تغير المناخ العالمي والطاقة
الشمس وتغير درجة الحرارة على الأرض
http://www.seed.slb.com/ar/images/seedotfive.gif

العالم الفلكي ميلوتين ميلانكوفيتش
نُشرت الصورة بإذن من NOAA.
ما السبب وراء تغير مناخ الأرض؟
يُعتبر تغير المناخ أمرًا معقدًا - حيث تكتنفه العديد من العوامل الديناميكية. ولعل من بين العوامل الرئيسية العلاقة بين الأرض والشمس.
قام العالم الفلكي ميلوتين ميلانكوفيتش (1879 - 1958) بدراسة التغيرات في شكل مدار الأرض حول الشمس وميل محور الأرض. ومن ثم وضع نظرية مفادها أن تلك التغيرات الدورية والتفاعلات التي تحدث فيما بينها، تُعد مسؤولة عن التغيرات طويلة الأجل في المناخ.

ميل الأرض
إذا لم تكن الأرض مائلة، فلن يكون هناك فصول، ولكان النهار والليل بنفس الطول طوال العام. ولكانت كمية الطاقة الشمسية التي تصل إلى أي موقع على الأرض ثابتة طوال العام. ولكن الأرض تميل بزاوية مقدارها 23.5 درجة. وعندما يأتي الصيف في نصف الكرة الشمالي، بداية من شهر حزيران/يونيو، تتلقى خطوط العرض الشمالية كمية أكبر من ضوء الشمس مقارنة بنصف الكرة الجنوبي. ويكون النهار أطول وزاوية الشمس أعلى. وفي الوقت نفسه، يكون نصف الكرة الجنوبي في فصل الشتاء. حيث يكون النهار أقصر وزاوية الشمس أدنى.

انقر لمشاهدة صورة أكبر حجمًا.

لا يتعامد محور الأرض على مستوى مدارها. ولكنه يميل بزاوية مقدارها 23.5 درجة. ويؤدي ذلك إلى حصول نصف الكرة الشمالي على ضوء شمس أكثر مباشرة، وأن يحظى بساعات أكثر من ضوء النهار في شهر حزيران/يونيو، بينما يحظى بضوء شمس أقل مباشرة وساعات أقل من ضوء النهار في كانون الأول/ديسمبر. ويعزى إلى ذلك الأمر تغير الفصول. وفي نصف الكرة الجنوبي تنعكس الفصول.

انقر هنا لتغيير ميل محور الأرض.

التغير في الميل المحوري.
http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...e_orbit_sm.jpg

انقر هنا لتغيير المدار وشاهد ماذا سيحدث.

التغير في مدار الأرض.
http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...oseason_sm.jpg

انقر لمشاهدة صورة أكبر حجمًا.

الأرض بدون فصول؛ محور الأرض عند درجة صفر.
http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...se_june_sm.jpg

انقر لمشاهدة صورة أكبر حجمًا.

أواخر حزيران/يونيو: صيف في نصف الكرة الشمالي، شتاء في نصف الكرة الجنوبي
http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...ecember_sm.jpg

انقر لمشاهدة صورة أكبر حجمًا.

أواخر كانون الأول/ديسمبر: شتاء في نصف الكرة الشمالي، صيف في نصف الكرة الجنوبي.
بعد مرور نصف عام، تحركت الأرض إلى الجانب الآخر من مدارها حول الشمس. ولكنها تبقى مائلة في نفس الاتجاه. ومن ثم يصبح نصف الكرة الجنوبي عندئذ في فصل الصيف، حيث يكون النهار أطول ويكون ضوء الشمس أكثر مباشرة. بينما يكون الشتاء قد حل في نصف الكرة الشمالي.
إلا أن ميلانكوفيتش يرى في نظريته أن ميل محور الأرض لا يبقى دائمًا عند 23.5 درجة. فهناك بعض التذبذب بمرور الوقت. ووفقًا لحساباته، يتغير ذلك الميل ما بين 22.1 و24.5 درجة ضمن دورة يبلغ طولها قرابة 41000 عام. فعندما يقل الميل يصبح الصيف أكثر برودة والشتاء أكثر اعتدالاً. وعندما يزيد الميل تصبح الفصول أكثر شدة.
كيف يؤثر ذلك على المناخ ككل؟ على الرغم من أن فصول الشتاء قد تكون أكثر اعتدالاً، إلا أنها تظل باردة إلى الحد الكافي لسقوط الثلج في المناطق البعيدة عن خط الاستواء. وعندما تكون فصول الصيف أكثر برودة، فمن الممكن ألا تذوب ثلوج الشتاء في خطوط العرض البعيدة عن خط الاستواء بسهولة. وستتراكم الثلوج عامًا بعد عام مكونة أنهارًا جليدية.
وتعكس الثلوج كمية أكبر من طاقة الشمس في الفضاء، مقارنة بالماء واليابسة، مما يؤدي إلى مزيد من البرودة. وعند هذه النقطة، يتم تفعيل دور آلية تغذية ارتجاعية إيجابية. حيث يؤدي الانخفاض في درجة الحرارة إلى زيادة تراكم الثلوج ونمو الأنهار الجليدية. ويؤدي ذلك إلى زيادة الانعكاس، ومن ثم مزيدًا من الانخفاض في درجة الحرارة، وهلم جرًا. وربما يبين ذلك كيفية بداية العصور الجليدية.

شكل مدار الأرض حول الشمس
كان شكل مدار الأرض حول الشمس ثاني العوامل التي قام ميلانكوفيتش بدراستها. فالمدار ليس تام الاستدارة. فالأرض تكون أقرب إلى الشمس في بعض أوقات العام عنها في أوقات أخرى. وتتلقى الأرض كمية أكبر بعض الشيء من طاقة الشمس عندما يكون كل من الأرض والشمس أقرب ما يكون (الحضيض) مقارنة بكمية الطاقة عندما يكونا أبعد ما يكون (الأوج).
ولكن شكل مدار الأرض يتغير أيضًا في دورات تبلغ ما بين 90000 إلى 100000 عام. فهناك أوقات يكون فيها بيضي الشكل أكثر مما هو عليه الآن، ومن ثم يكون الفرق في الإشعاع الشمسي المتلقى عند الحضيض والأوج أكبر.
وفي الوقت الراهن، يحدث الحضيض في شهر كانون الثاني/يناير والأوج في شهر تموز/يوليو. ويساعد ذلك على جعل الفصول في نصف الكرة الشمالي أقل شدة بمقدار ضئيل، نظرًا للتأثير المدفئ الإضافي في الشتاء. بينما تكون الفصول في نصف الكرة الجنوبي أكثر شدة بعض الشيء مما لو كان مدار الأرض حول الشمس دائريًا.
الحركة البدارية
ولكن يوجد تعقيد آخر. حيث يتغير توجه ميل محور الأرض بمرور الزمن. ويتحرك المحور في دائرة، مثل لعبة الدوامة الدوارة التي تتباطأ سرعتها. وتسمى تلك الحركة الحركة البدارية. وتحدث في دورة طولها 22000 عام. ويؤدي ذلك إلى تبدل الفصول ببطء على مدار العام. فمنذ 11000 عام مضت كان نصف الكرة الشمالي مائلاً ناحية الشمس في كانون الأول/ديسمبر وليس في حزيران/يونيو. أي أن الشتاء والصيف كانا معكوسين. وسيتبدلان مرةً أخرى بعد 11000 عام من الآن.
تلك العوامل الثلاثة - الميل، والشكل المداري، والحركة البدارية - تتحد لتصنع التغيرات في المناخ. ونظرًا لأن تلك الديناميكيات تقوم بعملها في مقاييس زمنية مختلفة مما يجعل تفاعلها البيني معقدًا. ففي بعض الأحيان تتضافر آثارها، وفي أحيان أخرى تميل إلى أن تلغي كل منها أثر الآخر. على سبيل المثال، منذ 11000 عام من الآن، عندما تسببت الحركة البدارية في بداية صيف نصف الكرة الشمالي في ديسمبر، كان تأثير زيادة الإشعاع الشمسي عند الحضيض في يناير ونقصها عند الأوج في تموز/يوليو يؤدي إلى تضخيم الفروق بين الفصول في نصف الكرة الشمالي بدلاً من تلطيفها كما هو الحال اليوم. ولكن الأمر ليس بهذه السهولة كذلك، نظرًا لأن مواعيد الحضيض والأوج تتبدل أيضًا.
عوامل أخرى تؤثر على المناخ
بخلاف تأثيرات حركة الأرض، هل هناك عوامل أخرى تسبب تغير المناخ؟ تابع القراءة

يتبع ..........................

