كيمياء الكلور المحمولة بالغبار قصّرت عمر الميثان خلال الذروة الجليدية الأخيرة

انعطافة جديدة في أحجية الميثان الجليدي

كانت الذروة الجليدية الأخيرة عالماً أكثر برودة وجفافاً وتراباً من العالم الذي نعيش فيه اليوم. امتدت الصفائح الجليدية عبر القارات، وانخفضت مستويات البحار كثيراً، وارتفعت كميات هائلة من الغبار المعدني من مشاهد مكشوفة وحُملت عبر الغلاف الجوي. ووفقاً لدراسة نُشرت في Science (المجلد 393، العدد 6817)، لم يقتصر أثر ذلك الغبار على حجب ضوء الشمس والاستقرار على الجليد: بل ساعد في تقصير عمر الميثان في الغلاف الجوي عبر تغذية كيمياء الكلور.

تكتسب هذه النتيجة أهميتها من كونها تتحدى افتراضاً راسخاً في أبحاث المناخ القديم. فقد جرى التعامل مع الغبار عموماً بوصفه عاملاً فيزيائياً وإشعاعياً في المناخات الماضية — شيء يبعثر ضوء الشمس، ويبذر السحب، ويترك بصمة في سجلات الجليد والرواسب. ويشير العمل الجديد إلى أن الغبار أدى أيضاً دوراً كيميائياً، غيّر السرعة التي كان يُزال بها غاز دفيئة قوي من الهواء.

لماذا يُعدّ عمر الميثان أمراً بالغ الأهمية

الميثان غاز دفيئة قوي، وهو جزيئاً بجزيء أكثر فعالية بكثير من ثاني أكسيد الكربون في احتجاز الحرارة على مقاييس زمنية قصيرة. لكن تأثيره على المناخ يعتمد على أمرين: مقدار ما يُطلق منه، وطول بقاء كل جزيء قبل تدميره. وهذا الرقم الثاني — عمر الغلاف الجوي — رافعة حاسمة في نظام المناخ.

بمعايير المناخ، عمر الميثان قصير. فهو يُقاس بالسنوات لا بالقرون، ما يعني أن الغاز يستجيب بسرعة للتغيرات في البيئة الكيميائية المحيطة به. والمصرف الأساسي هو الأكسدة بواسطة جذور الهيدروكسيل، وهي عامل التنظيف الرئيسي في الغلاف الجوي. كما تهاجم ذرات الكلور الميثان، لكنها في الغلاف الجوي الحديث تمثل حصة أصغر من إجمالي الفقد.

والادعاء المحوري في الورقة هو أن هذا التوازن تغيّر خلال الذروة الجليدية الأخيرة. ففي ظروف جليدية، يذكر الباحثون أن عمر الميثان تقلّص — أي قُصِّر — وأن كيمياء الكلور المحمولة بالغبار تُحدَّد بوصفها السبب.

كيف يمكن للغبار أن يصبح مفاعلاً كيميائياً

تقوم الفكرة على الفرق بين الكيمياء في الطور الغازي والكيمياء التي تحدث على الأسطح. فالعديد من التفاعلات الجوية التي تسير ببطء، أو لا تسير إطلاقاً، في الهواء الطلق يمكن تسريعها عندما تلتقي المواد المتفاعلة على سطح جسيم. ويوفر الغبار بالضبط هذا النوع من الواجهة: مساحة هائلة وواسعة الانتشار من السطح المعدني معلّقة في الغلاف الجوي.

من راكب خامل إلى مشارك نشط

إذا أمكن تحويل مركبات حاملة للكلور إلى أشكال أكثر تفاعلاً على أسطح الغبار، فإن غلافاً جوياً أكثر غباراً سيولّد المزيد من أنواع الكلور القادرة على تفكيك الميثان. وهذا هو الميكانيزم الذي تشير إليه الدراسة. وفي الواقع، ربما حمل الغلاف الجوي الجليدي مفاعله الكيميائي الموزّع الخاص به، مفاعلاً صار أكثر فعالية مع ارتفاع أحمال الغبار.

وهذا تحوّل ذو مغزى في التأطير. فبدلاً من السؤال فقط عن مقدار ما برّد الغبار الكوكب عبر عكس ضوء الشمس، سيحتاج الباحثون أيضاً إلى السؤال عن مقدار ما غيّر الغبار تركيب الغلاف الجوي عبر تسريع التفاعلات على أسطحه. ويعمل التأثيران في موضعين مختلفين في نظام المناخ، وسيلزم فصلهما عن بعضهما.

لبّ الجليد ساحة الاختبار

تأتي الأدلة على الميثان القديم بشكل كبير من فقاعات هواء محتجزة في الجليد القطبي. فمع تراصّ الثلج وتحوّله إلى جليد، تُغلق جيوب صغيرة من الغلاف الجوي المحيط بالداخل، ما يحفظ عيّنة من هواء تلك الحقبة. وقد أعطت هذه الأرشيفات العلماء صورة مفصّلة لكيفية ارتفاع تركيزات الميثان وانخفاضها عبر الدورات الجليدية.

