چگونه می‌توان بدون مسدودکردن نور خورشید، زمین را خنک کرد؟

در پاییز سال ۱۹۹۳، کشتی‌ای با بار نزدیک به ۴۵۳ کیلوگرم بشکه‌های‌ کریستال آهن (هماتیت) به اقیانوس آرام رفت و سپس همه‌ی آن را در آب ریخت. صبح روز بعد، آب به رنگ سبز ملایمی از فیتوپلانکتون‌های تازه رشدکرده آمیخته شده بود. فیتوپلانکتون‌ها که برای رشد به آهن نیاز دارند، هنگام سوخت‌و‌ساز، دی‌اکسید‌کربن را از هوا خارج می‌کنند.

دانشمندان می‌دانستند که جو زمین مملو از کربن شده است و سیاره به زودی شدیدا نیازمند خنک‌شدن خواهد شد. پس چرا برای خنک‌کردن زمین تعداد بیشتری فیتوپلانکتون‌های کوچک را که می‌توانند کمک کنند، رشد ندهیم؟ جان مارتین، اقیانوس‌نگار پیشگام که این ایده را مطرح کرد، می‌گفت: «نیم تانکر آهن به من بدهید تا عصر یخبندان تحویل بدهم.» البته شوخی مارتین کاملا بی‌معنی نبود.

بارور‌کردن اقیانوس‌ها با آهن نوعی ژئومهندسی است؛ یعنی مجموعه‌ای از فناوری‌هایی که می‌توانند سیستم‌های طبیعی زمین را به‌طرز معنی‌دار تغییر دهند و به همین‌دلیل، بحث‌برانگیز هستند. ژئومهندسی عمدتا شامل راه‌حل‌های دخالت در جو، خاک و اقیانوس‌ها با هدف مقابله با برخی از اثرات گرمایش جهانی است.

امروزه، برخی از تکنیک‌های مهندسی زمین، مانند پاشیدن مواد شیمیایی در آسمان برای تحریک ابرها به تولید باران بیشتر و کاهش خشکسالی، استفاده می‌شوند. دانشمندان در حال آزمایش «درخشان‌سازی ابرها» هستند و بدین منظور نمک دریا را به ابرها می‌پاشند. درخشان‌سازی ابرها نور خورشید را بیشتر بازتاب می‌دهد که اثر خنک‌کنندگی دارد. حتی ایده‌های مورد‌بحث بیشتر، مانند افزودن ذرات براق گوگرد به جو برای مسدودکردن نور خورشید، اکنون بخشی از بحث‌های تغییرات آب‌و‌هوایی است. با‌این‌حال، هیچ‌کس مطمئن نیست که روش‌های مهندسی زمین چقدر خوب کار می‌کنند، چه خطراتی به همراه دارند یا ممکن است چه مشکلات غیرمنتظره‌ای ایجاد کنند.

عکاس: Nik Shuliahin

با گرم‌شدن کره‌ی زمین، ژئومهندسی آماده است تا سیاره را به روش‌های تازه‌ای دستکاری کند؛ چه با اختراع دستگاه‌هایی برای مکیدن گازهای گلخانه‌ای از جو یا وادارکردن یا میکروارگانیسم‌ها به انجام این کار. دستکاری پلانکتون‌های طبیعی درمقایسه با روش‌هایی مثل قرار‌دادن چتری بزرگ در ماورای جو برای سایه‌انداختن روی زمین، کمتر چشمگیر است.

رشته‌ی ژئومهندسی هنوز در مراحل اولیه‌ی خود است، بنابراین مشخص نیست که آیا استفاده از میکروارگانیسم‌ها واقعاً راه کم‌خطرتر و دارای اثرات جانبی کم‌تر برای مبارزه با تغییرات آب‌و‌هوایی است یا خیر. میکروب‌‌ها مانند تریلیون‌ها میکروارگانیسمی که در بدن برای سلامت ما کار می‌کنند، بر محیط و هم بر بدن ما تأثیر زیادی دارند. برای اینکه زمین زیست‌پذیرتر شود، دانشمندان باید کاملا درک کنند که چگونه موجودات میکروسکوپی اطراف ما ممکن است مفید باشند و آیا می‌توانند گزینه‌ی بهتری نسبت به برخی از ایده‌های آینده‌نگرانه‌تر و علمی-تخیلی برای خنک‌کردن سیاره باشند یا خیر.

