فائدة نشر الصخور المكسرة على الأراضي الزراعية: إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي

تتم إزالة غاز ثاني أكسيد الكربون (CO₂) بشكل طبيعي من الهواء عندما يتفاعل مع أنواع معينة من الصخور. ويمكننا تسريع هذه العملية عن طريق سحق الصخور المناسبة ونشرها في الحقول الزراعية. يمكن لهذه الطريقة البسيطة، المعروفة باسم "تجوية الصخور المعززة"، أن تزيد بشكل كبير من معدل إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. تشير دراسات النمذجة إلى أنه يمكن إزالة مليارات الأطنان من ثاني أكسيد الكربون سنويًا إذا تم نشر هذه الصخور المسحوقة على الأراضي الزراعية على مستوى العالم. مع الانبعاثات الحالية المرتبطة بالطاقة عند 37 مليار طن سنويًا، فإن هذا يعني أن التجوية المعززة يمكن أن تساهم بشكل كبير في الوصول إلى انبعاثات صفرية صافية. وهناك حقل جديد ينشأ بسرعة للقيام بذلك. تستعرض هذه المقالة التجوية الصخرية وفعاليتها في إزالة الكربون من الغلاف الجوي الأرضي.

37 مليار طن سنويًا

هذا هو حجم الانبعاثات السنوية المرتبطة بالطاقة الذي يجعل التجوية الصخرية المعززة خيارًا مهمًا ضمن مسارات الوصول إلى صافي الانبعاثات الصفري.

ما هي التجوية الصخرية؟

تعتمد الفكرة على تفاعل كيميائي معروف طبيعيًا، لكن يجري تسريعه باستخدام الصخور المسحوقة فوق التربة الزراعية، مع فوائد إضافية محتملة للتربة والمحاصيل.

كيف تعمل إزالة الكربون عبر التجوية المعززة

1

سحق الصخور المناسبة

تُستخدم صخور غنية بالكالسيوم أو المغنيزيوم مثل البازلت، سواء من الاستخراج المباشر أو من المنتجات الثانوية للتعدين وصناعة الحصى.

2

نشرها فوق التربة الزراعية

يمكن استخدام معدات الطحن والتوزيع الزراعي الحالية لنشر الصخور المسحوقة على الحقول.

3

تفاعل حمض الكربونيك مع الصخور

يذوب ثاني أكسيد الكربون في التربة مكوّنًا حمض الكربونيك، ثم يتفاعل هذا الحمض مع المعادن في الصخور.

4

تحويل الكربون إلى أشكال أكثر استقرارًا

ينتج عن التفاعل بيكربونات قد تبقى في التربة، أو تنتقل إلى المياه الجوفية والأنهار والبحار، أو تتحول إلى كربونات صلبة مثل الحجر الجيري.

5

فوائد جانبية للتربة

يمكن لهذه الإضافة أن تعادل حموضة التربة وتوفر عناصر غذائية مثل المغنيزيوم والكالسيوم والفوسفور، وقد تساعد في تحسين المحتوى العضوي وإنتاج المحاصيل.

أهمية القياس:

ولكن قبل أن ينجرف الجميع بعيدًا، من الأهمية بمكان أن نكون قادرين على قياس كمية ثاني أكسيد الكربون المحتجزة في الغلاف الجوّي. ينبغي على كل من الصناعة والحكومات إجراء قياسات دقيقة بهدف الإبلاغ الفعال والتنظيم ورسم السياسات. في دراسة حديثة، قيس معدّل احتجاز ثاني أكسيد الكربون في تربة زراعية استوائية. وتبيّن أنه منخفض في هذه التربة، على الرغم من التجوية الكبيرة. وهذا يعني أن نوع التربة يحتاج إلى دراسة متأنية عند تقدير معدل احتجاز ثاني أكسيد الكربون.

هل نقيس ذلك بشكل صحيح؟

تُظهر الدراسات الحقلية والمخبرية نطاقًا واسعًا جدًا في النتائج، ما يجعل المقارنة بين المواقع والطرق أمرًا أساسيًا لفهم الأداء الحقيقي.

مقارنة بين بعض التقديرات والنتائج المقاسة

الموقع أو الحالة	المعدل أو المعطى	الملاحظة
الغرب الأوسط في الولايات المتحدة	حتى 2.6 طن CO₂ لكل هكتار سنويًا	قُدِّر على مدى أربع سنوات مع تطبيق 50 طنًا من البازلت الناعم لكل هكتار سنويًا.
جزيرة جاوة في إندونيسيا	2.8 طن CO₂ لكل هكتار سنويًا	قريب من أعلى معدل طبيعي مُبلّغ عنه عالميًا.
حقل قصب السكر في أستراليا	معدلات منخفضة للغاية	أظهرت قياسات البيكربونات والكربونات في التربة والمياه إزالة ضعيفة لثاني أكسيد الكربون.
نطاق التقديرات العام	من 0.02 إلى أكثر من 10 أطنان CO₂ لكل هكتار	يعكس التباين بين الصخور وطريقة التطبيق والمناخ والتربة ونظام الزراعة ومدة التجربة وطريقة القياس.