لكن التركيزات وحدها لا تكشف سبب تغيّرها. فقد يعني مستوى ميثان أدنى وجود مصادر أقل — أراضٍ رطبة تنتج أقل، على سبيل المثال — أو تدميراً أسرع بمجرد وصول الغاز إلى الهواء. ويتطلب فصل هذه الاحتمالات كيمياء، وهنا يصبح الميكانيزم الجديد ذا صلة. فإذا كان الغلاف الجوي الجليدي دمّر الميثان بكفاءة أكبر مما كان مفترضاً سابقاً، فستحتاج تقديرات الانبعاثات الماضية المستمدة من تركيزات لبّ الجليد إلى مراجعة تصاعدية.

ما الذي يتغير إذا صحّت النتيجة

• تقديرات المصادر تتغير. عمر أقصر يعني أن مصادر الميثان القديمة كان عليها أن تعمل بجهد أكبر للحفاظ على التركيزات المسجلة في الجليد، ما قد يعدّل إعادة بناء مدى الأراضي الرطبة، أو انبعاثات التربة الصقيعية، أو مصادر طبيعية أخرى.
• الغبار يصبح متغيراً كيميائياً. نماذج المناخ والكيمياء التي تتعامل مع الغبار بوصفه عامل إشعاع أو ترسيب فقط قد تفوتها تغذية راجعة تعمل عبر مؤكسدات الغلاف الجوي.
• الانتقالات الجليدية-بين الجليدية تكتسب عدسة جديدة. مع خروج العالم من العصر الجليدي الأخير، انخفضت أحمال الغبار بحدة. وإذا ضعفت كيمياء الكلور المحمولة بالغبار في الوقت نفسه، لكان عمر الميثان قد طال، ما يضيف مضخّماً كيميائياً إلى ارتفاع الميثان الجوي المسجل في لبّ الجليد.
• معايرة النماذج تزداد صرامة. أي ميكانيزم يغيّر عمر الميثان يوفر اختباراً جديداً لما إذا كانت المحاكاة قادرة على إعادة إنتاج تركيب الغلاف الجوي القديم، لا درجة حرارته فقط.

أسئلة مفتوحة

كما هو الحال مع أي ميكانيزم يُقترح لتفسير سمة من الماضي السحيق، فإن الاقتراح يستدعي التدقيق. والأسئلة الرئيسية كمية: كم من الكلور التفاعلي يمكن للغبار أن يولّده واقعياً، وفي أي مناطق وفصول؟ فالغبار ليس موزعاً بالتساوي، وقد تتركز الكيمياء الأكثر أهمية في بيئات محددة — في اتجاه الريح من مصادر الغبار الرئيسية، أو في التروبوسفير العلوي حيث تسافر الجسيمات بعيداً عن منشئها.

وهناك أيضاً مسألة التأثيرات المتنافسة. فالغبار يؤثر في الإشعاع، وتكوين السحب، وإيصال المغذيات إلى النظم البيئية، وكل من ذلك يمكن أن يؤثر في الميثان بطرق غير مباشرة. وفصل إشارة كيمياء السطح عن تلك التأثيرات المتداخلة تحدٍ تحليلي كبير، وسيتطلب تنسيقاً بين كيميائيي الغلاف الجوي وعلماء لبّ الجليد ونماذج المناخ.

الصورة الأكبر

ما يجعل هذه النتيجة جديرة بالملاحظة هو تذكيرها بأن الغلاف الجوي نظام كيميائي مترابط، لا حاوية سلبية للغازات. فالتغيرات الصغيرة في ما هو معلّق في الهواء — الهباء الجوي، والغبار، والهالوجينات التفاعلية — يمكن أن تغيّر مدة بقاء غازات الدفيئة، وبالتالي مدى قوة تسخينها للكوكب. وعلى المقاييس الزمنية للدورات الجليدية، ربما كان هذا الترابط قوياً بما يكفي لتشكيل تركيب الغلاف الجوي نفسه.

وبالنسبة لعالم يراقب الآن ارتفاع تركيزات الميثان، تحمل الدراسة درساً أوسع: فهم الميثان يعني فهم مصارفه بعناية لا تقل عن فهم مصادره. فالكيمياء التي تزيل غازاً من الغلاف الجوي جزء من قصة المناخ بقدر الانبعاثات التي تضعها فيه — مبدأ ينطبق على السماوات المليئة بالغبار قبل عشرين ألف سنة وعلى غلاف اليوم الجوي.

يعتمد هذا المقال على تقرير من Science (AAAS). اقرأ المقال الأصلي.