میکروب‌ها، فراوان‌ترین موجودات روی زمین، از دوران قدیم تا به امروز به روش‌هایی که به حفظ زندگی مدرن کمک می‌کنند، خرابکاری‌های انسانی را پاکسازی کرده‌اند. میکروب‌ها محتویات محل‌های دفن زباله را تجزیه، آلاینده‌ها را از پهنه‌های آبی پاک و آلاینده‌ها را در تجهیزات تصفیه فاضلاب تجزیه می‌کنند و آلودگی نفتی را به‌تدریج از بین می‌برند.

لیزا استاین، استاد علوم زیستی در دانشگاه آلبرتا، فکر می‌کند که میکروب‌ها به اندازه‌ی موردنیاز و کافی مورد‌استفاده قرار نمی‌گیرند و اغلب در راه‌حل‌های آب‌و‌هوایی در مقیاس بزرگ نادیده گرفته می‌شوند. به گفته‌ی استاین، میکروب‌ها به ندرت در گزارش‌های هیئت بین دولتی تغییرات آب و هوایی (IPCC) در مورد سناریوهای اقلیمی آینده مورد توجه قرار می‌گیرند. با‌این‌حال، او و دیگر کارشناسان معتقدند که میکروب‌ها می‌توانند نقش مهمی در رسیدگی به تغییرات آب‌و‌هوایی ناشی از انسان ایفا کنند.

ایده‌ی لیدستروم این است که باکتری‌های متانوتروف را در بیورآکتورها، تأسیساتی که شبیه کانتینرهای حمل و نقل هستند، در نزدیکی منابع متان مانند محل‌های دفن زباله، معادن زغال سنگ، چاه‌های نفت و گاز و تالاب‌ها قرار دهیم. با انجام این کار، می‌توانیم میزان متانی را که به اتمسفر وارد می‌شود کاهش دهیم. استاین که همچنین به عنوان کرسی تحقیقاتی کانادا در میکروبیولوژی تغییرات آب‌و‌هوایی فعالیت می‌کند، می‌گوید این بیورآکتورها می‌توانند متان موجود در هوا را نیز فیلتر کنند. در حالی که ایده هنوز در مراحل اولیه‌ی خود است، استاین باور دارد که روش استفاده از بیورآکتورهای متانوتروف می‌تواند به کاهش سرعت گرم‌شدن سیاره‌ی ما کمک کند.

محققان همچنین در حال بررسی راه‌هایی برای تقویت میکروارگانیسم‌های جذب‌کننده‌ی کربن موجود در خاک هستند که کربن بیشتری نسبت به جو ذخیره می‌کنند. آن‌ها امیدوارند با تغییر ترکیب خاک، توانایی باکتری‌ها در جذب کربن را افزایش دهند و ابزار بالقوه‌ی دیگری برای کاهش گازهای گلخانه‌ای فراهم کنند.

احتمال دارد باکتری‌هایی که کربن را متابولیزه می‌کنند نیز بتوانند در اقیانوس‌ها برای مقابله با تغییرات اقلیمی استفاده شوند. متیو سالیوان، استاد میکروبیولوژی در دانشگاه ایالتی اوهایو، در حال مطالعه‌ی ویروس‌های دریایی است که میکروب‌ها‌ی متابولیزکننده‌ی کربن را آلوده می‌کنند و بر نحوه‌ی هضم کربن تأثیر می‌گذارند.

افزایش مقیاس هر نوع رویکرد مهندسی زمین چالشی پیچیده است. به عنوان مثال، برای کاهش چشمگیر گرمایش ناشی از متان، به حدود  ۵۰هزار تا ۳۰۰هزار بیورآکتور لیدستروم نیاز داریم که حداقل برای ۲۰ سال کار کنند. پیش‌بینی اثرات چنین تلاش‌های بزرگی دشوار و کنترل آن‌ها حتی سخت‌تر است. به عنوان مثال، تغییر خاک در یک منطقه می‌تواند به‌طور ناخواسته از طریق حرکت آب به اکوسیستم‌های دیگر سرایت کند و تعادل مکان‌های دیگر را برهم بزند. به‌طور مشابه، افزودن آهن به اقیانوس آرام جنوبی ممکن است به روش‌های غیرمنتظره‌ای بر سایر بخش‌های اقیانوس‌های جهان تأثیر بگذارد.

