توربينات الرياح والألواح الشمسية التي تولد الكهرباء هي أمثلة على التكنولوجيا الصديقة للبيئة - أو "الخضراء". وجدت دراسة جديدة أن هذه الأشكال من الطاقة المتجددة قد تكون خضراء بمعنى آخر أيضًا. يبدو أن مجموعات كبيرة من تلك التوربينات أو ما يسمى بمزارع الألواح الشمسية قادرة على جلب الأمطار إلى الصحراء. وهذا من شأنه أن يسمح لمزيد من النباتات بالنمو.
الشرح:ما هو نموذج الكمبيوتر؟
يوجينيا كالناي خبيرة في الطقس والمناخ. تعمل في جامعة ماريلاند في كوليدج بارك. عملت أيضًا في National Weather Service و NASA. في كل مكان ، استخدمت أجهزة الكمبيوتر لـ تصميم الطقس والمناخ. تساعد مثل هذه النماذج العلماء على فهم كيفية تغير درجات الحرارة والأمطار بمرور الوقت. تُعرف التغييرات اليومية باسم الطقس. الأنماط طويلة المدى ، مثل الاتجاهات الموسمية التي تستمر لسنوات ، تصف مناخ المنطقة.
يمكن لتوربينات الرياح والألواح الشمسية تغيير طريقة تحرك الهواء. عندما تتحرك الرياح عبر الشفرات الدوارة للتوربينات ، يتم تحويل بعض قوتها إلى كهرباء. هذا يضعف تلك الرياح. قد تغير التوربينات أيضًا مسار الرياح ، وتوجه بعضًا منها حول خارج مزرعة الرياح.
يمكن أن تؤثر كلتا التقنيتين أيضًا على درجات الحرارة القريبة. يمكن أن ترفع الألواح الشمسية درجة الحرارة المجاورة بمقدار 3 إلى 4 درجات مئوية (من 5 إلى 7 درجات فهرنهايت). تعمل التوربينات أيضًا على رفع درجات الحرارة ، إلى حد كبير عن طريق الحفاظ على دفء الليالي. يرتفع الهواء الدافئ. إذا ارتفع عالياً بدرجة كافية ، واحتوى على الكثير من بخار الماء ، فقد يتكثف في النهاية إلى سحب تنتج المطر.
بهذه الطرق ، يمكن أن تؤثر مزارع الرياح والطاقة الشمسية على المناخ. لكن هل ستكون التغييرات كبيرة بما يكفي لتكون مهمة؟ هذا ما أراد كالناي وآخرون معرفته. تُظهر نماذج الكمبيوتر الجديدة الخاصة بهم أن مزيجًا من تقنيات الطاقة هذه قد يزيد هطول الأمطار ويحول الصحاري في النهاية إلى مناطق غنية بالنباتات.
اختباره
تعاون كالناي مع صفا موتيشاري ، عالمة الأنظمة في ولاية ماريلاند. يدرس علماء الأنظمة كيفية عمل الأنظمة المعقدة ، مثل المناخ. جند الثنائي من ماريلاند يان لي ، عالِم الجيولوجيا في جامعة بكين للمعلمين في الصين ، للانضمام إليهما. جلب هؤلاء الثلاثة علماء آخرين من ماريلاند وإيطاليا والصين للانضمام إلى دراستهم. لم يكن بناء مزارع كبيرة للرياح أو الطاقة الشمسية فقط لدراسة سؤالهم خيارًا. سيكون مكلفا جدا قد يؤدي أيضًا إلى حدوث مشكلات مناخية غير متوقعة. لذلك استخدم الفريق بدلاً من ذلك نماذج الكمبيوتر لاستكشاف كيف يمكن لتوربينات الرياح والمزارع الشمسية أن تغير مناخ المنطقة.
