كان 8 سبتمبر 2017 موعدًا مثيرًا لـ Katey Walter Anthony. في هذه الأمسية الباردة الخالية من الرياح ، زارت بحيرة آسيه في ألاسكا لأول مرة. قلة من الناس يزورون هذا الامتداد البعيد من البرية. وهي مغطاة بأشجار التندرا والشجر الرقيق. تنتشر الآلاف من البحيرات في المنطقة. لكن والتر أنتوني أدرك بسرعة أن هذه البحيرة كانت غريبة. عندما كان قاربها يمر عبره ، وصلت إلى مكان بدا أن الماء فيه يغلي.
لم يكن الماء دافئًا. لكنها اهتزت وفوارت. تتدفق الفقاعات من جميع الأحجام ، وظهرت على السطح. إحدى الفقاعات ، بحجم الكرة اللينة ، تسببت في إطلاق صوت طائر bloonk كما تمزق. غطت الفقاعات مساحة من البحيرة أكبر من ملعب كرة قدم. وقاموا بهذه القوة لدرجة أنهم دفعوا قاربها ببطء إلى الجانب.
انحنى والتر أنتوني على حافة القارب وجمع بعض الفقاعات في زجاجة. ثم ضربت عود ثقاب وفتحت الزجاجة لتطلق الغاز الذي جمعته للتو. اشتعلت النيران في الغاز!
الشرح:أول أكسيد الكربون وغازات الدفيئة الأخرى
وأكدت الشعلة الصفراء التي رقصت فوق الزجاجة شكوكها. أظهر أن البحيرة كانت تتدفق غازًا قابل للاشتعال يسمى الميثان. يحتوي كل جزيء (CH) على ذرة كربون مرتبطة بأربع ذرات من الهيدروجين.
يمكن للميثان ، باعتباره أحد غازات الدفيئة القوية ، أن يمتص الإشعاع من الشمس ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الغلاف الجوي. الميثان ، إلى جانب ثاني أكسيد الكربون ، مصدر رئيسي للاحترار العالمي. ستظهر الحسابات اللاحقة أن هذه البحيرة الصغيرة كانت تنبعث الكثير من هذا الغاز - حوالي 2000 كيلوغرام (4400 رطل) كل يوم.
يعمل والتر أنتوني في جامعة ألاسكا في فيربانكس. إنها عالمة علوم البحار ، عالمة تدرس البحيرات. حتى الآن ، درست أكثر من 300 منهم في القطب الشمالي. ينتج الكثير من الميثان. لكن بحيرة إيسيه كانت مختلفة. كان بإمكانها سماع قرقرة بحنجرة عميقة بينما كانت الفقاعات تشق طريقها لأعلى ، بعنف ، عبر الوحل في قاع البحيرة. تقول:"كان الصوت رائعًا حقًا". كان قادمًا من أعماق قاربها. "لم أسمع ذلك من قبل."
يعتقد العلماء أن القطب الشمالي يمكن أن يطلق كميات كبيرة من الميثان خلال المائة عام القادمة. يتم إطلاق الغاز بشكل طبيعي في صورة تربة مجمدة ، تسمى التربة الصقيعية ، ترتفع درجة حرارتها وتذوب. ويخشى بعض العلماء من أن يتسبب هذا الميثان في ارتفاع درجة حرارة العالم بسرعة أكبر مما توقعوا.
أمضى والتر أنتوني ما يقرب من 20 عامًا في محاولة لفهم هذا التهديد. إنها تحاول قياس كمية الميثان المنبعثة من ارتفاع درجة حرارة بحيرات القطب الشمالي. وبالنسبة لها ، قد تكون بحيرة إيسيه بمثابة تحذير. إذا استجابت بحيرات أخرى بنفس الطريقة ، يمكن أن يكون القطب الشمالي مستعدًا لإخراج غاز الميثان أكثر بكثير مما توقعه أي شخص. "نحن لا نعرف حتى مقدار الغاز الموجود هناك" ، كما تقول. "إنها بطاقة جامحة."