تغير المناخ العالمي والطاقة
آثار زيادة درجة الحرارة على كوكب الأرض
http://www.seed.slb.com/ar/images/seedotfive.gif
على مدى 425000 عام مضت مرت الأرض بأربعة عصور جليدية فصلت بينها فترات وجيزة من الدفء. نحن الآن نعيش في فترة الدفء. وكان الاتجاه على مدى القرن الماضي بصفة عامة نحو الزيادة في درجة الحرارة على كوكب الأرض. ويتفق خبراء المناخ على أن تلك الزيادة ستستمر خلال بقية القرن الحالي. حسنًا. أين المشكلة في ذلك؟ هل سيضار أحد من زيادة قليل في حرارة الجو؟ في الحقيقة، ربما تكون زيادة درجة حرارة كوكب الأرض شيئًا جيدًا بالنسبة لأولئك الذين يعيشون في المناخ البارد. وفي بعض مناطق العالم، سيؤدي ذلك إلى إطالة موسم الزراعة وبالتالي ستصبح الأرض الزراعية أكثر إنتاجًا.
نعم، ولكن هناك جانب سلبي لزيادة درجة الحرارة على كوكب الأرض. وإليك بعض تلك المشاكل.
http://www.seed.slb.com/ar/images/seedotfive.gif

تغيرات في مستوى سطح البحر
في ذروة العصر الجليدي الأخير، منذ 18000 عام مضت، كان مستوى سطح المحيطات أقل مما هو عليه اليوم بنحو 120 مترًا. وكانت كميات كبيرة من المياه ترتكز على اليابسة في صورة أنهار جليدية تغطي جزءًا كبيرًا من أمريكا الشمالية، وأوروبا، وآسيا.
http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...velChanges.jpg
وكانت غالبية بحر الشمال وبحر البلطيق يابسة. وكان مضيق بيرينج الذي يفصل الآن بين سيبيريا وألاسكا فوق مستوى سطح البحر أيضًا. ويُعتقد أن الناس كانوا يعبرون هذا المعبر الأرضي سيرًا وعمروا الأمريكتين لأول مرة في تاريخ البشرية.
وبانتهاء العصر الجليدي، ذابت معظم الأنهار الجليدية وعادت مياهها إلى المحيطات. وبذلك ارتفعت مستويات سطح البحار. ومن بين العوامل الأخرى التي تؤثر على مستوى سطح البحر، درجة حرارة الماء. فالمياه، مثلها مثل معظم المواد، تتمدد عند تسخينها. ويصبح حجم مياه البحر المتمددة أكبر مما يساهم في رفع مستوي سطح البحار.
http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...veSeaLevel.jpg
تستند هذه الصورة إلى البيانات المستمدة من الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC).
وإذا نظرنا إلى الماضي القريب، سنلاحظ استمرارًا في ارتفاع مستويات البحار. يبين الرسم البياني مستويات البحار في ثلاثة مواقع في أوروبا على مدى الثلاثمائة عام الماضية. فقد ارتفع مستوى البحر في تلك الفترة بمقدار 100 مللي متر أو أكثر. ولكن ذلك الارتفاع ليس متساويًا في جميع أجزاء العالم. ففي بعض الأماكن، ينخفض مستوى سطح البحر بالفعل كما هو مبين في خريطة ارتفاع وهبوط مستوى بحار العالم.
http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...elRiseFall.jpg
وقد يبدو ذلك غريبًا. إذا كانت جميع المحيطات متصلة ببعضها البعض، فكيف يختلف المستوى من مكان لآخر؟ في الحقيقة هذا ممكن. فمستوى البحر يتأثر محليًا بالتيارات، والرياح، ومعدل تدفق المياه من اليابسة إلى المحيطات، وضغط الهواء، والمد والجزر. ولكن يأتي في المقام الأول، تعريفنا لمستوى البحر. فنحن نقيس، "المستوى النسبي البحر"، أي مستوى البحر بالنسبة لليابسة المجاورة. وقد ترتفع اليابسة أو تهبط. على سبيل المثال، المنطقة المحيطة بدلتا نهر المسيسيبي، حيث يصب النهر في خليج المكسيك، يحدث بها هبوط. فاليابسة تكونت من ثفالة ترسبت مؤخرًا وهي في حالة ترتيب. والعديد من المناطق التي كانت مغطاة بالأنهار الجليدية في العصر الجليدي الأخير، آخذة في الارتفاع بعد أن خف عنها وزن الجليد. كما توجد مواضع في الساحل الجنوبي لألاسكا يحدث بها هبوط في مستوى البحر. وهو الحال نفسه مع عدة موانئ في الدول الإسكندنافية.
يعيش أكثر من 100 مليون نسمة على الأرض فوق مستوى سطح البحر بمتر واحد (ثلاثة أقدام). وبعض البلدان الجزر مثل سيشيل، ناحية الساحل الشرقي لأفريقيا، تقع في غالبها على ارتفاع أقل من متر واحد من فوق مستوى البحر. ومن المقدر أنه في حالة زيادة مستوى سطح البحر بمقدار 1 متر، فإن ذلك سيودي بنصف الأرض في بنجلاديش إلى ما تحت الماء. وعلى الرغم من وجود تغيرات محلية في مستوى البحر، إلا أن السؤال الرئيسي هو، ما الذي يحدث لحجم مياه المحيطات في جميع أنحاء العالم. يعتبر العامل المحدد الرئيسي هو كمية المياه في الأنهار الجليدية الذي يغطي اليابسة، خاصة في جرينلند، والقارة القطبية الجنوبية.
ما الذي يمكن أن يحدث بعد ذلك؟
على الرغم من انحسار معظم الأنهار الجليدية للعصر الجليدي، تبقى كل من جرينلند والقارة القطبية الجنوبية مغطاة بالجليد الذي تتراوح ثخانته ما بين 2000 إلى 4000 متر. وسيكون لمصير تلك الكتل الجليدية أثرٌ هامٌ على مستقبل مستويات البحار. وقد أعلنت الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) في عام 2001 عن توقعها لارتفاع في مستوى البحر بحلول عام 2100 بسبب ذوبان الأنهار الجليدية بمقدار يصل إلى 66 سم. وفي عام 2002، قام باحثون في جامعة كولورادو، بالولايات المتحدة الأمريكية، بتحليل معدل ذوبان الأنهار الجليدية في جميع أنحاء العالم. ووفقًا لحساباتهم فإن الأنهار الجليدية تذوب أسرع مما كان يعتقد قبل ذلك، وبحلول عام 2100 سيرتفع مستوى البحر بمقدار يصل إلى 89 سم. ولكن الدراسات الأحدث تثير العديد من التساؤلات حول تلك التوقعات. وقد أظهرت دراستان نُشرتا في عام 2005، أنه خلال الفترة من عام 1992 إلى 2003 زاد معدل تساقط الثلج على أجزاء كبيرة من المناطق الداخلية لكل من القارة القطبية الجنوبية وجرينلند. فالأنهار الجليدية آخذة في الذوبان عند حوافها، ولكنها تزداد ثخانةً في الداخل. والسؤال الذي يطرح نفسه، كيف ستتوازن تلك التوجهات المتناقضة.
http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...IceChanges.jpg

تظهر هذه الصورة التي اُلتقطت بواسطة الأقمار الصناعية لجرينلند التغيرات في ثخانة الجليد. فالمناطق الزرقاء تصبح رقيقة. والمناطق الرمادية والصفراء تصير أكثر ثخانة. أما المناطق الرمادية الخشنة التي عند حواف كتلة اليابسة فليست مغطاة بالأنهار الجليدية. تستند هذه الصورة إلى مسوحات بالأقمار الصناعية أجريت لجرينلند خلال تسعينيات القرن الماضي. وتشير تلك الدراسة التي أجرتها وكالة ناسا (NASA) إلى خسارة صافية في جليد جرينلند، إلا أن دراسة أجراها في عام 2005 فريق من الباحثين تحت قيادة أولا إم. جوهانسن، في جامعة برغن، بالنرويج، توصلت إلى أن الزيادة في ثخانة الغطاء الجليدي بعيدًا عن الحواف كانت كبيرة إلى درحة كافية لتحقيق كسب صافي في حجم الجليد من عام إلى عام. إلا أن دراسات أحدث أشارت إلى وجود خسارة صافية في الوقت الراهن في كتلة الجليد من عام إلى آخر.

