن عمان هي أمة صحراوية ، يجب أن تأتي هذه المياه من المحيط.
يتطلب جمع مليار طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا من الجو آلاف الآلات ، كل منها بحجم شاحنة. يمكن أن يلتهموا معًا ما يصل إلى 1.3 تريليون كيلوواط / ساعة من الكهرباء سنويًا. هذا هو ثلاثة أضعاف كمية الكهرباء التي تستهلكها ولاية تكساس بأكملها. لتجنب تدفق المزيد من ثاني أكسيد الكربون في الهواء ، يجب أن تأتي هذه الكهرباء من مصدر متجدد - مثل الرياح أو الطاقة الشمسية - وليس الوقود الأحفوري.
لحسن الحظ ، تتمتع عمان بالكثير من أشعة الشمس. يمكن لحوالي 600 كيلومتر مربع (230 ميل مربع) من مجمعات الطاقة الشمسية توفير الكهرباء اللازمة. هذا يمثل حوالي خمسمائة من مساحة عمان. يقول أجاي جامبير:"إنه أمر لا يمكن التغلب عليه". "لكنه يمثل نوعًا من التحدي" ، يلاحظ خبير اقتصادي الطاقة هذا. يعمل في إمبريال كوليدج لندن في إنجلترا.
بحلول عام 2050 ، سيحتاج الناس إلى إزالة ما يصل إلى 20 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون من السماء كل عام. سيتطلب ذلك 20 من هذه العمليات الضخمة - أو مئات العمليات الأصغر - تعمل في جميع أنحاء العالم.
ينظر جامبير إلى هذه التقنيات باعتبارها "بوليصة تأمين" مهمة. سوف يستغرق إتقانها سنوات. ولكن إذا وصلنا إلى عام 2040 ولا تزال انبعاثات ثاني أكسيد الكربون مرتفعة ، فسيكون قد فات الأوان في هذه المرحلة لبدء العمل عليها ، كما يقول. "القيام بذلك الآن هو الشيء الصحيح الذي ينبغي عمله."