لهذا السبب ، من المهم فهم ما يحدث في بحيرة Esieh.
هريسة متعفنة
تغطي التربة الصقيعية 22 مليون كيلومتر مربع (8.5 مليون ميل مربع) من الأراضي عبر شمال ألاسكا وكندا وأوروبا وآسيا. هذه مساحة أكبر من الولايات المتحدة وكندا مجتمعين. هذه التربة المجمدة غنية بالمواد العضوية - بقايا النباتات التي عاشت مئات أو آلاف السنين.
تجمدت هذه النباتات الميتة قبل أن تتحلل تمامًا. ولكن مع ذوبان الجليد الدائم الآن ، بدأت الميكروبات وحيدة الخلية تتغذى على بقايا تلك النباتات. يقسمون الأشياء الميتة إلى هريسة ، مثل قصاصات المطبخ في كومة السماد. على طول الطريق ، تقوم الميكروبات بإخراج غاز الميثان وغاز آخر قائم على الكربون ، وهو ثاني أكسيد الكربون.
لقد عرف العلماء منذ فترة طويلة أن ذوبان التربة الصقيعية من شأنه أن يطلق هذه الغازات. ما لم يكن واضحًا هو مقدار ما يمكن أن يخرج وبسرعة. يهتم الناس بشكل خاص بالميثان. على مدى 100 عام ، تمتص أكثر من 20 مرة من الحرارة ، جرام مقابل جرام ، كما يمتص ثاني أكسيد الكربون. بمجرد وصول الميثان إلى الغلاف الجوي ، يتحول ببطء إلى ثاني أكسيد الكربون - وهو أيضًا غاز دفيئة.
كان والتر أنتوني يكتشف كمية الميثان التي تنبعث من بحيرات القطب الشمالي. بدأت في عام 2002 ، بينما كانت تعمل للحصول على درجة الدكتوراه في جامعة ألاسكا. في ذلك الوقت ، كانت تقضي معظم وقتها في سيبيريا ، شمال شرق روسيا.
يمكن أن يؤدي ذوبان الجليد الدائم إلى ترهل الأرض. تمتلئ هذه البقع المنخفضة بالمياه - وتشكل ما يسمى بحيرات "الكارست الحرارية". رأت والتر أنتوني فقاعات صغيرة من الميثان تتصاعد وهي تجدف بقاربها عبر إحدى بحيرات سيبيريا ، المسماة شوتشي. لكنها لا تستطيع أبدًا توقع مكان ظهور الفقاعة. لذلك لم تستطع التقاطها أو قياسها.
سماء مرصعة بالنجوم
حصلت على بعض النصائح من عالم البيئة في محطة العلوم الشمالية الشرقية في تشيرسكي ، روسيا. اقترح عليها سيرجي زيموف أن تجرب طريقة جديدة:انتظر حتى ينتهي الشتاء تجمد البحيرة. قد يحبس الجليد فقاعات الميثان ، ويوضح لها مكان تراكم الغاز.
في أكتوبر 2002 ، ارتدت سترة من أسفل وتوجهت إلى البرد. جرفت الثلج من شريط من جليد البحيرة ، ثم سكبت الماء عليه. أدى هذا إلى تسوية الجليد حتى تتمكن من الرؤية من خلاله إلى البحيرة أدناه.
تقول:"كان الأمر أشبه بالنظر إلى سماء الليل المرصعة بالنجوم". برزت فقاعات الغاز البيضاء على الخلفية المظلمة للمياه بالأسفل. لأول مرة ، أدركت أن معظم الفقاعات كانت تظهر في أماكن محددة جدًا - ودائمًا نفس الأماكن. الآن هي تعرف مكان تلك الأماكن.
لقد استخدمت المخل لتقطيع الثقوب في الجليد. (حصلت على مساعدة من زميل كبير يُدعى دميتري درالوك ، الذي عمل أيضًا كإطفائي محلي وواعظ وكمال أجسام.) أدخلت هي و Draluk زجاجات ، مع قمع مقلوبة ، لجمع الغاز الذي كان يتصاعد. لقد أبقوا مصائد الفقاعات في مكانها حتى بعد ذوبان الجليد.