http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...arctic_ice.jpg
الجليد في القارة القطبية الجنوبية
تصوير بن هولت، الأكبر
بإذن من NASA.
تضمن تقرير خاص صدر في عدد 24 مارس 2006 من مجلة العلوم Science دراسات عديدة تشير إلى الفقدان السريع المتزايد في الألواح الجليدية في العالم. وقد وجد، بصفة خاصة، أن حركة الأنهار الجليدية في كل من القارة القطبية الجنوبية وجرينلند تجاه البحر تتسارع. وسيؤدي هذا بكل تأكيد إلى فقدان أسرع في تلك الأغطية الجليدية وبالتالي، إلى ارتفاع أسرع في مستويات البحار.
تغيرات في معدلات الهطول
على مدى المائة عام الماضية، صارت المناطق الجافة أكثر جفافًا، والمناطق المطيرة أكثر إمطارًا. وفي السنوات الأخيرة، تم تحطيم العديد من الأرقام القياسية الجوية التي لطالما بقيت لفترات طويلة. في عام 1992، فاض كل من نهري الدانوب والإلبه في وسط أوروبا من ضفافهما. وكانت المناطق الجنوبية للصحراء الأفريقية هي الأكثر جفافًا منذ عام 1990، وفي غرب الولايات المتحدة استمر الجدب الذي دام ثلاث سنوات وأصبح أكثر شدة.
http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...cipitation.jpg
تستند هذه الصورة إلى البيانات المستمدة من الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC).
العواصف المدارية
تتكون العواصف المدارية فوق مياه المحيطات الدافئة بالقرب من خط الإستواء. وكلما كانت المياه أدفأ، ازدادت العواصف وازدادت شدتها. وفي السنوات الأخيرة، زادت العواصف المدارية في كل من عددها وشدتها. وكان موسم أعاصير المحيط الأطلسي لعام 2005 مدمراً بصفة خاصة، حيث هبت ثلاثة عواصف كبرى - كاترينا، وريتا، وويلما - مما أحدث أضرارًا شديدة في كل من الولايات المتحدة والمكسيك.
ومن المعتقد أن موسم العواصف المدارية الأطلسية يمتد من حزيران/يونيو إلى تشرين الثاني/نوفمبر. إلا أن العاصفة المدارية زيتا في عام 2005، وهي العاصفة الأخيرة في الموسم، تكونت في أواخر كانون الأول/ديسمبر واستمرت حتى كانون الثاني/يناير 2006. وهو ما يدفع إلى عزو الزيادة في نشاط العواصف إلى ارتفاع درجات الحرارة على سطح كوكب الأرض. قد يكون الأمر كذلك، ولكن الموقف أكثر تعقيدًا. فقد كانت هناك دورات لشدة العواصف وتكرارها في الماضي. فتميزت الفترة من ثلاثينيات إلى خمسينيات القرن الماضي بنشاط كبير للعواصف. وتبعها بعد ذلك عدة عقود من الهدوء النسبي، ثم فترة من النشاط الزائد التي نعاني منها في الوقت الراهن. ويرجع السبب وراء تلك الدورات إلى تغيرات في معدلات سقوط الأمطار، وتيارات المحيطات وملوحتها. ومن ثم فهناك اتجاهان، أحدهما دوري والآخر طويل الأجل. وحتى إذا تذبذب نشاط العواصف بين الانحسار والزيادة كما كان يحدث في الماضي، فإن المحيطات الأكثر دفئًا قد تؤدي على الأرجح إلى مزيد من العواصف من حيث عددها وشدتها. وكذلك لن تكون فترات الهدوء بنفس هدوئها التي كانت عليه في الماضي. ومن المرجح أن تكون فترات النشاط أكثر سوءًا. وجدير بالذكر أن هناك أشخاصًا في بعض مناطق من العالم، معرضون بصفة خاصة إلى مخاطر من جراء العواصف إضافة إلى ارتفاع مستوى البحر. فخليج المكسيك وخليج البنغال يعتبران من الأماكن التي يرتفع فيها المستوى النسبي للبحر بصورة سريعة. وهما معرضان كذلك لعواصف مدارية متكررة.
هل يمكن أن تسبب زيادة درجة الحرارة على سطح الأرض في البرودة؟
في الوقت الذي يتوقع فيه أن يصبح الجو في العديد من مناطق من العالم أكثر دفئًا، يمكن أن يكون لزيادة درجة الحرارة على كوكب الأرض الأثر العكسي في بعض الأماكن. فأوروبا الغربية تعتبر دافئةً إلى حد بعيد بالنسبة إلى خط عرضها. ويرجع ذلك إلى وصول تيار الخليج، وهو تيار محيطي دافئ، إلى شمال الأطلسي. فالرياح التي تمر فوق المياه الدافئة وعلى اليابسة يكون لها أثر ملطف على المناخ. على سبيل المثال، تبلغ درجة الحرارة المتوسطة في الشتاء في لندن 4 درجات مئوية. إلا أن كالجاري، في غرب كندا، وعلى الرغم من أنها تقع على نفس خط العرض إلا أن متوسط درجة حرارتها في الشتاء يبلغ -9 درجات مئوية. أما ميناء ترومسو النرويجي ومدينة الميناء الروسية مورمانسك فتخلوان من الجليد على مدار العام على الرغم من وجودها في منطقة القطب الشمالي. ويعتبر تيار الخليج جزءًا من دوران عالمي لمياه المحيط يعرف باسم الدوران الحراري الملحي (thermohaline). حيث تشير "Thermo" إلى الحرارة و"haline" إلى الملوحة. وتؤثر كلٌ من الحرارة والملوحة على كثافة الماء.
الدوران الحراري الملحي
http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...ohaline_sm.jpg
هذا رسم بياني مبسط للدوران الحراري الملحي العالمي. تحمل التيارات السطحية الماء الدافئ بينما تكون التيارات العميقة باردة. يسمى التيار الدافئ الذي يصل إلى شمال الأطلسي تيار الخليج. ويعد مسؤولاً عن الحفاظ على الدفء النسبي لغرب أوروبا.

نُشرت الصورة بإذن من NOAA.
عندما تتدفق مياه تيار الخليج ناحية الشمال، يتبخر الماء. ويؤدي ذلك إلى زيادة الملوحة، حيث إن نفس الكمية من الملح تحملها كمية أقل من المياه. وفي الوقت نفسه، تبرد المياه.
وتؤدي زيادة الملوحة وانخفاض درجة الحرارة إلى أن يصبح الماء أكثر كثافة. ويهبط الماء الأكثر كثافة ويتدفق ناحية الجنوب. ما علاقة ذلك بارتفاع درجة الحرارة على كوكب الأرض؟ يؤدي ذوبان الجليد القطبي الشمالي إلى إضافة الماء العذب إلى شمال الأطلسي. ويعني ذلك أن المياه في خطوط العرض الشمالية تصبح أقل كثافة ومن ثم، أقل عرضة للهبوط. ويؤدي ذلك إلى نقصان معدل تدفق التيارات. وقد يؤدي نقص تدفق تيار الخليج إلى تقليل الأثر المدفئ على أوروبا الغربية. وكذلك فثمة توقعات بتوقف مفاجئ للدوران الحراري الملحي مما سيتسبب في هبوط في درجات الحرارة يبلغ ما يقرب من 8 درجات مئوية في أوروبا الغربية في غضون بضعة عقود. إلا أن غالبية أخصائيي علم المناخ يعتقدون أن ذلك الأمر بعيد الاحتمال جدًا. ولكن، ربما يحدث بعض البطء في الدوران مما ينتج عنه بعض الأثر التبريدي. ومن ناحيةٍ أخرى، طالما كانت درجات الحرارة على كوكب الأرض آخذة في الزيادة، فإن الأثر النهائي على أوروبا الغربية سيبقى كما هو، أو ربما يصبح أكثر دفئًا بعض الشيء. ونظرًا لأن المناخ يعد معقدًا جدًا فمن الصعب التوصل إلى تنبؤات دقيقة. فالاتجاهات المحددة معروفة، ولكن كيفية تفاعلها فيما بينها يبقى أمرًا غير يقيني.
ما الذي يمكننا توقعه؟
نظام المناخ العالمي معقد. ومن الصعب التوصل إلى تنبؤات دقيقة. ولكن الاتجاهات المستقبلية تتضح أكثر فأكثر: ارتفاع مستويات البحار، وزيادة تكرار العواصف وشدتها، وزيادة الجدب في عدة مناطق من العالم جافة بالفعل
يتبع .....

تغير المناخ العالمي والطاقة
المأساة المشتركة
http://www.seed.slb.com/ar/images/seedotfive.gif
لا يمثل فعل ما تراه في مصلحتك المصلحة الحقيقية.


http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...mons_sheep.jpg

تصور نفسك في منطقة ريفية بها قرى محاطة بمراعي مفتوحة يستخدمها الرعاة في رعي ماشيتهم. وعندئذ تكون هذه "المراعي المشتركة" مفتوحة أمام الجميع دون قيد.
تخيل أن المرعى المشترك يعمل على توفير احتياجات أقصى عدد من الخراف التي يمكن أن يستوعبها. بحيث توجد حشائش كافية لتغذية جميع الخراف بالشكل الملائم فقط. بما يعني أن الزيادة في عدد الخراف يساوي علف أقل لكل خروف.
على الرغم من أنه قد يبدو في مصلحة راعي الماشية زيادة حجم قطيعه فزيادة الخراف تعني زيادة في الصوف ومن ثم زيادة في الدخل. إلا أن هناك ضررًا كذلك في القيام بذلك: فستقل كمية العلف المحددة لكل خروف من خرافه بشكل بسيط. غير أن هذا العيب يبدو غير مؤثر لأنه يتم تغذية هذا الخروف من خلال نشره بين جميع الخراف الأخرى التي تضم خراف الراعي الآخر. لذلك فمن وجهة نظر راعي الماشية، فإن المكسب كبير والخسارة محدودة.
غير أن الكارثة تنشأ عندما يتصرف جميع رعاة الماشية بهذه الطريقة، فستتعاظم الخسائر المحدودة إلى أن تمثل كارثة للجميع.