في منطقة الغرب الأوسط في الولايات المتحدة الأمريكية، قُدرت معدلات إزالة ثاني أكسيد الكربون المحتملة بما يصل إلى 2.6 طن من ثاني أكسيد الكربون لكل هكتار سنويًا، على مدى فترة أربع سنوات. وكان هذا على أساس تطبيق 50 طنًا من البازلت المسحوق الناعم لكل هكتار سنويًا. هذا المعدل قريب من أعلى معدل طبيعي تم الإبلاغ عنه عالميًا، في جزيرة جاوة في إندونيسيا (2.8 طن من ثاني أكسيد الكربون لكل هكتار سنويًا). ولكن عندما طُبق البازلت المسحوق على أحد حقول قصب السكر في أستراليا، على مدى خمس سنوات بنفس المعدل، حصلنا على نتائج مختلفة تمامًا. أظهرت قياسات البيكربونات والكربونات في التربة والمياه معدلات منخفضة للغاية لإزالة ثاني أكسيد الكربون. نستنتج أنه، بشكل عام، تتباين نتائج التجارب المخبرية والحقلية تباينًا كبيرًا من دراسة إلى أخرى. في الحقيقة، تتراوح تقديرات إزالة ثاني أكسيد الكربون من 0.02 إلى أكثر من 10 أطنان من ثاني أكسيد الكربون لكل هكتار. قد يكون هذا التباين بسبب طبيعة الصخور المكسرة وطريقة تطبيقها، والمناخ، ونوع التربة، ونظام الزراعة، ومدة التجربة. يعتمد الرقم أيضًا على طريقة القياس المستخدمة. الأمر المؤكد هو وجود فجوة كبيرة بين احتجاز الكربون المقيس بشكل مباشر والكمية المقدرة بطرق أخرى.

دور التربة:

يشير هذا القسم إلى أن نوع التربة، وخصوصًا درجة حموضتها، قد يغير مقدار الكربون الذي يُحتجز فعليًا حتى عندما تستمر التجوية الصخرية نفسها.

🌱

العوامل التي تجعل التربة عنصرًا حاسمًا

لا يكفي طحن الصخور ونشرها؛ فالاستجابة النهائية تعتمد على خصائص التربة والتفاعلات الكيميائية التي تحدث فيها.

اختلاف أنواع التربة

أظهرت الدراسات أن الفجوة بين القياس المباشر والتقدير تختلف من تربة إلى أخرى، لذلك لا يمكن تعميم نتيجة موقع واحد على جميع الحقول.

حموضة التربة

في التربة الحمضية قد تتفاعل الصخور المضافة أساسًا مع أحماض أقوى من حمض الكربونيك، ما يقلل احتجاز ثاني أكسيد الكربون رغم استمرار التجوية.

فجوة القياس والتقدير

المشاريع الواسعة تعتمد كثيرًا على النمذجة ومعدلات التجوية التقديرية، لكن هذه الطرق قد تختلف عن الاحتجاز المقاس مباشرة.

ربما يكون القياس المباشر لإزالة ثاني أكسيد الكربون عن طريق تحويله إلى بيكربونات وكربونات في التربة والمياه صعبًا ومكلفًا. حتى الآن، يتم ذلك بشكل أساسي في التجارب البحثية. أما ميدانيًا، في المشاريع واسعة النطاق، فتستعمل تقنيات أخرى، أسهل للمراقبة والإبلاغ، لتقدير إزالة ثاني أكسيد الكربون. تستخدم هذه التقديرات مزيجًا من النمذجة وتقديرات معدل التجوية. في دراسة أُجريت في البيوت الزجاجية تبيّن أن التناقض بين احتجاز ثاني أكسيد الكربون المقيس والمقدر يختلف كثيرًا بين تربة وأخرى. وعُزي هذا التناقض إلى حد كبير إلى حموضة التربة. ففي التربة الحمضية، كانت التجوية ترجع في الغالب إلى الأحماض الأقوى من حمض الكربونيك؛ إذ يتفاعل الصخر المضاف بشكل تفضيلي مع هذه الأحماض الأقوى بدلًا من حمض الكربونيك، لذلك تحدث التجوية الصخرية، ولكن دون احتجاز الكثير من ثاني أكسيد الكربون.

لقد أصبح من الواضح بشكل متزايد أنه سيتعين إزالة الغازات المسببة للاحتباس الحراري من الغلاف الجوي إذا أردنا تجنب تغير المناخ الخطير، ويجب خفض انبعاثات الكربون. لكن هذه التخفيضات لن تكون كافية لتحقيق هدف الانبعاثات الصفرية بحلول عام 2050. لذا فإن إزالة الكربون يجب أن تساوي على الأقل الانبعاثات المتبقية. تتمتع التجوية الصخرية المعززة بإمكانيات كبيرة لإزالة ثاني أكسيد الكربون، لكن ليس لدينا بعد طرق قوية لقياس فعاليتها. هناك حاجة لفهم أفضل للتفاعلات في التربة التي تؤثر على إزالة ثاني أكسيد الكربون في أنواع مختلفة من التربة. قد نحتاج أيضًا إلى الاستمرار في قياس احتجاز الكربون بشكل مباشر حتى نثق بنتائج تقديرات أكثر ملاءمة.