همچنین نگرانی در مورد عواقب ناخواسته هنگام دستکاری ویروس‌ها یا میکروارگانیسم‌ها وجود دارد. جی لنون، ​​استاد زیست‌شناسی در دانشگاه ایندیانا، خاطرنشان می‌کند که دستکاری ویروس‌ها ممکن است نتیجه‌ی معکوس داشته باشد و به‌طور بالقوه فیتوپلانکتون‌های مفید را از بین ببرد و دی‌اکسید‌کربن را به جای به دام‌انداختن، به جو بازگرداند.

با‌این‌حال، مهم است که به یاد داشته باشید فعالیت‌های انسانی در‌حال‌حاضر به روش‌های چشمگیری بر میکروب‌های زمین تأثیر می‌گذارد. روث وارنر، استاد بیوژئوشیمی در دانشگاه نیوهمپشایر، توضیح می‌دهد که هر بار از کود در کشاورزی استفاده می‌کنیم، اساساً فعالیت میکروبی را اصلاح می‌کنیم. به نظر او، بسیاری از این اکوسیستم‌ها قبلاً با مداخله‌ی انسان تغییر کرده‌اند، بنابراین روش‌های جدید و با استفاده از میکروارگانیسم‌ها ارزش تفکر و توجه دارد. باید بیشتر به دنبال این باشیم که چگونه می‌توانیم مسئولانه از این تکنیک‌ها برای مبارزه با تغییرات آب و هوایی استفاده کنیم.

توجه زیادی به احتمال پیامدهای ناخواسته ژئومهندسی می‌شود، اما تقریباً به همان اندازه بی‌اطمینانی در مورد اثرات مورد نظر وجود دارد. دانشمندان به طور قطع نمی‌دانند که بسیاری از ایده‌های کمک‌کننده، ​​از جمله آن‌هایی که قبلاً در خارج از آزمایشگاه آزمایش شده‌اند، چقدر قوی خواهند بود. برای مثال، اکتشافات کشتی در دهه‌ی ۱۹۹۰ با هدف مطالعه‌ی جذب کربن مبتنی بر اقیانوس، مدت زیادی ادامه نداشت. دیوید کرچمن، زیست‌شناس دریایی در دانشگاه دلاور، گفت که سفرها پرهزینه بود و دانشمندان نمی‌توانستند در دریا بمانند تا مشخص کنند دقیقاً در اعماق آب چه اتفاقی می‌افتد. او گفت کربن ربوده‌شده از جو باید حداقل برای یک قرن مدفون بماند تا بیشترین تاثیر را داشته باشد. با‌این‌حال، این خطر وجود دارد که اگر فیتوپلانکتون که کربن را جذب می‌کند به اندازه‌ی کافی عمیق فرو نرود، ممکن است توسط سایر موجودات نزدیک به سطح اقیانوس خورده شود. هنگامی که این اتفاق می‌افتد، کربن ذخیره‌شده توسط فیتوپلانکتون‌ها به عنوان کربن‌دی‌اکسید به اتمسفر بازگردانده می‌شود و تاثیر تلاش را کمتر می‌کند.

دانشمندان از سال ۲۰۱۲ آزمایش‌های بارآوری آهن در اقیانوس‌ها را در مقیاس بزرگ انجام نداده‌اند، اما این تحقیقات ممکن است به زودی دوباره انجام شوند. دو محقق از بودجه‌ی جدید اداره‌ی ملی اقیانوسی و جوی آمریکا برای مدل‌سازی اثربخشی تکنیک بارآوری آهن استفاده می‌کنند. هیچ خبری از سفر دریایی در آینده وجود ندارد و تحقیقات میکروب ممکن است به سرعت به همان‌جایی ختم شود که انواع دیگر تلاش‌های ژئومهندسی قبلا به آن رسیده‌اند.

نظارت واقعی بر آینده سیاره‌ی ما فراتر از تکیه بر راه‌حل‌های سریع مانند ژئومهندسی است و به تغییرات چشمگیر ازجمله در مصرف سوخت‌های فسیلی نیاز دارد. بااین‌حال، با تداوم گرم‌شدن سیاره، ژئومهندسی ممکن است گزینه‌ی جذاب‌تری به نظر برسد. به گفته‌‌ی سالیوان، بدون تغییرات اساسی در نحوه‌ی رفتار و مصرف منابع در سطح جهانی، ممکن است مجبور شویم  زودتر از آنچه فکر می‌کنیم،‌ چه در مقیاس بزرگ یا کوچک‌تر به سمت راه‌حل‌های مهندسی زمین برای مقابله با تغییرات اقلیمی برویم.