مأساة الاختناق المروري
http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...mmons_cars.jpg
صورة جيدة من مكتب الإحصاء الأمريكيومثال عصري على "المأساة المشتركة" هو الاختناقات المرورية في المدن الرئيسية. يتم استخدام المرافق العامة بشكل متزايد وبالتالي تقل قيمتها لجميع الأشخاص. فكل شخص يحاول الذهاب إلى عمله بسرعة يستخدم الطريق السريع لأنه هو أسرع الطرق. في البداية، لا يؤثر أي شخص إضافي على الطريق السريع على حركة المرور لوجود "مساحات" في النظام المروري لاستيعاب المزيد من المستخدمين. ولكن عند الوصول إلى مستوى خطير، يتسبب كل سائق إضافي في نقص السرعة المتوسطة. في نهاية الأمر، يوجد العديد من السائقين الذين تجبرهم الظروف المرورية على السير ببطء. إن كل شخص يسعى إلى خفض مدة القيادة يهدف في الحقيقة إلى تطويل مدة القيادة لجميع الأفراد.
فشل المصائد السمكية
http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...mmons_fish.jpg
نُشرت الصورة بإذن منNOAA.
http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...s/toc_game.jpg
هل يمكنك أن تصبح صيادًا ناجحًا مع المحافظة على القواعد المشتركة في نشاط الصيد؟قم بالتجربة باستخدام لعبة الصيد.

نشاهد نفس النمط في المصايد الموجودة حول العالم. لا تخضع المحيطات إلى ملكية أحد الصيادين كما لا يتم التحكم فيها من جانب الدول. بل توفر المحيطات مورد سمكي مشترك. ومع زيادة عدد قوارب الصيد عامًا بعد عام، تتزايد كمية الأسماك التي يتم اصطيادها كل عام. عبارة منطقية، أليس كذلك؟ ولكن عندما يزداد إجمالي الأسماك المصادة، تقل قدرة المجموعات السمكية على استعادة حجمها.
وفي النهاية ينخفض إجمالي حجم الصيد الفردي والجماعي. مما يمثل مزيدًا من الضغط على الصيادين لاصطياد المزيد من الأسماك. لا يؤدي اصطياد الكميات المتزايدة من الأسماك إلا إلى ضعف قدرة المجموعات السمكية على استعادة حجمها. ما الذي ستفعله إذا كنت قبطانًا على ظهر مركب صيد وواجهت هذه المشاكل؟ يمكنك اكتشاف ذلك بنفسك من خلال ممارسة لعبة الصيد .
إلقاء المخلفات في مجاري المياه


http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...mons_signs.jpg


في بعض الحالات، لا تتمثل المشكلة في استهلاك كمبيات كبيرة من إحدى الموارد المشتركة بل تتمثل في ضخ كميات إضافية في هذا المورد. مع نقص عدد السكان، لا يمثل إلقاء المخلفات في النهر مشكلة. فبمرور الوقت، تنظف المجاري المائية نفسها بنفسها. وطالما لم يزداد حجم المخلفات، يمكن للنهر الاحتفاظ بنظافته. غير أنه إذا كان هناك المزيد من المخلفات، يتلوث النهر. ومن ثم لا يمكن للسكان شرب الماء. كما قد لا يمكنهم الاستحمام فيه باطمئنان أو الاصطياد في مياهه.
غازات الاحتباس الحراري
تتعلق هذه المسألة بالغلاف الجوي يدخل ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي ويخرج منه بشكل مستمر في دورة الكربون. تمتص المحيطات والغابات ثاني أكسيد الكربون. ومع زيادة التصنيع والمصانع والسيارات ومحطات توليد الطاقة، ازدادت سرعة ضخ غاز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي الذي عجزت قدرته على امتصاصه. مما أثر على الجميع.
شبه الغلاف الجوي لكوكب الأرض بحوضاستحمام كبير. وتصور أن تركيز غازات الاحتباس الحراري هي الماء الموجود في حوض الاستحمام. يتدفق الماء في الحوض مثلما يخرج الغاز إلى الغلاف الجوي. وبالكيفية التي ينزل بها الماء من المصفاة, تتم إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. إذا تساوى حجم المياه النازلة من الصنبور إلى حوض الاستحمام مع حجم المياه النازلة من المصفاة، يظل مستوى الماء كما هو. عند زيادة فتح الصنبور، يرتفع المنسوب مما قد يتسبب في فيض حوض الاستحمام بالمياه. أي أن حوض الاستحمام الذي يمثل الغلاف الجوي يمتلئ الآن بضعفي سرعة تصريفه.
ما الذي يمكننا عمله؟
تم صياغة مصطلح المأساة المشتركة من مقال كتبه جاريت هادردين في 1968. وهو يقول أن المشكلات التي تنتمي إلى هذه المجموعة ليست لها حلول تقنية، بل هي تتطلب تغييرات في اتجاهات وسلوكيات البشر.
ففيما يتعلق بتغير المناخ، تتسم الحلول بالطابعين السلوكي والتقني. يمكننا استخدام الطاقة بصورة أكثر كفاءة وزيادة استخدام موارد الطاقة البديلة التي لا يصدر عنها ثاني أكسيد الكربون و احتجاز وتخزين الغاز الصادر. إذا فما هي المشكلة؟
المشكلة هي أن الأفراد الذين يتصرفون لمصالحهم الشخصية لا يسعون إلا إلى تحقيق مكاسب فورية من تصرفاتهم. ولكنهم لن يدركون حاليًا حجم الخسائر الناجمة عن تأثيرات الاحتباس الحراري. لذلك قد أقود سيارة كبيرة لأنني أشعر بمزيد من الراحة وأنا بداخلها ولكنني قد لا أشعر بمظاهر القلق عند ارتفاع مستويات البحار أو اشتداد العواصف إلا بعد مرور عقود من الزمن. ولا أرى أي ارتباط حالي بين أفعالي وهذه النتائج. في الحقيقة، إذا كنت أنا هو الشخص الوحيد الذي يقود سيارة كبيرة، فلن يسفر ذلك عن أي نتائج سلبية. مثل الراعي الذي يضيف إلى قطيعه مزيدًا من الخراف، الفائدة واضحة وفورية بينما الخسائر غير واضحة وآجلة. ولكن عندما يتصرف جميع الرعاة بهذه الطريقة، فالجميع سوف يعاني .
يتطلب الحل من الأفراد اتخاذ قرار جماعي لتغيير سلوكيات الجميع بما فيهم أنفسهم. وإحدى الطرق لتحقيق ذلك هو القيام باعمال صديقة للمناخ للحصول على نتائج إيجابية فورية. فمثلاً في حقل غاز سليبنر في بحر الشمال، أدت سياسة الضرائب التي تتبعها الحكومة النرويجية إلى جعل عملية احتجاز وتخزين ثاني أكسيد الكربون مجدية من الناحية الاقتصادية ، وذلك بدلاً من إطلاقه في الغلاف الجوي. الآلية بسيطة: يتم فرض ضريبة على ثاني أكسيد الكربون الذي يتم إطلاقه في الغلاف الجوي. وبالتأكيد، تتكلف عملية احتجاز وتخزين ثاني أكسيد الكربونأموالاً باهظة.ولكن في هذه الحالة، سنتحمل تكاليف لا حصر لها عند عدم القيام بذلك.

يتبع .....

تغير المناخ العالمي والطاقة
احتجاز الكربون وتخزينه
http://www.seed.slb.com/ar/images/seedotfive.gif
من الممكن أن يؤدي احتجاز ثاني أكسيد الكربون (CO2) وتخزينه إلى تقليل كميات ثاني أكسيد الكربون (CO2) المنبعثة في الجو بصورة كبيرة. كما أننا على معرفة بالتكنولوجيات اللازمة لفصل ثاني أكسيد الكربونمن الغازات الأخرى وعزله. ولكن ثمة حاجة إلى مزيد من التطوير لتنفيذ احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه على نطاق كبير.
http://www.seed.slb.com/ar/images/seedotfive.gif