بعد عام من اصطياد الفقاعات ، تمكن والتر أنتوني أخيرًا من حساب كمية الميثان التي كانت تتصاعد. وتقول إن النتائج تركتها "متفاجئة للغاية".
اعتقد العلماء أن معظم غاز الميثان يتسرب دون تكوين فقاعات. لقد اعتقدوا أن الفقاعات تحمل القليل من الغاز. لكن والتر أنتوني وجد أن الفقاعات تحتوي على ميثان أكثر بكثير مما كان يتسرب من طرق أخرى. ولأن العلماء فاتتهم هذه الفقاعات ، فقد قللوا من تقدير كمية الميثان التي كانت تتجشأ بها البحيرات.
ملاحظات إيجابية
تنتشر آلاف البحيرات الكارستية الحرارية على أسطح سيبيريا وألاسكا وكندا. إذا كانت قياسات والتر أنتوني صحيحة بالنسبة لهم جميعًا ، فمن الممكن أن تتجشأ هذه البحيرات بمقدار خمسة أضعاف كمية الميثان التي كان يعتقدها الناس.
يقول David McGuire:"كان هذا بالتأكيد تقدمًا كبيرًا". "لقد أعطانا فكرة أفضل بكثير عن أهمية بحيرات الكارست الحرارية." إنه عالم التربة الصقيعية ويعمل أيضًا في جامعة ألاسكا في فيربانكس.
بمجرد تكوين بحيرة كارستية حرارية ، يمكن الآن أن تذوب التربة الصقيعية الموجودة تحتها بسرعة أكبر. ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن البحيرة المظلمة تمتص المزيد من ضوء الشمس أكثر من التربة المتجمدة. تقدر والتر أنتوني ومعاونوها أن هذا التعزيز في الذوبان يمكن أن يتسبب في إطلاق التربة الصقيعية في القطب الشمالي ضعف كمية الكربون بحلول عام 2100 كما توقع الناس. (يشمل هذا "الكربون" كلاً من الميثان وثاني أكسيد الكربون.) وهذا بدوره يمكن أن يتسبب في مزيد من الاحترار ، والمزيد من إذابة التربة الصقيعية - ومن ثم إطلاق المزيد من غازات الدفيئة.
يطلق العلماء على هذه الحلقة المفرغة ردود فعل إيجابية . تشير بعض التقديرات إلى أنه بحلول عام 2100 ، يمكن أن تضيف ردود الفعل الإيجابية من ذوبان التربة الصقيعية 0.3 درجة مئوية إضافية (0.54 درجة فهرنهايت) من الاحتباس الحراري.
هذا قد لا يبدو كثيرا ولكن يمكن أن يحدث فرقًا كبيرًا إذا كان الناس ما زالوا يأملون في منع ارتفاع درجة حرارة الأرض أكثر من 1.5 درجة مئوية أخرى (2.7 درجة فهرنهايت).
تضاعفت مستويات الميثان في الغلاف الجوي للأرض منذ عام 1700 ، من أقل من 700 جزء في المليار إلى أكثر من 1800 جزء في المليار. يأتي معظم الميثان من الأنشطة البشرية مثل التنقيب عن الغاز الطبيعي ، وتربية الأبقار ، وتعفن القمامة المطمورة ، والحرق المتعمد للغابات والأراضي الزراعية.
الرسم البياني:2 Degrees Institute
يقول ستيف فرولكينج:"إنه نوع من الرياح المعاكسة". وهو عالم مناخ في جامعة نيو هامبشاير في دورهام. يقول:"سيؤدي ذلك فقط إلى جعل كل شيء أكثر صعوبة". قد يعني ذلك أنه سيتعين على الناس تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بنسبة أكبر.
ولكن حتى هذه التنبؤات بشأن الغازات التي أساسها الكربون والتي تنبعث من التربة الصقيعية لا تأخذ في الاعتبار حجم غاز الميثان المنبعث من بحيرة Esieh. وقد بدأ والتر أنتوني للتو دراسة تلك البحيرة.