تعمل نماذج الطقس والمناخ من البيانات التي تم جمعها على مدى عقود. وهي تشمل بيانات عن الطقس الذي نشأ عند وجود ظروف معينة. وشملت هذه الظروف درجات الحرارة والأمطار أو تساقط الثلوج. كما تضمنت أيضًا ضغط الهواء والرياح وضوء الشمس وحركة الحرارة داخل وخارج الأرض والمسطحات المائية الكبيرة.
من أجل دراستهم الجديدة ، طور الباحثون نموذجًا لصحراء شمال إفريقيا. أكبر صحراء في العالم ، تدعم القليل من الحياة. على الرغم من أن قلة من الناس يعيشون هنا ، إلا أن الكثير منهم يقيمون في المناطق المحيطة بها. لذا فإن وضع مزارع الرياح والطاقة الشمسية في هذه المنطقة يمكن أن يساعد في تلبية احتياجاتهم من الكهرباء.
الحافة الجنوبية للصحراء منطقة تسمى الساحل. في هذه المنطقة الانتقالية ، تصبح الصحراء سافانا عشبية تنتشر فيها الأشجار. لا تهطل الأمطار بكثرة في منطقة الساحل ، وقد أدى تغير المناخ إلى تقليل هذه الأمطار في السنوات الأخيرة. لأن زراعة المحاصيل تساعد في إطعام السكان المحليين ، فإن هطول الأمطار مهم هنا.
قام الفريق بتشغيل نموذجها عدة مرات. في جولة واحدة ، افترضت أن الناس سيقيمون مزارع الرياح فقط. افترض تشغيل آخر أن الناس سوف يقومون بتركيب مزارع شمسية فقط. شخص ثالث يفترض أن يبني كليهما. كل هذه الـ سيناريوهات سيؤثر على طقس الصحراء - ولكن بشكل مختلف ، أظهر النموذج.
رفعت مزارع الرياح درجة الحرارة بمعدل 2.16 درجة مئوية (3.89 درجة فهرنهايت). حدثت معظم هذه الزيادة في الليل ، عندما تكون درجة حرارة الأرض أقل من المعتاد. كما ضاعفت توربينات الرياح معدل هطول الأمطار في الصحراء الذي تضاعف في الصحراء. لكن مضاعفة عدد صغير لا يزال في نهاية المطاف تأثير ضئيل. زاد متوسط هطول الأمطار اليومية بمقدار 0.25 مليمتر فقط (0.01 بوصة). ستشهد منطقة الساحل زيادة يومية أكبر قليلاً ، كما توقع النموذج - 1.12 ملم (0.04 بوصة) المزيد من الأمطار.
وأظهرت النماذج أن مزارع الطاقة الشمسية ستزيد درجات الحرارة بنسبة 1.12 درجة مئوية (2.02 درجة فهرنهايت). وحدث هذا التغيير بشكل رئيسي خلال النهار. كما أنهم سيزيدون متوسط هطول الأمطار في اليوم ، ولكن أقل من مزارع الرياح. يمكن أن تضيف الزيادة ما يصل إلى 47.5 ملمًا إضافيًا (1.9 بوصة) سنويًا في الصحراء و 208 ملم (8.2 بوصة) في الساحل.
أدى تركيب مزيج من المزارع الشمسية وتوربينات الرياح إلى إحداث تغيير أكبر - ليس في درجة الحرارة ولكن في هطول الأمطار. في الصحراء ، أدى وجود كل من مزارع الرياح والطاقة الشمسية إلى مضاعفة كمية الأمطار التي سقطت ، لتصل إلى 215.4 ملم (8.5 بوصات) في اليوم. ستشهد منطقة الساحل القريبة زيادة كبيرة - تصل إلى 500 ملم (20 بوصة) من الأمطار الإضافية كل عام.