عندما نقوم بحرق الوقود الأحفوري - الفحم الحجري، والنفط، والغاز - فإننا بذلك نزيد من تركيز ثاني أكسيد الكربون في الجو. ويبلغ تركيز ثاني أكسيد الكربون في الوقت الراهن 379 جزءًا في المليون. وهو ما يمثل زيادةً كبيرةً لم يسبق لها مثيل على مدى 600000 عام مضت. ويتفق أخصائيو علم المناخ على أن تلك الزيادة تعد مسؤولةً، ولو جزئيًا في أقل الأحوال، عن زيادة درجة الحرارة العالمية.
ومن بين الطرق التي من شأنها تقليل كمية ثاني أكسيد الكربون المتصاعد في الجو، زيادة الاعتماد على مصادر الطاقة البديلة التي لا تنتج ثاني أكسيد الكربون. وتشمل تلك المصادر الطاقة الكهرومائية، وطاقة الرياح، والطاقة الشمسية، والطاقة النووية، وطاقة الحرارة الأرضية، وطاقة المد والجزر. ولكل من تلك الأنواع محدودياتها، كما سيكون من الصعب القيام بنقلة سريعة من استخدام الوقود الأحفوري إلى استخدام تلك المصادر الأخرى. ولكن ماذا لو لم يصل ثاني أكسيد الكربون المتصاعد نتيجة حرق الوقود الأحفوري إلى الجو؟ فبدلاً من السماح لثاني أكسيد الكربون بالانطلاق من المداخن إلى الهواء، أيمكننا احتجازه ووضعه في مكان ما؟ هل هذا ممكن؟
نعم، ممكن. وتدعى تلك العملية احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه. وتجري تلك العملية في الوقت الراهن على نطاق ضيق. ولكنها تحمل بين طياتها إمكانيات إحداث فارق كبير في كمية ثاني أكسيد الكربون التي نطلقها في الجو. وكما يشير اسم تلك العملية، فهي تتألف من مرحلتين. يتمثل التحدي الأول في احتجاز ثاني أكسيد الكربون بدلاً من تركه ينطلق من المداخن. بعد ذلك، يجب أن يخزن أو "يعزل" بطريقة آمنة ولمدة طويلة. وتعتبر فكرة عزل ثاني أكسيد الكربون لتقليل الكمية التي تتخلل الجو حديثةً نوعًا ما. ولكن التكنولوجيا اللازمة للقيام بذلك قد طُورت لأسباب أخرى. وهو ما يعني أنه يتوفر لدينا الاستعداد المسبق.
احتجاز ثاني أكسيد الكربون
حيثما توجد المصادر الرئيسية للانبعاثات، يكون المكان الأفضل لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون. فمحطات الطاقة التي تولد الكهرباء تنتج ما يقرب من ثلث انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. علاوة على ذلك، يعتبر ثاني أكسيد الكربون منتجًا ثانويًا لصناعة الحديد والصلب، وصناعة الأسمنت. وتتم إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغاز الطبيعي قبل استخدامه كوقود. فهذه العمليات الصناعية تعتبر مرشحات جيدة لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه نظرًا لكونها مصادر كبيرة الحجم في موضع ثابت. على العكس من ذلك، سيكون من الصعب احتجاز انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من السيارات. يعتبر كل من الغاز الطبيعي والفحم النوعين الرئيسيين من الوقود الأحفوري الذي تستخدمه محطات الطاقة. ويحترق ذلك الوقود في وجود الهواء. وتستخدم الحرارة الناتجة في إنتاج بخار لإدارة التوربينات، والتي بدورها تدير المولدات الكهربائية. أو، يمكن حرق الغاز لإدارة التوربينات مباشرة. وفي كلٍ من الحالتين، يتحد الأكسجين الموجود في الهواء مع الكربون الموجود في الوقود لإنتاج ثاني أكسيد الكربون. وينطلق ثاني أكسيد الكربون في الهواء. وعند حرق الغاز الطبيعي يتحد الهيدروجين الموجود في في الميثان (CH4) أيضًا مع الأكسجين لتكوين الماء.
ولكن الهواء المستخدم في حرق الوقود يحتوى في معظمه على النيتروجين. ولا يشترك هذا النيتروجين في عملية الاحتراق. بل يمر وينطلق من المدخنة. وعادة ما تتكون انبعاثات محطة الطاقة، التي تسمىغازات المداخن، من 10% إلى 15% ثاني أكسيد كربون فقط في محطات حرق الفحم الحجري، وما يقرب من 5% في حالة استخدام الغاز الطبيعي كوقود. ومن حيث المبدأ يمكننا تخزين جميع غازات المداخن، ولكن ذلك سيؤدي إلى امتلاء السعة التخزينية في معظمها بالنيتروجين الذي لا يحتاج إلى أن يعزل. وحتى يتسنى لنا تخزين ثاني أكسيد الكربون بكفاءة يجب أولاً فصله عن بقية غازات المداخن. فكيف يتم ذلك؟
هناك ثلاث إستراتيجيات:

انقر هنا لمشاهدة رسم متحرك يبين فصل ثاني أكسيد الكربون بعد الاحتراق.

http://www.seed.slb.com/ar/scictr/images/spacer.gifيمكن استخدام المحاليل الكيميائية لإذابة ثاني أكسيد الكربون في الوقت الذي تمرر فيه الغازات الأخرى إلى الجو. وهذا الأسلوب، المستخدم على نطاق واسع اليوم، يستعمل مجموعة من المركبات تدعى الأمينات. تمتص الأمينات ثاني أكسيد الكربون عن طريق تكوين روابط كيميائية، خاصة في وجود الضغط العالي ودرجة الحرارة المنخفضة. ويطلق على تلك العملية "الغسل". يتم بعد ذلك تسخين المحلول الكيميائي الناتج وتقليل الضغط، مما يؤدي إلى إطلاق ثاني أكسيد كربون مركز.
وتستخدم مذيبات أخرى لإذابة ثاني أكسيد الكربون بدون إنشاء روابط كيميائية. ويتم في عملية الامتصاص الفيزيائي تلك إذابة ثاني أكسيد الكربون تحت الضغط، ويتم بعد ذلك إزالته من المذيب عن طريق تقليل الضغط. ومن ثم يمكن إعادة استخدام المذيب. ومن الإستراتيجيات الأخرى لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون تبريد غازات المداخن إلى النقطة التي يصبح فيها ثاني أكسيد الكربون سائلاً. وتتطلب تلك العملية طاقة ضخمة للتبريد. ومن مزايا تلك العملية سهولة نقل السائل بواسطة الشاحنات أو مراكب الشحن. ومن الممكن أيضًا فصل الغازات باستخدام طبقات رقيقة تدعى الأغشية. فبعض الغازات ستمر من خلال الغشاء أسرع من غيرها. ويتيح ذلك فصل الغازات المختلفة بعضها عن بعض.
إزالة الكربون قبل الاحتراق
http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...ate_before.jpg

انقر هنا لمشاهدة رسم متحرك يوضح استخراج الكربون قبل الاحتراق.

http://www.seed.slb.com/ar/scictr/images/spacer.gifيشكل الميثان (CH4) المادة المحروقة في الغاز الطبيعي. وعند حرقه ينتج كلاً من ثاني أكسيد الكربون (CO2) والماء (H2O). ولذا، فإذا استطعنا استخراج الكربون قبل الاحتراق، فيبقى لدينا الهيدروجين، الذي ينتج الماء فقط عند احتراقه. وتتضمن تلك العملية، إتمام تفاعل بين الوقود والأكسجين و/أو البخار لإنتاج أول أكسيد الكربون (CO) والهيدروجين. ثم يتم إحداث تفاعل بين أول أكسيد الكربون والمزيد من البخار لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والمزيد من الهيدروجين. وأخيرًا، يتم فصل ثاني أكسيد الكربون، ويستخدم الهيدروجين كوقود للتوربين الغازي.
الاحتراق مع الأكسجين بدلاً من الهواء
http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...ate_oxygen.jpg

انقر هنا لمشاهدة رسم متحرك يبين الاحتراق مع الأكسجين بدلاً من الهواء.