النقاط الساخنة
رصد عضوان من فريقها بحيرة إيسيه لأول مرة من طائرة في أبريل 2017. وخلال عدة أيام من الطيران ، مروا فوق مئات البحيرات. كان معظمها لا يزال مغطى بالجليد الشتوي. لكن ميلاني إنجرام وألين بوندورانت لاحظا أن بحيرة واحدة بها نقطتان كبيرتان مظلمتان خاليتان من الجليد. لقد توقعوا أن هذه كانت "مناطق ساخنة" - مناطق كان الغاز فيها يتصاعد بسرعة كافية لمنع أي جليد من التكون.
زار والتر أنتوني البحيرة لأول مرة بعد خمسة أشهر. مع طالبة الدراسات العليا وزوجها وابنيهما الصغار ، صعدت إلى قارب وركبت أربع ساعات فوق النهر للوصول إلى البحيرة. بمجرد الوصول إلى هناك ، كان من السهل العثور على النقاط الساخنة لغاز الميثان.
تقول جانيل شارب ، طالبة الدراسات العليا في تلك الرحلة ، إن التجديف بقارب الكاياك في المناطق التي تنبعث منها الفقاعات كان في الواقع "مخيفًا بعض الشيء". ليس مخيفًا تمامًا - ولكنه غريب. تقول:"يبدو الأمر كما لو أن الماء يغلي". "الفقاعات التي تظهر كبيرة مثل رأسك."
عادت والتر أنتوني وفريقها إلى بحيرة إيسيه في مايو 2018. وعسكروا على أحد التلال المطلة على إحدى البقع التي تنبعث منها الفقاعات. طافت القوارب الحادة حول البحيرة باستخدام السونار ، أو نبضات الصوت ، لرسم خريطة لقاعها. كان عمق معظم البحيرة حوالي متر (3 أقدام) فقط. لكنها وجدت تحت كل بقعة ساخنة حفرة عميقة في قاع البحيرة. سقط أحدهم على عمق 15 مترا (49 قدما).
التل المنهار
عاد والتر أنتوني وشارب وعدة أشخاص آخرين إلى البحيرة مرة أخرى في أغسطس 2018. وعند وصولهم ، رأوا أدلة جديدة على ذوبان الجليد الدائم. كان منحدر التل حيث خيموا قبل ثلاثة أشهر ينهار. فتحت شقوق موحلة في الأرض. كتل من التربة يصل سمكها إلى 1.5 متر (5 أقدام) انزلقت من جانب التل.
خلال تلك الرحلة ، أجرى فريدريك ثالاسو أول قياسات دقيقة للغاز. إنه عالم علوم البحار في المعهد الوطني للفنون التطبيقية في مكسيكو سيتي. لقد زار الكثير من بحيرات القطب الشمالي مع والتر أنتوني على مر السنين. لقد صُدم عندما اكتشف أن هذا الميثان كان يطلق غاز الميثان أسرع 100 مرة من معظم الآخرين الذين رآهم.
قام والتر أنتوني بتأريخ عمر مصدر الميثان عن طريق قياس الكربون المشع 14 في الغاز. يتراكم الكربون 14 في النباتات عندما تكون على قيد الحياة. بعد موت النباتات ، يتحلل الكربون -14 ببطء إلى نيتروجين. يعرف العلماء مدى سرعة اختفاء الكربون 14. لذلك من خلال قياس الكمية المتبقية منه ، يمكنهم معرفة المدة التي عاشتها النباتات التي جمعتها.
أظهرت قياسات الكربون 14 التي أجراها والتر أنتوني أن غاز الميثان في بحيرة Esieh كان قادمًا من مصدر قديم جدًا. كانت هذه نباتات متعفنة ماتت منذ 40 ألف عام على الأقل - وربما حتى ملايين السنين قبل ذلك.