توقعت النماذج أن يزداد متوسط هطول الأمطار بمرور الوقت ، مع نمو المزيد من النباتات. تنقل النباتات الماء من الأرض إلى الهواء. العملية التي يستخدمونها لها اسم طويل: تبخر نتح (Ee-VAP-oh-tran-spur-AY-shun). يمكن أن يحمل الهواء الأكثر دفئًا المزيد من الماء. لذلك عندما يرتفع هذا الهواء ، يمكنه نقل المزيد من الماء ليصبح غيومًا. يمكن لهذه الغيوم إطلاق المطر ، مما يؤدي إلى نفض عطش النباتات أدناه. بمرور الوقت ، تكرر هذه العملية نفسها مرارًا وتكرارًا. هذا يسمى ردود فعل إيجابية يمكن أن تزيد الأمطار بشكل كبير. أظهرت النماذج أن هذا صحيح بشكل خاص في منطقة الساحل ، حيث يعتمد الناس على تلك المياه.
في نهاية المطاف ، أظهرت النماذج ، أن هطول الأمطار سوف يستقر عند كمية جديدة أعلى. وذلك لأن النباتات ستكون الآن جزءًا ثابتًا من المناظر الطبيعية والمناخ أكثر استقرارًا.
وصفت كالناي وزملاؤها هذا الاتجاه في 7 سبتمبر في العلوم .
يقول موتيشاري إن مثل هذه التغيرات في هطول الأمطار يمكن أن تؤدي إلى زراعة أفضل. ويضيف أن هطول المزيد من الأمطار سيساعد أيضًا على نمو النباتات البرية ، مما يمنح الماشية المزيد من الرعي.
"نعتقد أن البلدان في الصحراء ومنطقة الساحل المجاورة يجب أن تفكر بجدية في الاستثمار في طاقة الرياح والطاقة الشمسية ،" قال موتيشاري ولي. وهم يجادلون بأن هذا من شأنه أن ينتج كميات كبيرة من الكهرباء النظيفة والمتجددة. كميزة إضافية ، فإنه سيجلب الأمطار إلى منطقة أصبحت أكثر جفافاً.
ليس بالحل البسيط
يلاحظ إبراهيما ديديو أن "تأثير [المزارع] الشمسية على المناخ والنظم البيئية معقد". إنه عالم بيئة في غرب إفريقيا بجامعة Thiès في السنغال. يقول إن مزارع الطاقة الشمسية قد تزيد من هطول الأمطار في الساحل. لكنها قد تقلل أيضًا من كمية ثاني أكسيد الكربون (أحد غازات الدفيئة) التي تمتصها المحاصيل والمراعي والغابات. لذلك يمكن أن يكون التأثير الكلي على تغير المناخ مختلطًا ، كما يقول.
تحذر ريبيكا هيرنانديز من أن التأثيرات غير المقصودة قد تتجاوز قضايا المناخ. هي عالمة بيئة في جامعة كاليفورنيا ، ديفيس متخصصة في المناظر الطبيعية الجافة ، مثل الصحاري. وتقول إن توربينات الرياح والمزارع الشمسية غالبًا ما تزعج النظم البيئية بطرق تسمح للأنواع النباتية الغازية بالسيطرة. نظرًا لكونها تتفوق على النباتات المحلية ، فقد تعاني أيضًا الحيوانات التي تعتمد على تلك النباتات المحلية.
من الواضح أن الناس بحاجة إلى التفكير مليًا في كيفية ومكان إنشاء مزارع الطاقة المتجددة ، كما يقول هيرنانديز. وتقول إن وضع مزارع الرياح والطاقة الشمسية في الأماكن التي بنى فيها الناس بالفعل مدنًا وبلدات سيكون مفيدًا بشكل خاص. لقد تم بالفعل تعطيل بيئتهم ، كما تلاحظ ، لذا فإن إضافة أنظمة الطاقة قد لا تسبب كل هذا الضرر الإضافي. علاوة على ذلك ، فهذه هي الأماكن التي يستهلك فيها الناس أكبر قدر من الطاقة.