http://www.seed.slb.com/ar/scictr/images/spacer.gifيشكل النيتروجين 78% من الهواء. وهو يبقى من غير تغير في الغالب أثناء عملية احتراق الوقود. وهو كذلك الغاز الرئيسي الذي يخفف ثاني أكسيد الكربون في مزيج غاز المدخنة. وإذا حُرق الوقود في الأكسجين النقي، بدلاً من الهواء، فمن الممكن أن يزيد تركيز ثاني أكسيد الكربون في غاز المدخنة إلى أكثر من 80%. ومن ثم تجعل تلك العملية إجراء مزيد من التركيز لغاز المدخنة قبل عزل ثاني أكسيد الكربون، أمرًا غير ضروري. ويتمثل التحدي في كيفية فصل الأكسجين عن بقية الهواء، والذي يتكون أساسًا من النيتروجين. وتشبه الإستراتيجيات المستخدمة في هذا الغرض تلك المستخدمة لفصل ثاني أكسيد الكربون. ويمكن تبريد الهواء بحيث يصبح الأكسجين سائلاً. ويمكن للأغشية التي تمرر الأكسجين والنيتروجين على معدلات مختلفة أن تعمل على الفصل. كما توجد أيضًا مواد يمكنها امتصاص النيتروجين، ومن ثم فصله عن الأكسجين. وبعد ذلك يمكن العمل على إطلاق النيتروجين منها وإعادة استخدامه.
تكنولوجيات العزل
ما أن يتم احتجاز ثاني أكسيد الكربون المركز، تأتي الخطوة التالية والتي تتمثل في تخزينه في مكانٍ ما. وفيما يلي بعض الخيارات:
http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...uestration.jpg
التكوينات الجيولوجية
يعد التخزين في التكوينات الجيولوجية من أكثر الحلول الواعدة لعزل ثاني أكسيد الكربون على نطاق واسع ولأجل طويل. ويجري حاليًا العمل في بعض المشروعات. ومن أجل تقليل غازات الاحتباس الحراري وزيادة درجة الحرارة على كوكب الأرض، يجب الاحتفاظ بثاني أكسيد الكربون المخزن بعيدًا عن الجو لمئات أو آلاف السنين. وهاهي مستودعات النفط والغاز، والخزانات الجوفية للمياه المالحة العميقة، وطبقات الفحم الرقيقة، بقيت لملايين السنين، ولم يحدث بها سوى تغير تدريجي قليل جدًا. وتتوفر براهين قوية على أن تلك التكوينات، إن أُحسنت إدارتها، من الممكن أن تشكل مخزنًا طويل الأجل لثاني أكسيد الكربون.
مستودعات النفط والغاز الناضبة
http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa.../reservoir.jpg
يعتقد العديد من الناس أن النفط والغاز يوجدان في كهوف كبيرة تحت الأرض. ولكن الحقيقة ليست كذلك. على العكس، تتواجد تلك الهيدروكربونات في صخور منفذة ومسامية مثل الحجر الرملي. وتحتوي تلك الصخور على فراغات ميكروسكوبية، تدعى مسام، تمتلئ بالسوائل. وقد تكون تلك السوائل مياهًا، أو نفطًا، أو غازًا. وبالتالي، يشبه مستودع النفط والغاز قطعة الأسفنج أكثر مما يشبه الزجاجة. ويؤدي استمرار إنتاج حقل النفط والغاز لفترة من الوقت إلى إزالة جزء كبير من الهيدروكربونات. ومن ثم، تتوفر مساحة لتخزين ثاني أكسيد الكربون. وتغطى تلك الطبقة المسامية المنفذة من الصخر الذي يحتوي على تلك السوائل، بغطاء صخري غير منفذ - من الملح أو الطفل غالبًا - لا يسمح بمرورها من خلاله. وعادةً ما يميل النفط والغاز إلى التحرك نحو الأعلى خلال الصخر المنفذ نظرًا لكونهما أخف من الماء الذي قد يتواجد أيضًا في مثل تلك التكوينات الصخرية. ولكن الغطاء الصخري يعمل على احتجازهما. وبما أن النفط والغاز ظلا معزولين في مثل تلك التكوينات لملايين السنين، فإن ذلك يعطي سببًا جيدًا لاعتقادنا بأن ثاني أكسيد الكربون يمكنه أن يبقى أيضًا كذلك.
الاستخلاص المعزز للنفط
الكثير من التكنولوجيا اللازمة لتخزين ثاني أكسيد لكربون في حقول النفظ تستخدم بالفعل في العملية المعروفة باسم الاستخلاص المعزز للنفط. عندما يكون المستودع حديث الحفر يكون النفط فيه عادة تحت ضغط ويتدفق بسهولة نحو السطح. وكلما تم استخراج النفط، انخفض الضغط، وظهرت الحاجة إلى الضخ من أجل استخلاص المزيد منه. وفي مرحلةٍ ما، يصبح استخلاص النفط غير اقتصادي ويجري إيقافه، أو يتم اللجوء إلى استخدام أساليب إضافية لاستخراج المزيد من النفط. ومن بين تلك الطرق ضخ ثاني أكسيد الكربون في المستودع. حيث يؤدي ذلك إلى زيادة الضغط بحيث يتدفق النفط بسهولة أكبر. كما أن ثاني أكسيد الكربون يذوب، أيضًا، في النفط، مما يجعله أقل لزوجة ويتدفق بسهولةٍ أكبر. كما يتمدد حجمه أيضًا، مما يؤدي إلى زيادة أكبر في الضغط. يتم ضخ ثاني أكسيد الكربون في المستودع عن طريق "بئر حقن". يؤدي ذلك إلى دفع النفط بقوة نحو "بئر الإنتاج"، ومن ثم يرتفع إلى السطح.
http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...images/eor.jpg
في الاستخلاص المعزز للنفط، يتم ضخ ثاني أكسيد الكربون في المستودع عن طريق بئر حقن. حيث يمتزج مع النفط الضاغط مكونًا "منطقة التمازج". ويؤدي الضغط الناتج من ثاني أكسيد الكربون والنفط المتمدد إلى دفع كتلة النفط باتجاه بئر الإنتاج، حيث يرتفع إلى السطح. بعد ذلك، يتم فصل ثاني أكسيد الكربون من النفط ويمكن إضافته إلى تيار ثاني أكسيد الكربون الموجه إلى بئر الحقن. ومن بين الآثار الثانوية للاستخلاص المعزز للنفط أن يصبح ثاني أكسيد الكربون المستخدم في دفع النفط معزولاً.
وتوجد العديد من مشروعات الاستخلاص المعزز للنفط (EOR) التي تستخدم حقن ثاني أكسيد الكربون في جميع أنحاء العالم. وخير مثال على ذلك، حقل ويبورن في كندا.

من بين الآثار الثانوية للاستخلاص المعزز للنفط أن يصبح ثاني أكسيد الكربون معزولاً في التكوينات الصخرية. وعندما يصبح الهدف هو تخزين ثاني أكسيد الكربون وليس استخلاص النفط، فمن الممكن أن تستخدم حقول النفط الناضبة أو التي على وشك النضوب في العزل، حتى لو لم تكن مناسبة للاستخلاص المعزز للنفط.
ما هي المشاكل المحتملة لعزل ثاني أكسيد الكربون؟ يبقى السؤال الأهم هو ما إذا كان من الممكن أن يتسرب ثاني أكسيد الكربون من المستودع. فمن الممكن أن يمثل التسرب مشكلةً حيث سيؤدي إلى إعادة ثاني أكسيد الكربون المعزول إلى الجو. مما يعني إحباطًا للغرض من المشروع.
تغليف البئر http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...ell_casing.gif
عند حفر بئر نفط، تتمثل الخطوة الأخيرة في تلك العملية في إدخال أنبوب صلب في ثقب الحفر، وملء الفراغ بين السطح الخارجي للأنبوب وثقب الحفر بالأسمنت. بعدها يتم تثقيب الأنبوب، الذي يطلق عليه الغلاف، ليسمح بتدفق النفط في الأنبوب ثم إلى السطح. وعندما يصبح البئر غير منتج يمكن سده من أعلى.
إذا حدث تسرب مفاجئ، فمن الممكن أن يؤدي إلى وفاة السكان. وعلى الرغم من أن ثاني أكسيد الكربون غير سام، ولكنه إذا حل محل الأكسجين المتوفر فمن الممكن أن يختنق الناس. ونظرًا لأن ثاني أكسيد الكربون أثقل من الهواء، فمن الممكن أن يتجمع في الأماكن المنخفضة مثل الأقبية والأودية. وقد حدثت انبعاثات طبيعية لثاني أكسيد الكربون تسببت في حدوث وفيات. إحدى هذه الكوارث حدثت في بحيرة نيوس بالكاميرون. فالبحيرة تقع في منطقة نشطة بركانيًا مما يؤدي إلى تسرب ثاني أكسيد الكربون من الأسفل إلى مياه البحيرة. وفي 21 أغسطس 1986 حدث انطلاق مفاجئ لثاني أكسيد الكربون، ما لبث أن تدفق في الأودية التي حول البحيرة، مما أدى إلى وفاة 1800 شخص في القرى المجاورة. وليس هناك ما يدعو إلى توقع حدوث انفلات مفاجئ لثاني أكسيد الكربون المعزول في حقل نفط قديم، ولكن تبقى هناك احتمالات لحدوث تسرب بطيء. ومن الأمور المثيرة للسخرية حقًا، أن الآبار نفسها تشكل مشكلات كامنة.
ومن الممكن أن يوجد في حقل النفط المئات من تلك الآبار. فإذا كان الحقل قديمًا فمن الممكن أن يكون الأسمنت المحيط بأغلفة الآبار قد أصابه التلف. مما يسمح بتسرب ثاني أكسيد الكربون. وهناك طرق لإعادة تدعيم الآبار بالمواد الأسمنتية بحيث توفر مانعًا حصيناً يحول دون تسرب ثاني أكسيد الكربونالمعزول.
ومن بين المنافذ الأخرى الممكنة لتسرب ثاني أكسيد الكربون، حدوث تشققات في صخرة التغطية. ولذلك، يوصى بتطبيق عزل ثاني أكسيد الكربون في المناطق المستقرة جيولوجيًا، التي لا يرجح أن يحدث بها زلازل. إلا أن عملية عزل ثاني أكسيد الكربون فسها من الممكن أن تؤدي إلى زيادة الضغط تحت صخرة التغطية مما ينتج عنه حدوث تشققات بها. ويكمن الحل في رصد الضغط والحذر من تجاوزه حدود التكوينات.
الخزانات الجوفية
يوجد العديد من "المصائد" الجيولوجية محكمة السد تحت سطح الأرض، والتي لم تحتوِ مطلقًا على أي نفط أو غاز. ومسامها مملوءة بالمياه. ويطلق عليها الخزانات الجوفية. وتُعد الخزانات الجوفية الموجودة على أعماق تحت سطح الأرض الأكثر ملائمة لتخزين ثاني أكسيد الكربون. وهي تمتلئ بالمياه المالحة، وبالتالي تُعد غير مناسبة لإمداد أو تخزين المياه العذبة الصالحة للاستخدام البشري. ومن الممكن أن يذوب ثاني أكسيد الكربون جزئيًا في المياه الموجودة بالخزانات الجوفية. وفي بعض أنواع الصخور، ربما يتفاعل مع المعادن مكونًا رواسب مستقرة من الكربونات. ويؤدي ذلك إلى حبس ثاني أكسيد الكربون بصفة دائمة. ويجب إجراء دراسات جيولوجية، كتلك التي تُجرى روتينيًا لمستودعات النفط والغاز، للتأكد من عدم تسريب الخزانات الجوفية لثاني أكسيد الكربون.
وجدير بالذكر أن أول برنامج لحقن ثاني أكسيد الكربون في العالم يُجرى لأغراض تغير المناخ تم بعيدًا عن سواحل النرويج في خزانات ملحية عميقة في بحر الشمال تعرف باسم حقل سليبنر.
طبقات الفحم الحجري
ومن بين وسائط التخزين الممكنة أيضًا ترسبات الفحم الحجري الموجودة على أعماق بعيدة بحيث يصعب تعدينها واستخراجها. ويتكون الفحم الحجري بصورة رئيسية من الكربون. وسيمتص ثاني أكسيد الكربون ويقوم بحبسه بصفة دائمة. وعادة ما تحتوي ترسبات الفحم الحجري على الميثان. وعندما يتم ضخ ثاني أكسيد الكربون في الفحم الحجري، فسيتم امتصاصه على حساب الميثان، الذي سيتم إطلاقه. وكما هو الحال مع عمليات الاستخلاص المعزز للنفط، ستؤدي تلك العملية إلى إنتاج وقود نافع وفي الوقت نفسه عزل ثاني أكسيد الكربون.
إلا أن هناك مشكلةً تكتنف تلك الطريقة، وتتمثل في أن الفحم الحجري سينتفخ نتيجة امتصاص ثاني أكسيد الكربون. وسيؤدي ذلك إلى تقليص المنافذ التي يمكن أن يتدفق الغاز خلالها. مما ينتج عنه الحد من سعة التخزين.
دراسات حالة للاحتجاز والتخزين