تعتقد الآن أن الميكروبات التي تصنع هذا الميثان تأكل نوعًا من الوقود الأحفوري. قد يعيشون في فراش من الفحم (مصنوع من نباتات قديمة) مدفون في مكان ما تحت البحيرة - حتى تحت التربة الصقيعية.
كان من الممكن أن يتسرب هذا الميثان من خلال الشقوق في الصخر - حتى يصطدم بالتربة الصقيعية فوقها. لا يمكن للغاز أن يمر عبر هذا الحاجز المتجمد. لذلك تجمعت تحت التربة المجمدة لعشرات الآلاف من السنين.
ازدهار كبير
من المحتمل أن يكون هذا قد تغير عندما ذابت التربة الصقيعية تحت بحيرة Esieh على طول الطريق إلى قاعها ، كما يعتقد والتر أنتوني الآن. فجأة كل هذا الميثان المعبأ كان لديه طريقة للهروب.
قد يكون الغاز قد انفجر بعنف في البداية. تقول أن هذا من شأنه أن يفسر الحفر العميقة في قاع البحيرة. إذا كان هذا صحيحًا ، فقد لا تكون بحيرة Esieh المكان الوحيد الذي حدث فيه هذا.
اكتشف العلماء حفرًا أكبر في التربة الصقيعية في سيبيريا. تم اكتشاف إحداها في عام 2014 ، ويبلغ عمقها 50 مترًا (حوالي 160 قدمًا). ألقى الانفجار الذي مزق هذه الفتحة في الأرض قطعًا من التراب على بعد 125 مترًا (400 قدم). لا يتفق الجميع على سبب الانفجارات. لكن إحدى الأفكار هي أنها نتجت عن انفجار غاز الميثان من الأسفل.
تظهر الأدلة على انفجارات غاز الميثان المماثلة في الحفر في أجزاء من قاع البحر في القطب الشمالي شمال النرويج. وجدت قبل عامين ، بعضها يمتد لمسافة كيلومتر (0.6 ميل) عبر.
المهم هو أن بعض هذا الميثان يأتي من مصدر لم يحسبه العلماء بعد. عندما يتحدث العلماء عن الكربون السرمدي ، فإنهم يقصدون النباتات الميتة المدفونة داخل التربة الصقيعية ، والتي ستتحول الميكروبات إلى غاز الميثان وثاني أكسيد الكربون.
لكن قد يكون الميثان الموجود في بحيرة إسيه قد أتى من مصدر أعمق ، واحد أسفل التربة الصقيعية. وإذا كان هذا صحيحًا ، فإن ذوبان التربة الصقيعية يمكن أن يطلق غاز الميثان أكثر بكثير مما كان يعتقد العلماء.
سؤال مهم
يقول Frolking إن اكتشاف والتر أنتوني في بحيرة Esieh "مثير للاهتمام ورائع حقًا". ويشير إلى أن هذه البحيرة قد تكون حدثًا غريبًا - الوحيد من نوعه. لن يكون الميثان الذي يتجشأ من بحيرة واحدة كافيًا تقريبًا لتغيير مناخ العالم.
ولكن إذا بدأت البحيرات الأخرى تتصرف بنفس الطريقة؟ يقول:"إذن فالأمر مهم جدًا". "إنه ضخم."
ويخشى والتر أنتوني أن يكون هذا هو الحال. وتقول إن الميثان قد يظل محاصرًا تحت التربة الصقيعية في جميع أنحاء القطب الشمالي. يأتي الكثير منها من الوقود الأحفوري المدفون بعمق. كان من الممكن أن يتراكم الغاز ببطء طالما كانت التربة الصقيعية موجودة لوقف ارتفاعها. في بعض الأماكن ، قد يكون ذلك أكثر من مليون سنة.
السؤال هو ما إذا كان هذا الغاز سيؤدي إلى المزيد من البحيرات مثل Esieh.
يقول والتر أنتوني:"عندما تذوب التربة الصقيعية وتصبح مثل الجبن السويسري ، من المنطقي أن نعتقد أننا سنشهد المزيد والمزيد من هذه."