يتبع ....

تغير المناخ العالمي والطاقة: دراسة حالة
حقل ويبورن للنفط—الاستخلاص المعزز للنفط


http://www.seed.slb.com/ar/images/seedotfive.gif
http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...s/weyburn1.jpg

يقع حقل ويبورن للنفط، الذي تديره أكبر شركة نفط في كندا، شركة EnCana، على بعد 130 كيلومتر جنوب شرق مدينة ريجينا في مقاطعة ساسكاتشيوان. اُكتشف حقل ويبورن في عام 1954 وقُدرت كمية النفط الأصلي الموجودة في الموقع بما يساوي 1.4 بليون برميل. بدأ إنتاج النفط في عام 1955، وارتفع إلى ما يقرب من 31500 برميل من النفط يوميًا في عام 1963. وبدايةً من عام 1964، تم ضخ المياه في آبار الحقن من أجل زيادة إنتاج النفط. وبحلول عام 1966 بلغ الإنتاج ذروته بما يقرب من 47200 برميل في اليوم. وعلى مدى السنوات العشرين التالية، تقلص الإنتاج بوتيرة ثابتة، إلى أن هبط إلى 9400 برميل في اليوم فقط بحلول عام 1986. ومن ثم تم حفر آبار رأسية وأفقية إضافية. وزاد ذلك من الإنتاج إلى ما يقرب من 22000 برميل في اليوم.
وبحلول عام 1998، كان قد تم إنتاج ما يقرب من 330 مليون برميل من النفط. ويشكل ذلك 23% تقريبًا من النفط الموجود في المستودع. ولكن ما لبث أن انخفض الإنتاج سريعًا مرة أخرى. وأشارت التوقعات إلى أنه ما لم يتم التوصل إلى حلول جديدة لتعزيز استخلاص النفط، فإن إجمالي الإنتاج قد لا يزيد عن 350 مليون برميل - وهو ما يمثل 25% فقط من كمية النفط الأصلي الموجودة في الموقع.



http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...Production.jpg


محطة إنتاج الوقود التخليقي في جريت بلينز

من أجل تشجيع تطوير مصادر وقود بديلة، ساندت حكومة الولايات المتحدة بناء محطة إنتاج الوقود التخليقي في جريت بلينز بالقرب من بيولاه، داكوتا الشمالية. بدأت العمليات التجارية في عام 1984. وكان الهدف هو إنتاج الميثان (CH4) من الفحم الحجري. وفي كل يوم، يتم تغذية "المغوز" بما يزيد على 16000 طن من فحم الليجنيت المنسحق حيث يتم مزجه مع البخار والأكسجين، وحرقه جزئيًا في درجة حرارة 1200 درجة مئوية. يؤدي ذلك إلى تحليل الفحم لإنتاج مزيج من الغازات. يبرد الغاز، بعد ذلك، لتكثيف القار، والماء، والشوائب الأخرى. ثم يمرر بعد ذلك خلال الميثانول عند درجة حرارة -70 درجة مئوية. يؤدي ذلك إلى فصل الغاز الطبيعي التخليقي - الميثان (CH4)بصفة أساسية - من المركبات الأخرى - ثاني أكسيد الكربون بصفة أساسية.
ويبلغ الإنتاج اليومي من الغاز الطبيعي التخليقي 3050 طن، يتم توجيهه خلال خطوط أنابيب الغاز إلى العملاء، إضافة إلى 13000 طن من غاز العادم، والذي يتكون 96% منه من ثاني أكسيد الكربون. ولكن العديد من محطات إنتاج الوقود التخليقي تطلق غاز العادم في الجو، مما يساهم في الاحتباس الحراري وارتفاع درجة الحرارة على كوكب الأرض. ويوجه غاز العادم الصادر من محطة جريت بلينز في خط أنابيب بطول 330 كيلومتر إلى ويبورن، ليس فقط من أجل التخلص منه بطريقة آمنة، ولكن للمساعدة أيضًا في إنتاج مزيد من النفط.
عملية الاستخلاص المعزز للنفط بواسطة ثاني أكسيد الكربون في ويبورن
في عام 1997، وافقت شركة داكوتا للتغويز (DGC) على إرسال غاز العادم بأكمله (96% ثاني أكسيد كربون) من محطة إنتاج الوقود التخليقي في جريت بلينز التابعة لها، بواسطة خط أنابيب إلى حقل ويبورن للنفط.
http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...rnSpotWell.jpg


بدأ توصيل ثاني أكسيد الكربون لأول مرة إلى ويبورن في أيلول/سبتمبر 2000. ويُنقل الغاز في خطوط الأنابيب تحت ضغط عال جدًا (ما يقرب من 152 بار)، مما يجعل منه سائلاً فوق حرج. وتعتبر السوائل فوق الحرجة غازات تحت ضغوط عالية إلى الحد الذي يجعل حالتها البخارية (الغازية) تصبح في مثل كثافة الحالة السائلة. وتتميز السوائل فوق الحرجة بكثافة عالية، ولكنها تتدفق بسهولة مثل الغازات، ولذا فهي مثالية في النقل بواسطة خطوط الأنابيب. يبلغ إجمالي عدد الآبار في حقل ويبورن 720 بئر. تم حفر الآبار الرأسية على نمط شبكي من "9 نقاط" - يتضمن ثمانية آبار منتجة مرتبة على شكل مربع حول بئر حقن وتبعد عادة فيما بينها مسافة 150 متر تقريبًا. ويتم ضخ ثاني أكسيد الكربون عالي الضغط في 37 بئر حقن، مما يساعد النفط على التدفق باتجاه 145 بئر منتجة نشطة.

http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...s/weyburn4.jpg


وتعتبر درجة نقاء ثاني أكسيد الكربون المورد مثاليةً للاستخدام في مجال الاستخلاص المعزز للنفط. ويرجع السبب في ذلك إلى أن ثاني أكسيد الكربون يذوب بسهولة في النفط عند وجود مقدار صغير من الشوائب. ويعتبر وجود كبريتيد الهيدروجين (H2S)، والذي يشكل 2.5% من غاز الحقن، مفيدًا بصفة خاصة في المساعدة على امتزاج ثاني أكسيد الكربون بالنفط.
عند ضخ سائل ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج تحت ضغط عالٍ في المستودع، يمتزج ثاني أكسيد الكربون مع النفط، مما يؤدي إلى انتفاخه ليصبح أقل لزوجة. يؤدي هذا الانتفاخ إلى دفع النفط خارج مسام الصخور، مما يسهل تدفقه. ويتم ضخ الماء في آبار الحقن، بالتبادل مع ثاني أكسيد الكربون، لدفع النفط المحرر باتجاه الآبار المنتجة. ويرتد بعض ثاني أكسيد الكربون من قاع الآبار المنتجة، وفي هذه الحالة، يعاد تدويره، وضغطه، وإعادة حقنه إلى جانب الغاز القادم من خط الأنابيب.
ومن المتوقع أن يؤدي الاستخلاص المعزز للنفط باستخدام ثاني أكسيد الكربون إلى التمكين من زيادة إنتاج النفط بمقدار 130 مليون برميل، مما يزيد من العمر التجاري للحقل بمقدار 25 عامًا تقريبًا. كما يُتوقع أيضًا أن يتم حقن 20 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون، وأن يتم تخزينها بصورة دائمة على عمق 1400 متر تحت الأرض، على مدى عمر هذا المشروع. وثمة اهتمام عالمي بهذا الاختبار لمدى صلاحية التخزين تحت الأرض في تقليص انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على نطاق كبير. ويُمول مشروع ويبورن لرصد ثاني أكسيد الكربون وتخزينه من قِبل العديد من شركات الطاقة الدولية، وحكومتي الولايات المتحدة وكندا، والاتحاد الأوروبي. ولكن تبقى مسألة مدى بقاء ثاني أكسيد الكربونفي موضعه الشاغل الرئيسي.
http://www.seed.slb.com/ar/scictr/wa...rnEnhanced.jpg


تعد ويبورن موقع اختبار ممتازًا، نظرًا لما أُجري فيها من اختبارات جيولوجية، منذ عام 1955، ولنتائجها المحفوظة. حيث تتوفر عينات جوفية للصخور من 1200 ثقب حفر، إضافة إلى التحليلات الزلزالية التي أُجريت على فترات، وقياسات تقييم تكوينات ثقب الحفر. كما يجمع الباحثون عيناتٍ من المياه الجوفية لفحصها بحثًا عن وجود تسربات لغاز ثاني أكسيد الكربون في الآبار. وحتى الآن، لم يُكتشف أي تسرب ولم يحدث أي انفلات للغاز إلى السطح. وتعتقد الحكومة الكندية أن تخزين ثاني أكسيد الكربون على أعماق تحت الأرض سيساعد على تحقيق الأهداف التي وضعتها اتفاقية كيوتو عام 1997، والتي تطالب بتقليص انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بمتوسط يبلغ 5 في المائة فيما بين 2008 و2012. وفي حالة ويبورن، يأتي ثاني أكسيد الكربون من الفحم الحجري المستخرج من تحت الأرض، وها هو يعود مرة أخرى من حيث أتى، بطريقة فعالة.
ويجري حاليًا تنفيذ مشروع آخر لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه في حقل سليبنر ببحر الشمال

يتبع ....

تغير المناخ العالمي والطاقة: دراسة حالة
سليبنر—مشروع احتجازثاني أكسيد الكربون

يقع حقل سليبنر في بحر الشمال، على بعد 250 كيلومتر تقريبًا غرب ستافانجر، بالنرويج. وتديره شركة Statoil، أكبر شركة نفط في النرويج. وينتج حقل سليبنر الغاز الطبيعي وناتج التكثيف (النفط الخفيف) من الأحجار الرملية بهيمدال، التي تتواجد على بعد 2500 متر (8000 قدم) تحت مستوى البحر.

يعتبر الغاز الطبيعي مزيجًا من الغازات. ويتكون عادة مما لا يقل عن 90% من الميثان، إضافة إلى هيدروكربونات أخرى مثل الإيثان والبروبان. كما يحتوي الغاز الطبيعي أيضًا على غازات مثل النيتروجين، والأكسجين، وثاني أكسيد الكربون، ومركبات الكبريت، والماء. ويمكن استخدام الغاز الذي يحتوي على أحجام صغيرة من تلك الشوائب كوقود، ولكن الغاز الذي يحتوي على تركيزات عالية منها لا يمكن حرقه بكفاءة وأمان.
ويحتوي الغاز الطبيعي المنتج في سليبنر على مستويات عالية إلى درجة غير عادية (9% تقريبًا) من ثاني أكسيد الكربون (CO2)، إلا أن العملاء الذين يشترون الغاز من شركة Statoil في حاجة إلى نسبة أقل من 2.5%.

لذلك تم إنشاء منصة خاصة، Sleipner-T، لحمل محطة معالجة بارتفاع 20 مترًا، وبسعة 8000 طن لفصل ثاني أكسيد الكربون عن الغاز الطبيعي. وتنتج محطة Sleipner-T ما يقرب من مليون طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا.
ولتشجيع الشركات على تقليل انبعاثات الكربون، تفرض الحكومة النرويجية ضريبة على الكربون تكافئ ما يقرب من 50 دولارًا على كل طن من ثاني أكسيد الكربون يتم إطلاقه في الغلاف الجوي. ولتجنب دفع تلك الضريبة، وكذلك اختبارًا للتكنولوجيا البديلة، يتم إعادة ضخ جميع كميات ثاني أكسيد الكربون المستخرجة منذ بداية إنتاج الغاز في عام 1996، مرة أخرى إلى أعماق الأرض.

ولكن ذلك لا يعني إعادته إلى حيث كان، لأن ذلك سيؤدي إلى زيادة تلويث الغاز الطبيعي. ولكنه يوضع، بدلاً
من ذلك، في طبقة من الحجر الرملي تبلغ ثخانتها 200 متر، يطلق عليها اسم تكوينات أوتسيرا، على بعد 800 متر تحت قاع بحر الشمال. ولا تحتوي تكوينات أوتسيرا على أية نفط أو غاز تجاري؛ بل تمتلئ بالماء المالح، كما هو الحال مع غالبية الصخور المتواجدة في أعماق الأرض. وتتميز تكوينات أوتسيرا بالنفاذية أو المسامية العالية، ومن ثم يستطيع ثاني أكسيد الكربون التحرك بسرعة إلى الجوانب وإلى أعلى خلال طبقة الصخور ليحل محل الماء بين حبيبات الرمل.
ومن المقدر أن يحتاج ملء جميع فراغات المسام الموجودة في الحجر الرملي بأوتسيرا إلى ما يقرب من 600 بليون طن من ثاني أكسيد الكربون. وهو ما يكافئ جميع ما ينتجه البشر من ثاني أكسيد الكربون على مدى عشرين عامًا، بالمعدلات الحالية. ومن المنتظر أن يستمر عزل ثاني أكسيد الكربون في سليبنر حتى بعد التخلي عن الحقل كمصدر لإنتاج للهيدروكربونات. وتعد تكوينات أوتسيرا واحدة فقط من بين العديد من خزانات المياه المالحة الجوفية الموجودة في جميع أنحاء العالم، والتي يمكن استخدامها للمساعدة في إبطاء أو عكس المعدل الذي يطلق به ثاني أكسيد الكربون وغيره من غازات الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي.
ويُعتبر مشروع سليبنر أول مثال تجاري لتخزين ثاني أكسيد الكربون في خزانات المياه المالحة الجوفية العميقة، لذا يهتم العالم أجمع بنجاحه. ويرغب العلماء، بصفة خاصة، في معرفة كيفية تحرك ثاني أكسيد الكربون داخل الخزانات الجوفية، وما إذا كانت هناك مخاطر لإفلاته مرة أخرى إلى السطح.
كما يوجد مشروع آخر لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه في حقلويبورن بكندا
يتبع .....

تغير المناخ العالمي والطاقة
روابط ذات صلة
http://www.seed.slb.com/ar/images/seedotfive.gif
في موقع SEED على الويب
كفاءة استخدام الطاقة يحافظ سطح الأرض على درجة حرارة ثابتة نسبيًا حتى في الحالات المناخية القاسية. شاهد بنفسك كيف يحدث ذلك… امتصاص ثاني أكسيد الكربون كجزء من دورة الكربون، تمتص المحيطات ثاني أكسيد الكربونبصفة مستمرة. قم بالتجربة لتعلم كيفية القيام بذلك. مواقع ويب أخرى
تشير هذه الروابط إلى مواقع لا تتبع موقع SEED. وسوف يُفتح إطار جديد للمستعرض عندما تنقر فوق أحدها. عندما تنتهي من استعراضها أغلق الإطار (لا تستخدم زر الخلف) وسوف تعود إلى هذه الصفحة مرة أخرى.
دراسة الإدارة الوطنية لدراسة المحيطات والغلاف الجوي (NOAA) عن المناخ القديم
برنامج علم المناخ القديم التابع للإدارة الوطنية لدراسة المحيطات والغلاف الجوي تعمل الإدارة مع العلماء من جميع أنحاء العالم لدراسة مناخ العصور السابقة بغرض الوصول إلى فهم أفضل لمناخ الأرض في الحاضر والمستقبل. اليوم الذي يلي الغد يفصل بين الحقيقة والخيال في استعراضه لفيلم للخيال العلمي عن الكارثة البيئية الناتجة عن ارتفاع درجة حرارة كوكب الأرض. الهيئة الحكومة الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) أسست من قبل منظمة الأرصاد الجوية العالمية (WMO) وبرنامج الأمم المتحدة للبيئة (UNEP)، لتقييم المعلومات، العلمية، والفنية، والاقتصادية الاجتماعية، بغرض فهم تغير المناخ، وآثاره الممكنة والخيارات المتاحة للتكيف معها والتخفيف منها. وهي مفتوحة لجميع أعضاء الأمم المتحدة ومنظمة الأرصاد الجوية العالمية. ميلوتين ميلانكوفيتش معلومات حول الرجل ونظرياته المتعلقة بتغير درجات الحرارة العالمية. مشروع المناخ العالمي والطاقة (GCEP) جهد بحثي طويل الأجل يجمع بين الأبحاث التي تجرى قبل الطرح التجاري للتكنولوجيات التي تهدف إلى تعزيز إقامة نظام طاقة عالمي يتميز بقلة انبعاثاته من غازات الاحتباس الحراري، والتي يجريها علماء بارزون في العالم ينتمون بالأساس إلى الجامعات، والمعاهد البحثية، والقطاع الخاص الصناعي. بروتوكول اتفاقية كيوتو اتفاق بين بلدان العالم يهدف إلى تثبيت انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وغيره من غازات الاحتباس الحراري. وفيما يلي نص البروتوكول.

...

تم نقل هذا البحث من صفحات متعددة من موقع